液压缸活塞螺纹锁紧结构分析及应用

上有一 30°锥面（见图 2），而相配合的螺栓的螺纹形状
仍保持标准的三角形。当螺母拧紧在螺栓上时，外螺
纹的牙顶紧紧地楔入内螺纹牙根 30°锥面，产生很大的
径向锁紧力，并且在整个螺纹结合长度上大于标准螺
母（见图 3），使螺母具有很强的抗轴向振动的能力，而
这种轴向振动正是导致螺纹松动的主要原因。
1-主螺母 2-副螺母
对于高压、大排量的大负载轴向柱塞泵，由于柱塞组件
回程力及尺寸较大，
采用强制回程加轴向均布多个弹簧
进行预紧的形式对柱塞泵轴向力平衡更为有利。
参考文献
[1]
徐绳武.柱塞式液压泵[M].北京:机械工业出版社,2004.
[2]
雷天觉.液压工程手册[M].北京:机械工业出版社,1998.
[3]
张志鹏,等.基于斜盘式轴向柱塞泵结构优化的应用研究[J].
图 7 活塞紧定螺钉锁紧
当考虑到冲击、振动或变载荷的作用下，紧定螺钉
也会出现松脱的情况时，则其也需要锁紧。此时，可选
择双紧定螺钉锁紧和偏心紧定螺钉锁紧。
双紧定螺钉锁紧形式原理（见图 8）与双螺母锁紧
原理相同，在拧紧螺母后，往螺母径向螺纹孔中先装配
联接要求达到的预紧力；副螺母预紧力 Fmax= F1+ F0，F0
接应设有锁紧结构，以保证二者连接可靠。
1 活塞装配要求及松脱的原因
1.1 活塞的装配要求
活塞与活塞杆的主要连接形式有螺纹连接与卡件
连接。
螺纹连接设计时，需要计算螺母的拧紧力矩和活
塞杆强度，并进行螺纹强度校核。装配拧紧是决定螺
栓联接功能和防松有效性的关键。单纯靠螺纹摩擦力
锁紧活塞时，螺母需要达到与工作压力相匹配的预紧
（上接第 48 页）
防松锁紧结构，以保证在冲击、振动和交变应力下，活
塞不发生松脱。活塞的螺纹锁紧结构将能提高液压缸
的可靠性，且在大型液压缸中该结构必不可少。
参考文献
[1]
雷天觉.新编液压工程手册(下册)[M].北京:北京理工大学出
[2]
鲁绪芝.金玉萍,等.双螺母防松时螺栓的受载分析[J].矿山机
2.6 挡圈锁紧
纹上。紧定螺钉的拧紧力矩可参照标准 JB/T 6040 执
行。该锁紧结构简单，成本也较低，应用范围广泛，如
图 6 与图 7。
1-尼龙锁紧螺母 2-活塞 3-活塞杆
图 2 活塞用尼龙锁紧螺母锁紧
图 3 施必牢螺母
2.3 双螺母锁紧
2 个对顶螺母拧紧后，在 2 个螺母与螺栓组成的螺
纹副中螺牙侧面受到轴线方向的压力方向相反，从而
对于不同负载的轴向柱塞泵，滑靴-斜盘、配油盘-
缸体的预紧形式是不同的。在设计预紧结构时需要考
虑柱塞泵的使用工况、
整体结构尺寸要求等。对于中等
负载及以下的柱塞泵可使用单一的螺旋形弹簧或碟形
弹簧组，以及螺旋形弹簧与长销钉组合来实现中心预
紧；对于中等排量（结构尺寸一般）、压力较高的柱塞泵
可选择螺旋形弹簧与碟形弹簧组配合使用，进行预紧；
[3]
金玉萍.黄朗宁,等.双螺母放松时螺栓联接装配拧紧工艺的
准件轴用弹性挡圈锁紧，与紧定螺钉的“点防松”不同，
[4]
赵勇,杨刚雷,尚海红,等.螺纹连接的防松[J].煤矿机械,2009,
[5]
陶 志 凯, 等. 一 种 液 压 机 油 缸 活 塞 头 锁 紧 结 构: 中 国,
[6]
杜兰林,等.工程油缸活塞防松脱机构:中国,202718964 U
大，而螺旋形弹簧要求轴向尺寸较大，这两种结构一般
4 结论
用在中等负载或以下级别的对径向及有足够的轴向空
间的轴向柱塞泵中。
本文第 2.5 节，通过中心螺旋形弹簧与长销钉组合
对滑靴-斜盘、缸体-配油盘进行预紧，结构紧凑、简单，
但由于弹簧产生的预紧力需要通过几个均布的长销钉
进行传递，且传动轴与缸体之间花键配合使得长销钉
[7]
段 叶 杰, 等. 一 种 活 塞 螺 纹 连 接 结 构: 中 国,203743124 U
[8]
楼 天 汝, 等. 一 种 防 脱 落 油 缸 活 塞: 中 国,201818782 U
[9]
当外力使螺纹副中螺牙上的压力减少成为不可能（见
图 4）。外力使一方压力减少，而另一方压力必然上升，
从而保证了在螺纹副螺牙上的总压力不变，也即防松
总阻力距不变。
