任務(wù)二：液壓缸的結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目四：液壓執(zhí)行元件任務(wù)二：液壓缸的結(jié)構(gòu)授課教師：任務(wù)概述1一缸底2—彈簧擋圈3—套環(huán)4—卡環(huán)5—活塞6—形密封圈7—支承環(huán)8一擋圈9-Y形密封圈

10—缸筒11—管接頭12—導(dǎo)向套13—缸蓋14—防塵圈15—活塞桿16—定位螺釘17—耳環(huán)圖4.12單桿活塞缸原理結(jié)構(gòu)圖知識(shí)與技能圖4.12所示為一種雙作用單桿活塞式液壓缸。雖然液壓缸的類型很多，一般都是以下五大部分組成。熟悉常見液壓缸的結(jié)構(gòu)，了解液壓缸的結(jié)構(gòu)組成。缸體組件活塞組件密封裝置緩沖裝置排氣裝置五大部分分別是緩沖和排氣裝置可根據(jù)需要選擇是否使用，其余則為必需的部分。缸體組件01活塞組件02目錄CONTENT密封裝置03緩沖裝置04排氣裝置0501缸體組件缸筒與缸蓋連接形式1缸筒與缸蓋采用何種連接方式，主要取決于工作壓力、缸筒材料和工作條件。缸筒與缸蓋的連接形式主要有法蘭式連接、半環(huán)式連接、拉桿式連接、螺紋式連接和焊接式連接等，具體見圖4.13所示。缸體組件由缸筒、缸底、缸蓋、導(dǎo)向套和連接件等組成，它與活塞組件構(gòu)成密封的工作腔。因要承受高壓，所以缸體組件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、較高的表面精度和可靠的密封性能。一、缸體組件圖4.1301法蘭式連接，如圖4.13(a)所示。法蘭式連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，連接可靠，但是要求缸筒端部有足夠的壁厚，用以安裝螺栓或旋入螺釘，它常用于鑄鐵缸筒，是常用的一種連接形式。（a）法蘭式02半環(huán)式連接，如圖4.13(b)所示。一般用外半環(huán)連接。半環(huán)連接工藝性好，連接可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，但削弱了缸筒強(qiáng)度。半環(huán)連接應(yīng)用十分普遍，常用于無(wú)縫鋼管或鍛鋼制作的缸筒與端蓋的連接中03拉桿式連接，如圖4.13(c)所示。

它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，通用性強(qiáng)，但端蓋的體積和重量較大，拉桿受力后會(huì)拉伸變長(zhǎng)，影響效果。只適用于長(zhǎng)度不大的中、低壓液壓缸。（b）半環(huán)式圖4.13(c)所示04螺紋式連接，如圖4.13(d)所示

它有外螺紋連接和內(nèi)螺紋連接兩種形式，其特點(diǎn)是體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，但缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這種連接形式一般用于無(wú)縫鋼管或鑄鋼制作的鋼筒上。05焊接式連接，如圖4.13(e)所示。它的強(qiáng)度高，制造簡(jiǎn)單，但焊接時(shí)易引起缸筒變形。(d)螺紋式（e）焊接式材料2缸筒是液壓缸的最主要的零件，它的材料可以根據(jù)工作介質(zhì)的壓力大小及工作缸的尺寸大小來(lái)選擇，選擇范圍很廣。

