柱塞式液压缸的设计分析1.docx
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柱塞式液压缸的设计分析1
柱塞式液压缸的设计剖析-
（1）
柱塞式与活塞式液压缸的特色比较及构造
一、单活塞杆液压缸
只有一端有活塞杆。
如下图是一种单活塞液压缸。
其两头出入
口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作
用缸。
1-缸底2-弹簧挡圈3-套环4-卡环5-活塞6-型密封圈7-支承环8-挡圈9-形密封圈
10-缸筒11-管接头12-导向套13-缸盖14-防尘圈15-活塞杆16-定位螺钉17-耳饰
单活塞杆液压缸能够是缸筒固定，活塞运动；也能够是活塞杆固定缸
筒运动。
不论采纳此中哪一种形式，液压缸运动所占空间长度都是两
倍行程。
（见下列图）
单活塞杆液压缸运动所占空间
二、双活塞杆液压缸
双活塞杆液压缸的两头都有活塞伸出，如下图。
其构成
与单活塞杆液压缸基真同样。
缸筒与缸盖用法兰连结，活塞与缸筒内
壁之间采纳空隙密封。
双活塞杆液压缸的两活塞杆直径往常相等，活
塞两头有效面积同样。
假如供油压力不变，那么活塞频频运动时两个
方向的作使劲和速度相等。
双活塞杆液压缸构造
1—活塞杆2—压盖3—缸盖4—缸筒5—活塞6—密封圈
将缸筒固定在床身上，活塞杆和工作台相联接时，工作台运动所占空
间长度为活塞有效行程的三倍（见图A）。
一般多用于小机床；反之，
将活塞杆固定在床身上，缸筒和工作台相联接时，工作台运动所占空
间长度为液压缸有效行程的两倍（见图B），合用于中型及大型机床。
三、柱塞式液压缸
1、它是一种单作用式液压缸，靠液压力只好实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其他外力或柱塞的自重，只有在是上移式液压缸中能够
靠运动零件自己的重量回程；
2.柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故合适
于做长行程液压缸，如导轨磨床，大型拉床，龙门刨床；
3、工作时柱塞总受压，因此它一定有做够的刚度；
4、柱塞重量常常较大，水平搁置时简单自重而下垂，造成密封件和
导向单边磨损，故其垂直适用更有益，有时可做成空心的。
液压缸破坏状况及原由剖析
液压缸破坏的部位多半在法蓝与缸壁连结的回弧部分，其次在缸壁向
缸底过渡的圆弧部分，少量在圆筒筒壁产生裂纹，也有因气蚀严重而
破坏的。
从液压缸使用状况来看，一般在破坏时都已蒙受了很高的工作加
载次数（20万～150万次），裂纹是逐渐形成和扩展的，属于疲惫损
坏。
一、液压缸破坏状况
1.圆筒筒壁，一般裂纹第一出现于内壁，渐渐向外发展，裂纹
多为纵向散布，或与缸璧母线成45度角。
2.缸的法蓝部分，第一在缸外面法蓝过渡圆弧处出现裂纹，渐渐
沿环向及向内壁扩展，最后裂透，或许裂纹扩展到螺钉孔，使法蓝局
部零落，个别严重状况，甚至沿过渡圆角处法蓝整圈开裂而零落。
3.缸底，第一在内部过渡圆角处开始山现环向裂纹，渐渐向外壁
扩展以致裂透。
4.气蚀，液压缸也有因气蚀产生蜂窝状麻点而破坏，特别是在进
水孔内壁，简单产生气蚀。
二、液压缸破坏的原由之设计方面
影响液压缸寿命的要素是多方面的，一定联合详细状况进行分
析，但概括起来主要有以下儿个方面：
1、构造尺寸设计得不合理，液压机如法蓝高度太小或法蓝外径
过大，使综合应力过高而破坏。
如某台20000KN铸造液压机，其法
蓝厚度仅为缸壁厚度的1.1倍，法蓝处计算应力超出2500x1O的6
次方Pa,工作1～2年后，两个缸先后破碎。
改换新缸时，增大了法
蓝高度，减小法蓝外径，使用多年未坏。
2、从缸壁到法蓝的过渡区构造设计不合理，液压机也会惹起很
大的应力集中，如某台入口的6300KN水压机工作缸，因为法蓝处过
渡圆角仅为R=4mm,使用不久就出现裂纹，裂纹扩展后，整圈法蓝
断裂零落。
3、有些资料供给了一些光弹试验结果，说明假如把过渡区设计
成特定的流线型断面形状，应力集中系数可降低为1.18，如做成15
度斜线和R35圆弧相连结，则应力集中系数为1.79。
但从构造设计
看，圆弧和斜度也不可以太大，不然法蓝与横梁接触面过小，挤压应力
太大。
4、在构造同意而又可能加工的状况下，液压机过渡区应尽可能
圆滑，圆弧半径也应尽可能增大。
设计原则
1、尽量减少液压缸外形尺寸和质量
2、保证性能的前提下减少零件质量
3、尽量防止蒙受横向负载，工作时最好蒙受拉力，免得产生纵向
曲折。
设计依照
1.认识和掌握液压缸在机械上的用途和动作要求。
（液压翻斗汽车）
2.认识液压缸的工作条件，条件不同液压缸的构造和设计参数也不
尽同样。
比方煤矿工作面上，粉尘大，工作条件恶劣，震动冲击
