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~l mm、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。

•② V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。

③ Y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。