液压缸结构设计指导

液压缸结构设计指导

液压缸设讣是在对整个液压系统进行了工况分析、编制了负载图、选定了工作压力的基础上进行的。因此，首先要根据主机的要求确定缸的结构类型，按照负载、速度、行程等已知条件决定缸的主要尺寸，再迸行结构设计，最后对液压缸的强度、刚度和工作稳定性进行校核。这里，重点对结构设计提出指导性意见, 指出校核方法，供课程设计时参考。

1-1液压缸结构设计的要求

液压缸结构设计的LI标是要满足其输出的力、速度、行程等诸项要求，同时要兼顾结构简单，便于加工、装卸、维修，确保一定的效率、寿命等。

一、力

液压缸的推力大小将直接影响其结构。一般来说，推力越大，其工作压力越高。因此，对液圧缸的各个零件要进行必要的受力分析。如，活塞杆是受拉还是受压，是否受到偏载，行程末端的冲击压力将有多大等，这就要求正确设讣活塞杆的导向装置、密封装置,选定合适的活塞杆长径比和液压缸各零件的连接结构。

二、速度

为实现液压缸的最高速度、最终速度，在结构上就要保证进、出口有一定通径，减少内泄漏量，设置缓冲装置以防止冲击，设置排气装置以免低速爬行等。

三、行程

除了液压缸在起动、制动时所需的附加行程外，其有效行程要达到运动部件的最大行程要求，并力求结构紧凑、占地最小。这就要求合理确定液压缸的结构类型、安装方式，如釆用伸缩缸、增程缸的结构型式，或采用活塞杆固定缸体移动的安装方式。

四、其它

在特殊情况下，要考虑防漏、防锈蚀、防尘、防热变形、防自重跌落（如垂直缸或倾斜缸要有锁紧装置）等。

2-2液压缸结构分析实例

一、磨床工作台液压缸

图II1-2-1所示为小型的卧轴矩台平面磨床M7120A的工作台液压缸，带动工作台和工件作往复运动。液压缸的工况是负载力小、工作压力为1.0〜1.5MPa, 要求往复等

速，速度为4〜12m/min,工作行程小于lm,属于中速、低压、短程液压缸。据此工况，进行以下结构分析。

圖m-2-i Mnzo A平面确床工作台液圧缸

（一）缸的结构类型双作用双出杆活塞式液汗缸，可满足往复等速要求。

（二）缸的安装方式缸体6、缸盖8固定于床身，活塞杆7通过挂脚9与工作台连接，带动工作台（工件）实现往复运动。这种缸体固定活塞杆移动的安装方式适合于短行程（为什么？请读者自行分析）。另外，液压缸的安装还要使其容易校正，为此，在缸体外圆上专门设置两个供校调用的工艺外圆柱面A、B, 要求A、B分别与缸体孔同心，A、B 作为加工基准（搭中心架用）和安装基准。用千分表校正A、B外圆柱面的上母线、侧母线分别与床身V形导轨的导向面平行，这就实际上保证了液压缸中心线在两个方向上与导轨面的平行度，使液压缸在正确的工作位置上就位。

（三）缸的导向、缓冲、排气和密封等结构先分析活塞杆的受力。液压缸压力油腔一侧的话塞杆承受负载力而呈受拉状态，其杆径可以选择得较小。为使回油腔一侧的活塞杆免受圧力，挂脚9与活塞杆7为空套，螺母10仅为单面连接, 即使活塞杆7受热伸长也不会受阻而产生弯曲变形。该液压缸的负载力与其所输出的推力不在同一直线上（即受到偏载），因此必须设置活塞杆的导向装置。铜套8为导向套，使细长的活塞杆7得到导向，并能承受一定的偏载。

该液压缸以中速运行，最大行程山机械挡铁所限，活塞端面一般不撞击缸盖, 为简化设计，可不设汁缓冲结构。但必须指出，大型平面磨床工作台因其速度高、惯量大，在液压缸的两端均有缓冲结构。

平磨液压缸不作低速运行，没有低速运动平稳性的要求，可不必设置专用排气装置。但缸内难免有空气存在，也要将浮积在缸最高处的空气排除。为此，油液从缸盖顶部的通油孔C进出，在活塞作全行程往复移动时，便可将混有气泡的油液从此排出。

括塞5与缸体6之间采用间隙密封，其原因是：间隙密封的摩擦阻力小，对于速度

较快的平磨液压缸来说可使其运动轻快。少量的内泄漏量对该缸的速度平稳性影响不大（当然，活塞上开设压力平稳槽，使活塞与缸孔尽量对中，减少泄漏）。因液压缸工作压力较低，在缸盖与缸体之问的端面用纸垫4进行密封即可。活塞杆与缸盖之间采用Y 形密封圈进行密封，可减小摩擦力、缩短轴向尺寸，并使密封装置具有“自密封性”。（四）缸体组件与活塞组件的结构缸体为铸铁件，适用于低压缸。缸体与缸盖用螺钉（图III-2-1中未示出）连接成缸体组件，结构简单、拆装方便，成本低廉。活塞与活塞杆用开口销连接成活塞组件，对于低压缸可达到强度和可靠性要求。缸体与活塞的材料分别为灰铸铁和球墨铸铁，材料的硕度匹配较为合理。活塞上的小孔D ,不是阻尼孔，

是用来装配第二根活塞杆时减小气阻的工艺孔。

图111-2-2 MN32 A外床工惟台浚压应

图II1-2-2所示为万能外圆磨床M1432A的工作台液压缸，工作压力1.0〜1.5MPa,往复速度V4m/min,行程为2m ,属低压低速长行程液压缸。图III-2-1. III-2-2虽然同样都是磨宋工作台液圧缸，但山于设计要求的不同，在结构设计上也有明显的差别。现分析如下：缸的结构类型两者相同，而安装方式不同。图111-2-2的活塞杆通过支座17 固定于床身，缸体11 111挂脚3、15与工作台连接而作往复移动，此结构适用于长行程。

外磨工作台液斥缸的结构设计是从满足低速稳定性这一要求出发的，因为在进行精细修整砂轮或作精磨时，工作台速度仅为0.02m/min,为此用以下特殊的结构措施来实现；（1）活塞用“O”形圈9密封，活塞与活塞杆用过渡配合，尽量减少内泄漏。因为液压缸作低速运行时，进入缸的流量仅每分钟儿毫升，泄漏将会明显影响速度的稳定性。（2）低速时对摩擦力很敏感，极易产生“爬行'’（读者可复习一下液压低速爬行的原因与对策），为此导向套7采用减摩材料，其密封装置也只用一只Y形密封圈，既减小摩擦力，乂提高了密封性。（3） 2米长的缸体是用薄壁钢管制成，钢管受热伸长易引起弯曲变形，活塞在缸体内作低速运动时摩擦阻力很不均匀，造成低速不稳定。为此，缸体采用简支梁结构，其右端山挂脚15固定于工作台上，而左端空套在挂脚8的孔内，缸体11可作自山伸缩。（4）气泡是造成低速爬行的原因之一。该缸设有专用排气孔与排气阀相连，可随时排气。孔6经导向套7的环槽内侧通道与排气阀的管道相接（图中未示出）。排气装置，对于获得低速稳定性特别重要。