大，要考虑防尘举措，而且柱塞和缸体的构造和稳固性要绝对可
靠，安全系数要取大一些。
3.认识外面负载质量，大小，形状，运动轨迹，摩擦阻力以及连结
形式，比方翻斗汽车，外面负载时翻斗和所装货物，翻斗上涨倾
斜时，缸轴线也发生变化，要求液压缸与车身安装形式以及活塞
杆头部与翻斗的连结形式采纳耳饰式或许销轴式。
4.认识缸的最大行程，运动速度和时间，安装空间所同意的外形尺
寸以及液压缸自己的动作，以作使劲为主要要乞降以运动速度或
之间为主要要求的缸设计时出发点不同样。
5.设计已知液压系统的液压缸应认识液压系统中液压泵的工作压
力和流量的大小，管路的通径和部署状况，各样液压阀的控制情
况。
设计步骤
1.依据设计依照初步确立设计方案
2.对液压缸进行受力剖析，选择合适的构造形式和安装形式
3.依据负载，重力，摩擦力和惯性力确立液依据压缸内行程各阶段
上负载的变化规律以及相关的技术数据
4.依据工作负载和设定的额定工作压力，确立活塞端面面积并计算
活塞直径（缸筒内经），缸筒外径。
5.依据依据缸径和运动速度之比或许工作负载和资料的许用应力
确立活塞杆直径
6.依据运动速度，工作压力，活塞直径液压泵的压力，流量
7.选择液压缸的构造形式计算强度
8.确立密封构造，设计缓冲，排气和防尘装置
9.绘制装置图，零件图，和技术条件
液压缸的设计过程
液压缸的设计包含构造设计（安装形式）和技术参数与尺寸设计，
此中构造设计的灵巧性很大，其设计原则是力争液压缸的构造简单而
又知足要求，性能优秀而又安全靠谱，经济合理而又制造简单，保护
拆修方便。
一、工作压力的选用
依据液压缸的实质工况，计算出外负载大小，而后参照下表选用适
当的工作力
液
压
缸
工
作
压力
的确
定
负载
0～0
.7
70～140
140～
250
>250
缸工作压力
P1（bar）
60
100～140
180～210
320
二、液压缸筒的设计和计算
1、内径计算
（1）、依据液压缸的载荷和系统工作压力计算
D
3.57
10
2
F
P
式中：
D-内径P-选定系统工作压力
F-液压缸的推力
（2）、依据履行机构的速度和选定的液压泵流量计算
Q
D
8.74
v
式中Q-流量v-液压缸的输出速度
所求数值需要进行圆整参照GB/T2348-93活塞缸内径系列
2、壁厚计算
缸筒最薄处壁厚：
t≥pyD/2（σ）t—缸筒壁厚；
D—缸筒内径；py—缸筒度验压力，当额定压
Pn>160x105Pa时，Py=1.25Pn；（σ）—缸
筒资料许用应力。
（σ）=σb/n
三、工作行程确实定
工作行程长度能够依据履行机构实质工作的最大行程确立，并参
照GB2349-80选择标准值。
四、导向套的设计与计算
1、最小导向长度
L
D
H
2
20
L为最大工作行程
D为缸筒内径
2、导向套构造：
a、一般构造b、已拆构造
c、球面构造
d、静
压构造
五、端盖和缸底的设计和计算
有活塞杆经过的叫端面，无活塞杆经过的叫缸底。
1、端盖的设计计算
端盖厚度h为：
3p（D
h
d
1
cp
dcp）
式中：
D1–螺钉孔散布直径p-液压力
d-密封环形端面均匀直径-为资料
的许用应力
2、缸底的设计
缸底分为平缸底，椭圆缸底，半球形缸底六、缸体长度设计
内部长度应当等于活塞的行程与活塞的宽度之和，不该大于缸体内径的20-30倍。
缸筒长度依据所需最大工作行程而定。
活塞杆长度依据缸筒长度而定。
关于工作行程受压的活塞杆，当活塞
杆长度与活塞杆直径之比大于15时，应按资料力学相关公式对活
塞进行压杆稳固性验算。
七、缓冲装置
当速度小于6米每分钟时不设计缓冲装置，大于12米每分钟时一定设计缓冲装置
缓冲装置的原理：
当活塞或柱塞抵达行程终端以前的必定距离内，想法把排油腔内的油液的一部分或所有关闭起来，经过节流小口排出使油液产生合适的缓冲压力作用在柱塞的排油一侧上，与缓冲力相抗衡，达到减速缓冲的目的。
分类：
依据节流小口的通流面积在缓冲过程中可否自动改变分为恒节流型和叛变流型
八、排气装置
水安全装：
设在缸体两腔端部的上方
垂直安装：
设计在端盖的上方
分类：
整体排气塞（由螺纹与缸筒连结）、组合排气塞（由螺
塞与锥阀构成）
九、密封件
D形、O形、V形、J形、L形、Y形
除了D形其他都是唇形密封圈，D形用于静密封的部位
十、防尘圈
置于柱塞密封外侧
其尺寸要求查GB/T10708.3-2000
十一、液压缸的安装连结机构
1、安装形式
（1）、轴线固定类：
工作时轴线地点固定
a、通用拉杆式b、法兰式c、与坐式
（2）、轴线摇动类：
a、销轴式b、耳饰式c、球头式
2、油口
GB/T2678-93规定了油口螺纹以及连结的油口尺寸系列
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