對(duì)于低壓、小尺寸的液壓缸其加工余量小，工藝性能好，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，適合于批量較大的生產(chǎn)。要求再高的可以采用鑄鋼，如ZG230-450、ZG270-500,ZG310-570等。較小尺寸的液壓缸也常用無(wú)縫鋼管作坯料而在一些大噸位的鍛造或模鍛液壓機(jī)中，液壓缸的材料有時(shí)選用18MnMoNb合金鋼，用大的鋼錠直接鍛造成液壓缸的毛坯。對(duì)那些大、中型鍛造液壓機(jī)，就常用35或40鍛鋼缸蓋裝在缸筒兩端，與缸筒形成密閉容腔。它的材料一般用35、45鋼，作導(dǎo)向用時(shí)，應(yīng)采用鑄鐵。導(dǎo)向套對(duì)活塞桿或柱塞起導(dǎo)向和支承作用，有的直接用缸蓋導(dǎo)向。導(dǎo)向套的材料一般用青銅、耐磨鑄鐵或聚四氟乙烯等。為保證活塞在液壓缸內(nèi)順利移動(dòng)，缸筒內(nèi)孔應(yīng)有圓柱度要求，軸線有直線度要求，軸線與兩端面間有垂直度要求，軸線對(duì)兩端的支撐件有同軸度要求。除了這些，還特別要求內(nèi)孔必須光潔無(wú)縱向刻痕；若為鑄鐵材料，則要求其組織緊密，不得有砂眼、針孔及疏松等。02活塞組件二、活塞組件塞組件主要由活塞、活塞桿和連接件等組成。根據(jù)工作壓力、安裝方式和工作條件的不同，活塞與活塞桿的連接形式有多種。1.活塞與活塞桿的連接形式1常見的活塞與活塞桿的連接方式如圖4.14所示幾種。02焊接式連接，如圖4.14(b)所示活塞與活塞桿分體加工，再焊接成一體，加工容易。應(yīng)用場(chǎng)合與整體式相同，損壞后也需整體更換。（b）焊接式01整體式連接，如圖4.14(a)所示?；钊c活塞桿一體加工，易保證同軸度，是最簡(jiǎn)單的一種形式。但損壞后需整體更換，適于短行程、小尺寸液壓缸。（a）整體式04半環(huán)式連接，如圖4.14(d)所示這種連接，拆裝簡(jiǎn)單、連接可靠、強(qiáng)度高，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在活塞桿上開有一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有卡鍵以?shī)A緊活塞，卡鍵由套環(huán)套住，而套環(huán)的軸向位置用彈簧卡圈來(lái)固定。半環(huán)連接多用于高壓和振動(dòng)較大的場(chǎng)合。（d）半環(huán)式03螺紋式連接，如圖4.14(c)所示螺紋式連接裝卸方便，連接可靠，適用尺寸范圍大，但一般需要螺母防松裝置。（c）螺紋式材料2活塞桿是連接活塞與工作臺(tái)的傳力零件，一般都設(shè)計(jì)成圓柱體，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，其外表面和導(dǎo)向套間隙配合(H8/f9)，活塞桿通常都用45鋼制造，當(dāng)有較大沖擊力、重載荷傳動(dòng)時(shí)，用40Cr鋼制造。為了提高活塞桿的抗腐蝕能力，桿的工作表面可鍍硬銘。如果活塞桿直徑較大，可用空心的結(jié)構(gòu)，用45號(hào)無(wú)縫鋼管制造。活塞受油壓作用，并在缸筒內(nèi)移動(dòng)，所以，要有一定的強(qiáng)度和好的耐磨性，它一般用耐磨鑄鐵制造。03密封裝置密封裝置主要有以下幾個(gè)方面的作用合理的密封裝置對(duì)液壓缸的工作性能和效率有著很大的影響。三、密封裝置01減少內(nèi)、外泄漏提高缸容積效率02減少環(huán)境污染3防止空氣和污染物侵入液壓缸的密封部位主要指活塞與缸筒、活塞桿與端蓋之間的動(dòng)密封,以及缸筒與端蓋、活塞與活塞桿之間的靜密封。液壓缸密封裝置的種類主要有間隙密封和密封圈密封兩大類。1.間隙密封如圖4.15所示的間隙密封是一種常用的、簡(jiǎn)單的密封方法，它是依靠零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)配合面間的微小間隙來(lái)防止泄漏，一般間隙為0.01?0.05mm。圖4.15間隙密封1.間隙密封種密封摩擦阻力小，耐高溫，但加工精度較高，且難以完全消除泄漏，磨損

不能自動(dòng)補(bǔ)償，它只在低壓、小尺寸液壓缸中使用，多用于滑閥中。

在間隙密封的結(jié)構(gòu)中，往往在運(yùn)動(dòng)的圓柱外表面開幾道環(huán)形槽（一般寬0.3?0.5mm、深0.5~1mm、間距2?5mm，它具有以下作用。01由于活塞加工的幾何形狀和同軸度誤差，液壓油在密封間隙中的不對(duì)稱分布將形成一個(gè)徑向不平衡力（稱為液壓卡緊力），它使摩擦力增大；開平衡槽后，使得徑向油壓力趨于平衡，使活塞能夠自動(dòng)對(duì)中，減小了摩擦力。02由于同心環(huán)縫隙的泄漏要比偏心環(huán)縫小得多，活塞的對(duì)中減少了油液的泄漏量。03油液儲(chǔ)存在平衡槽內(nèi)，使活塞能自動(dòng)潤(rùn)滑。2.密封圈密封在密封圈密封中常用的密封圈有O、Y、YX、V型等幾種結(jié)構(gòu)形式它是用耐油橡膠制造而成。這種密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，性能可靠用這種密封，缸的容積效率很高。還有一種是防塵圈，它放在活塞桿密封處。各種密封圈的規(guī)格、安裝溝槽的形狀及尺寸等都已標(biāo)準(zhǔn)化，選擇、使用起來(lái)比較方便。1）O形密封圈如圖4.16(a)所示O形密封圈的截面為圓形，如圖4.16(a)所示。O形密封圈安裝時(shí)要有一定預(yù)壓縮e=h1+h2，以消除間隙而實(shí)現(xiàn)密封。如圖4.16(b)所示O形密封圈安裝時(shí)要有一定預(yù)壓縮量e=h1+h2，以消除間隙而實(shí)現(xiàn)密封。用于動(dòng)密封時(shí)，e=(0.1?0.2)d0,用于靜密封時(shí)，e=(0.15?0.25)d0。如圖4.16(b)所示。如圖4.16(b)所示O形密封圈的截面為圓形O形密封圈用于靜密封較多，如端蓋與缸筒配合面、活塞與活塞桿配合面等。用于動(dòng)密封時(shí)，當(dāng)壓力>10MPa時(shí),應(yīng)加擋圈(厚1.5?2.5mm),如圖4.16(c)、(d)所示，否則密封圈易被擠出而損壞。如圖4.16(a)所示O形密封圈結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的密封性能，動(dòng)摩擦阻力小，內(nèi)外側(cè)和端面都能起密封作用；此外還具有制造容易、裝拆方便、成本低的特點(diǎn)，且高、低壓均可使用。因此，O形密封圈在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。2）Y形密封圈（a）Y形密封圈斷面圖圖4.17Y型密封圈（b）Y形密封圈安裝圖Y形密封圈的截面呈Y形，如圖4.17所示。