在装配时，主螺母预紧力 F1 是按照工况计算出的
1-紧定螺钉 2-螺母
3-活塞 4-活塞杆
图 6 活塞螺母紧定螺钉锁紧
1-紧定螺钉
2-活塞 3-活塞杆
其他防松零件，零件数量少，使用方便。其中尼龙锁紧
螺母和施必牢螺母防松效果良好。而尼龙锁紧螺母应
用最为广泛,该结构需要考虑足够的装配空间。
尼龙锁紧螺母的尾部嵌有尼龙圈（见图 1），未拧入
2.4 机械破坏锁紧
通过破坏活塞形状使其嵌入活塞杆中，防止活塞
转动，从而达到锁紧的目的。活塞结构形式如图 5，活
塞螺纹装配的后端面有一圈槽，槽内径与活塞内螺纹
的直径一般不会太大，因此该结构也一般用于中等负
载以下、结构紧凑的轴向柱塞泵中。
在部分高压的大负载轴向柱塞泵中，使用第 2及碟形弹簧同时
对缸体-配油盘进行预紧，利用缸体的中空结构，节约
轴向空间，同时使用规格较小的碟形弹簧设置在缸体
与球铰间，
通过保持架对滑靴-斜盘进行预紧。
动；而在高温或温度变化较大的情况下，螺纹联接件材
料发生蠕变和应力松弛，也会导致内外螺纹间的摩擦
阻力会出现瞬时减小甚至消失，进而导致螺纹连接失
效。该现象在液压缸上普遍存在，因此，液压缸的活塞
采用螺纹联接时应增加锁紧结构。
2.2 自锁螺母锁紧
自锁螺母是非常有效的摩擦防松形式，可以省去
47
液压气动与密封/2015 年第 07 期
时，尼龙圈上没有螺纹；拧入后，由于尼龙圈内径小于
形成一圈窄边。将活塞按照预紧力拧紧后，用冲子将
螺纹外径，螺母内的尼龙圈内孔被胀大，尼龙的弹性变
该窄边打入活塞杆凹槽中。该锁紧方式简单易行，成
形使其抱紧活塞杆的外螺纹，产生非常大的摩擦力，限
本低廉，可在较小的安装空间中实现；但不宜拆卸与维
制了二者的相对运动，抗振放松效果明显。即使在没
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.07.2015
doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2015.07.015
液压缸活塞螺纹锁紧结构分析及应用
磨秋莹 1，
刘
杰2
（1.柳州柳工液压件有限公司，广西 柳州 545007；2.柳工柳州传动件有限公司，广西 柳州 545006）
修，拆卸后可能由于活塞变形量大而导致不能重复使
有螺母与支撑面摩擦力的时候，螺母的拧入与拧出均
用。一般运用于液压缸小腔工作压力不大或负载变化
需要一定的扭矩，该扭矩可有效组织螺母的快送松脱，
不大的情况下。
便于及时检查和重新紧固。
1-尼龙圈 2-螺母
图 1 尼龙锁紧螺母
施必牢防松螺母与标准螺母不同在即其螺纹底径
锥头紧定螺钉，后装配平头紧定螺钉，拧紧力矩可参照
使主螺母与螺栓组成的螺纹副中螺牙侧面产生防松要
偏心紧定螺钉锁紧，从螺纹后端对螺钉孔进行剖
为拧紧副螺母使主螺母轴向的预紧力消失后，而另外
求达到的轴向力。
副螺母和螺栓受力 Fmax 不得大于二者材料屈服极
限的 80%。由此校验螺纹强度。
48
标准 JB/T 6040 执行。
面如图 9，紧定螺钉孔中心线偏离径向中心线有一较大
的偏角α。当活塞松脱逆时针旋转时，紧定螺钉受到活
塞对其向下的力，从而使螺钉达到自锁的目的。
（下转第 51 页）
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.07.2015
用碟形弹簧，要求球铰部分的径向尺寸较螺旋形弹簧
及螺钉强制回程。
2. Liugong Liuzhou Dreveline Co., Ltd., Liuzhou 545006, China)
Abstract：
：Hydraulic cylinder as mechanical energy action element facing bad environment and working condition, which piston and rod contact inside mainly join with thread are the major part bearing force. Under the function of impact force, vibration and alternate stress; piston
