液压缸基本结构

液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。

上图给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。

活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。

下面对液压缸的结构具体分析。

3.2.1 缸体组件
•
缸体组件与活塞组件形成的
密封容腔承受油压作用，因此，
缸体组件要有足够的强度，较高
的表面精度可靠的密封性。

3.2.1.1 缸筒与端盖的连接形
式
常见的缸体组件连接形式如图3.10所示。

(1)法兰式连接（见图a），结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，它是常用
的一种连接形式。

(2)半环式连接（见图b），分
为外半环连接和内半环连接
两种连接形式，半环连接工
艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。

半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。

(3)螺纹式连接（见图f、c），有外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但
缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。

•
(4)拉杆式连接（见图d），结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。

只适用于长度不大的中、低压液压缸。

(5)焊接式连接（见图e），强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。

3.2.1.2 缸筒、端盖和导向套的基本要求
•缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表
面粗糙度在0.1～0.4μm，使活塞及其密封件、支
承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；
缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的
强度和刚度。

•
端盖装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。

设计时既要考虑强度，又要选择工艺性较好的结构形式。

导向套对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向，这种结构简单，但磨损后必须更换端盖。

缸筒、端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考《液压工程手册》。

3.2.2 活塞组件
活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。

随液压缸的工作压力、安装方式和工作条件的不同，活塞组件有多种结构形式。

3.2.2.1 活塞与活塞杆的连接形式
如图3.11所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。

螺纹式连接如图(a)所示，结构简单，装拆方便，但一般需备螺母防松装置；
•
半环式连接如图(b)所示，连接强度高，但结构复杂，装拆不便，半环连接多用于高压和振动较大的场合。

3.2.2.2 活塞组件的密封
•活塞装置主要用来防止液压油的泄漏，良好的
密封是液压缸传递动力、正常动作的保证，根据
两个需要密封的耦合面间有无相对运动，可把密封分为动密封和静密封两大类。

设计或选用密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性，除此以外，摩擦阻力要小、耐油、抗腐蚀、耐磨、寿命长、制造简单、拆装方便。

•常见的密封方法有以下几种。

(1)间隙密封
间隙密封是一种常用的密封方法，它依靠相对运动零件配合面间的微小间隙来防止泄漏，由环形缝隙轴向流动理论可知，泄漏量与间隙的三次方成正比，因此可用减小间隙的办法来减小泄漏。

一般间隙为0.01～0.05mm，这就要求配合
面有很高的加工精度。

在活塞的外圆表面一般开
几道宽0.3~0.5mm、深
0.5~lmm、间距2~5mm的环形
沟槽，称平衡槽，其作用如下:
(a)使活塞具有自位性能，由于
活塞的几何形状和同轴度误差，工作压力油在密封间隙中的不对称分布将形成一个径向不平衡力，称为液
压卡紧力，它使摩擦力增大，开平衡槽后，使得径向油压力趋于平衡，使活塞能够自动对中，减小了摩擦力；
(b)由于同心环缝的泄漏要比偏心环缝小得多，活塞的对中减少了油液的泄漏量，提高了密封性能；
(c)自润滑作用，油液储存在平衡槽内，使活塞能自动润滑。

间隙密封的特点是结构简单、摩擦力小、耐用，但对零件的加工精度要求较高，且难以完全消除泄漏。

故只适用于低压、小直径的快速液压缸。

(2)活塞环密封
活塞
环密封依
靠装在活
塞环形槽
内的弹性
金属环紧贴缸筒内壁实现密封，如图所示。

它的密封效果较间隙密封好，适用的压力和温度范围很宽，能自动补偿磨损和温度变化的影响，能在高速条件下工作，摩擦力小，工作可靠，寿命长，但不能完全密封。

活塞环的加工复杂，缸筒内表面加工精度要求高，一般用于高压、高速和高温的场合。

(3) 密封圈密封
密封圈密封是液压系统中应用最广泛的一种密封，密封圈有O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨酯等。

•
①O形密封圈
O
形密
封圈
的截
面为
圆形，主要用于静密封和速度较低的滑动密封，其结构简单紧凑，安装方便，价格便宜，可在-40～120°C 的温度范围内工作。