Y形密封圈在安裝時(shí)，一定要使其唇邊對(duì)著有壓力的油腔，工作時(shí)，它利用油的壓力使兩唇邊貼于密封面而保持密封。種密封磨損后有一定自動(dòng)補(bǔ)償能力，故其壽命長(zhǎng)。2）Y形密封圈Y形密封圈根據(jù)斷面的尺寸又有窄斷面和寬斷面兩種形式，如圖4.18(a)、(b)所示當(dāng)壓力變化大、速度高時(shí)，寬斷面密封圈容易翻轉(zhuǎn)，要設(shè)置支承環(huán)定位以防轉(zhuǎn)。支承環(huán)上應(yīng)開設(shè)小孔，以便使壓力油同時(shí)作用于內(nèi)、外唇邊，如圖4.18(c)所示。圖4.18Y形密封圈的斷面及安裝結(jié)構(gòu)（a）窄斷面（b）寬斷面（c）支承環(huán)定位3）YX形密封圈YX形密封圈是截面寬度與高度之比大于2并且工作唇與非工作唇不等高的Y形密封圈，YX形密封圈的工作唇（與運(yùn)動(dòng)件接觸的唇）矮于非工作唇，如圖4.19所示。它分為孔用YX形密封圈和軸用YX形密封圈，孔用YX密封圈內(nèi)側(cè)唇口高，安裝密封圈的溝槽是開在軸上的，是用來(lái)密封孔的，工作唇與孔接觸；軸用YX密封圈外側(cè)唇口高，安裝密封圈的溝槽是開在孔上的，用來(lái)密封軸的，工作唇與軸接觸。YX形密封圈工作時(shí)不會(huì)翻滾。圖4.19YX形密封圈的斷面及安裝結(jié)構(gòu)（a）孔用YX密封圈斷面圖（b）軸用YX密封圈斷面圖（c）孔用YX密封圈安裝圖（d）軸用YX密封圈安裝圖3）YX形密封圈YX形密封圈密封的特點(diǎn)是能隨著工作壓力的變化而自動(dòng)調(diào)整密封性能，密封性能可靠，摩擦阻力小，當(dāng)壓力降低時(shí)唇邊壓緊力也隨之降低，從而減少了摩擦阻力和功率消耗。一般用于軸、孔作相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)且高壓、高速的場(chǎng)合。4）V形密封圈V形密封圈通常由支承環(huán)、V形密封環(huán)和壓環(huán)三件組成，如圖4.20(a)所示。壓環(huán)壓緊密封環(huán)時(shí)支承環(huán)使密封環(huán)產(chǎn)生變形而起密封作用。當(dāng)壓力高時(shí)（p>10MPa)可以增加中間V形密封圈的數(shù)量，疊加使用，如圖4.20(b)所示。（a）斷面（b）疊加使用圖4.20V形密封圈安裝時(shí)也應(yīng)注意方向即密封圈開口應(yīng)對(duì)著有壓力的油腔。這種形式的密封圈接觸面較長(zhǎng)，具有良好的密封性能，耐高壓，磨損后可進(jìn)行壓緊補(bǔ)償，