摘 要：液压缸作为液压系统的机械能输出元件，直接面对作业环境和工况，活塞与活塞杆作为液压缸的主要受力零件，二者多采用螺
纹连接形式。但在冲击、振动和交变应力的作用下，易造成活塞从活塞杆上松脱。该文主要介绍活塞与活塞杆通过螺纹连接时采用
的锁紧结构及应用，为提高液压缸的可靠性提供参考。
关键词：活塞；螺纹；锁紧；液压缸
中图分类号：
TH137
文献标志码：A
文章编号：1008-0813（2015）07-0047-03
Analysis and Application of Hydraulic Cylinder Thread Piston Fixture
MO Qiu-ying1, LIU Jie2
(1.Liuzhou LiuGong Hydraulic Components Co., Ltd., Liuzhou 545007, China;
3-活塞 4-活塞杆
图 4 活塞用双螺母锁紧
1-活塞 2-活塞杆
3-活塞窄边 4-活塞杆卡槽
图 5 活塞机械破坏锁紧
2.5 紧定螺钉紧固
利用拧入零件螺纹孔中的螺纹末端顶住活塞杆螺
纹或槽中，以固定活塞与活塞杆的轴向位置。结构形
式如图 6，由于可采用螺母和活塞内螺纹形式，因此紧
定螺钉安装的位置可以不一样，但均固定在活塞杆螺
Key words：
：piston; thread; fixture; cylinder
0 引言
液压缸作为液压系统的机械能输出元件，直接面
对作业环境和工况，其失效将导致主要功能丧失。活
塞与活塞杆作为液压缸的主要受力零件，多采用螺纹
连接形式，但在冲击、振动和交变应力的作用下，易造
成活塞从活塞杆上松脱。所以活塞与活塞杆的螺纹连
力，此时对其施加的拧紧力矩很大，无法实现手动拧
紧。需要专门的螺母拧紧设备与工装。拧紧力矩得到
保证，但成本较高，在维修现场拆装较困难。一般应用
于复杂受力和恶劣工况的液压缸。
收稿日期：2015-05-20
作者简介：磨秋莹（1987-），女，广西河池人，助理工程师，本科，主要从
事液压缸设计工作。
卡件连接设计时，需要计算活塞杆强度，并进行卡
件强度校核。卡件一般为弹簧圈、挡圈、卡环等。加工
和装配较为简单，成本也较低，但应用范围较小，主要
应用于受轴向力的单作用升降液压缸。
1.2 活塞松脱的原因
活塞与活塞杆松脱的主要原因有高能量冲击载荷
造成连接形式的机械破坏和承受多次的规律或不规律
的扰动应力的疲劳破坏。为避免以上形式的破坏，除
零件的强度达到设计要求外，增加锁紧结构尤为重要。
动式配油盘及浮动式缸体结构，在配油盘底面及球铰
紧，同时柱塞组件中的滑靴回程需要依靠限位块、压板
液压气动与密封,2011,(7):22-26.
2002.
与制造,2010,(1):111-112.

设计要求的拧紧力矩使其产生的预紧力外，还需加设
is easy taken off from rod. Analysis and application of thread piston fixture in this paper may offer us successful experiences to improve reliability of hydraulic cylinder.
2 活塞连接及锁紧结构
2.1 螺纹连接形式
多采用的单线普通用螺纹，螺纹升角（ϕ =1°40′～
3°30′）小于螺旋副的当量摩擦角（ϕv=6.5°～10.5°），能
够满足自锁条件，在一定的预紧力作用下，在静载荷时
是不会松脱的。但在冲击、振动或变载荷的作用下，螺
纹连接副不可避免地存在轴向和径向窜动，联接会松
簧进行预紧效果不佳。而是采用如第 2.4 节所示的浮
[4]
成大先.机械设计手册(第四版)[M].北京:化学工业出版社,
低端采用多个圆周上均布的螺旋形弹簧分别进行预
[5]
陈志刚.63CY14-1B 轴向柱塞泵结构改进设计[J].机械设计
对于高压力、大排量的大负载轴向柱塞泵，由于径
向及轴向结构尺寸都很大，使用中心螺旋形或碟形弹