但与唇形密封圈相比，其寿命较短，密封装置机械部分的精度要求高，启动阻力较大。

•O形圈密封的原理如图所示，O形圈装入密
封槽后，其截面受到压缩后变形。

在无液压力时，靠O形圈的弹性对接触面产生预接触压力，实现初始密封，当密封腔充入压力油后，在
液压力的作用下，O形圈挤向槽一侧，密封面上的接触压力上升，提高了密封效果。

•任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当
的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力增大，且易于损坏，因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表
面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。

在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤入间隙中而损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制成的挡圈，其厚度为1.25～2.5mm，双向受高压时，两侧都要加挡圈，其结构如图所示。

•②V形密封圈
•V形圈的截面为V形，如图所示，V形密封
装置是由压环、V形圈和支承环组成。

当工作压
力高于10MPa时，可增加V形圈的数量，提高密
封效果。

安装时，V形圈的开口应面向压力高的
一侧。

•V形圈密封性能良好，耐高压，寿命长，通过调节压紧力，可获得最佳的密封效果，但V形密封装置的摩擦阻力及结构尺寸较大，主要用于活塞杆的往复运动密封，它适宜在工作压力p>50MPa、温度-40~80℃的条件下工作。

③Y形密封圈
Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。

它是一种密封性、稳定性和耐压性较好，摩擦阻力小，寿命较长的密封圈，故应用很普遍。

Y形圈主要用于往复运动的密封，根据截面长宽比例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式；宽断面Y形圈一般适用于工作压力p<20MPa。

窄断面Y形圈一般适用于工作压力p<32MPa。

图3.15所示为宽断面Y形密封圈。

Y形圈的密封作用取决于它的唇边对耦合圆的紧密接触程度，在压力油作用下，唇边对耦合面产生较大的接触压力，从而达到密封的目的；当液压力升高时，唇边与藕合面贴得更紧，接触压力更高，密封性能更好。

Y形圈安装时，唇口端面应对着压力高的一侧，当压力变化较大、滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈，如图3.15(b)所示。

3.2.3 缓冲装置
•当液压缸拖动负载的质量较大、速度较高时，一般应在液压缸中设缓冲装置，必要时还需在液
压传动系统中设缓冲回路，以免在行程终端发生
过大的机械碰撞，导致液压缸损坏。

缓冲的原理
是当活塞或缸筒接近行程终端时，在排油腔内增
大回油阻力，从而降低液压缸的运动速度，避免
活塞与缸盖相撞。

•液压缸中常用的缓冲装置如图所示。

3.2.3.1 圆柱形环隙式缓冲装置（播放动画）
如图(a)，当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，缸盖和缓冲活塞间形成缓冲油腔，被封闭油液只能从环形间隙δ排出，产生缓冲压力，从而实现减速缓冲。

这种缓冲装置在缓冲过程中，由于其节流面积不变，故缓冲开始时，产生的缓冲制动力很大，但很快就降低了。

其缓冲效果较差，但这种装置结构简单，制造成
本低，所以在系列化的成品液
压缸中多采用这种缓冲装置。

3.2.3.2 圆锥形环隙式缓
冲装置
如图(b)，由于缓冲柱塞为圆锥形，所以缓冲环形间隙δ随位移量而改变；即节流面积随缓冲行程的增大而缩小，使机械能的吸收较
均匀，其缓冲效果较好。

3.2.3.3 可变节流槽式缓
冲装置
如图3.16(c)，在缓冲柱塞上开有由浅渐深的三角节流槽，节流面积随着缓冲行程的增大而逐渐减小，缓冲压力变化平缓。

3.2.3.4 可调节流孔式缓冲装置
如图3.16(d)，在缓冲
过程中，缓冲腔油液经
小孔节流排出，调节节流
孔的大小，可控制缓冲腔
内缓冲压力的大小，以适
应液压缸不同的负载和速度工况对缓冲的要求，同时当活塞反向运动时，高压油从单向阀进入液压缸内，活塞也不会因推力不足而产生启动缓慢或困难等现象。

3.2.4 排气装置
液压传动系统中往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象；严重时会使系统不能正常工作。

因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除，对于要求不高的液压缸，往往不设计专门的排气装置，而是将油口布置在缸筒两端的最高处，这样也能使空气随油液排往油箱，再从油箱溢出；对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。