壽命長(zhǎng)。但摩擦阻力和軸向尺寸也較大，多用于運(yùn)動(dòng)速度不高的場(chǎng)合。5）防塵圈圖4.21防塵圈防塵圈一般裝在活塞桿或柱塞與端蓋相接觸的外部，目的是防止外界雜質(zhì)進(jìn)入液壓缸內(nèi)部。它分為無(wú)骨架和有骨架兩種結(jié)構(gòu)形式，圖4.21所示是無(wú)骨架形式的防塵圈，其應(yīng)用最為廣泛。04緩沖裝置液壓缸結(jié)構(gòu)中一般設(shè)有緩沖裝置，尤其是大型、高速(v>0.2m/s)或高精度的液壓缸。因這種缸的運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，為了防止活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)因慣性力的作用與端蓋發(fā)生機(jī)械碰撞，影響加工精度和設(shè)備壽命，甚至引起破壞性事故，因而設(shè)置緩沖裝置。緩沖的原理是使活塞在接近終端時(shí)，強(qiáng)迫回油從縫隙或小孔中擠出而節(jié)流，增大回油阻力，使運(yùn)動(dòng)部件逐漸降低運(yùn)動(dòng)速度，避免運(yùn)動(dòng)部件撞擊液壓缸端蓋。沖裝置節(jié)流口面積可變式緩沖裝置節(jié)流口面積可調(diào)式緩沖裝置常見的緩沖裝置三種形式1）環(huán)狀間隙式緩沖裝置圖4.22（a）所示是一種環(huán)狀間隙式緩沖裝置，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，缸蓋和活塞間形成緩沖油腔，被封閉油液只能通過(guò)環(huán)形間隙δ排出，產(chǎn)生緩沖壓力，從而實(shí)現(xiàn)減速緩沖。這種緩沖裝置在緩沖過(guò)程中，由于其節(jié)流面積不變，故緩沖開始時(shí)產(chǎn)生的緩沖制動(dòng)力很大，但很快就降低了，其緩沖效果較差。圖4.22（a）環(huán)狀間隙式環(huán)狀間隙緩沖裝置的緩沖柱塞也可做成圓錐凸臺(tái)，如圖4.22（b）所示。由于緩沖柱塞為圓錐形，所以緩沖環(huán)形間隙隨位移量而改變，即節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而縮小，其緩沖

效果較好。圖4.22（b）緩沖圓錐凸臺(tái)2)節(jié)流口面積可變式緩沖裝置如圖4.23所示，在緩沖柱塞上開有由淺到深的三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨著緩沖行程的增大而逐漸減小，緩沖壓力變化平緩。圖4.23節(jié)流口面積可變式緩沖裝置3）節(jié)流口面積可調(diào)式緩沖裝置如圖4.24所示，在緩沖過(guò)程中，緩沖腔油液經(jīng)緩沖節(jié)流閥1排出，調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大小，可控制緩沖腔內(nèi)緩沖壓力的大小，以適應(yīng)液壓缸不同的負(fù)載和速度對(duì)緩沖的要求，同時(shí)當(dāng)活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，高壓油從單向閥2進(jìn)入液壓缸內(nèi)，活塞也不會(huì)因推力不足而產(chǎn)生起動(dòng)緩慢或困難等現(xiàn)象。4.24節(jié)流口面積可調(diào)式緩沖裝置05排氣裝置五、排氣裝置由于液壓系統(tǒng)在安裝過(guò)程中，或較長(zhǎng)時(shí)間停止工作或密封不嚴(yán)時(shí)，油液中會(huì)混入空氣。大量的空氣積聚會(huì)使系統(tǒng)在工作中產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲，引起活塞低速爬行，工作部件突然前沖及換向精度下降等不良后果。因此在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，必須設(shè)置排氣裝置，如排氣塞等，結(jié)構(gòu)如圖4.25所示。排氣時(shí)松開排氣塞螺釘，帶著空氣的油液便通過(guò)錐面間隙經(jīng)小孔溢出，空氣排完后擰緊螺釘，液壓缸可開始正式工作。對(duì)于要求不高的液壓缸可以不設(shè)專門的排氣裝置，一般利用空氣比油的密度小的特點(diǎn)，將油口布置在缸筒兩端的最高處，通過(guò)流出的油液將缸內(nèi)的空氣帶入油箱，再?gòu)挠拖渲幸莩?。圖4.25排氣塞訓(xùn)練5進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵱?xùn)車間，拆裝活塞式液壓缸，了解液壓缸的結(jié)構(gòu)。技能訓(xùn)練一、技能訓(xùn)練目的通過(guò)拆裝活塞式液壓缸，掌握活塞式液壓缸的結(jié)構(gòu)組成，了解其加工和裝配工藝:分析液壓缸工作原理；了解易產(chǎn)生故障的部件并分析其原因;掌握拆裝液壓缸的方法和拆裝要點(diǎn)。二、技能訓(xùn)練要點(diǎn)01掌握活塞式液壓缸的基本結(jié)構(gòu)。02掌握活塞式液壓缸的拆裝基本要求。三、技能訓(xùn)練準(zhǔn)備活塞式液壓缸的分類