液压缸结构设计

液压缸结构设计第一页，共五十页，2022年，8月28日典型结构缸体组件、活塞组件、密封件、连接件、缓冲装置、排气装置等。第二页，共五十页，2022年，8月28日一、液压缸的结构第三页，共五十页，2022年，8月28日1、缸体与端盖的结构

缸体与端盖的连接

活塞和活塞杆结构液压缸的缓冲装置

液压缸的排气装置二、液压缸的组成第四页，共五十页，2022年，8月28日缸体与端盖的连接

法兰连接半环连接

螺纹连接

拉杆连接

焊接连接

第五页，共五十页，2022年，8月28日第六页，共五十页，2022年，8月28日缸体与端盖的连接∵工作压力、缸体材料、工作条件不同∴连接形式很多低压，铸铁缸体，外形尺寸大第七页，共五十页，2022年，8月28日缸体与端盖的连接形式法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。内半环—结构简单、紧凑、装卸半环连接<方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱）

外半环内螺纹螺纹连接<>重量轻，外径小，但端部复杂，外螺纹装卸不便，需专用工具

焊接连接第八页，共五十页，2022年，8月28日拉杆连接通用性好，缸体加工方便，装拆方便，但端盖体积大，重量也大，拉

杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适于中低压.

第九页，共五十页，2022年，8月28日活塞和活塞杆的连接

∵工作压力、安装方式、工作条件的不同。

∴活塞组件有多种结构形式。整体式：常用于小直径液压缸，结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换第十页，共五十页，2022年，8月28日活塞和活塞杆的连接焊接式：同上锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配简单，但承载能力小，且需防止脱落螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但需防止螺母松动。半环式：常用于高压大负载或振动比较大的场合，强度高，但结构复杂，装拆方便。第十一页，共五十页，2022年，8月28日第十二页，共五十页，2022年，8月28日活塞杆头部结构活塞杆：是连接活塞和工作部件的传力零件，必须具有足够的强度和刚度，一般用钢料制成,

且需镀铬。第十三页，共五十页，2022年，8月28日液压缸的缓冲装置

必要性缓冲原理缓冲装置类型第十四页，共五十页，2022年，8月28日缓冲的必要性∵在质量较大、速度较高(v>12m/min），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。∴常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。第十五页，共五十页，2022年，8月28日缓冲原理利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。第十六页，共五十页，2022年，8月28日缓冲装置类型（1）

圆柱形环隙式缓冲装置（2）

圆锥形环隙式缓冲装置（3）

可变节流槽式缓冲装置（4）可调节流孔式缓冲装置第十七页，共五十页，2022年，8月28日第十八页，共五十页，2022年，8月28日第十九页，共五十页，2022年，8月28日缓冲装置(2/3)（1）圆柱形环隙式缓冲装置当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，缸盖和活塞间形成缓冲油腔B，被封闭油液只能从环形间隙排出，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，便于设计和降低制造成本，所以在一般系列化的成品液压缸中多采用这种缓冲装置。

第二十页，共五十页，2022年，8月28日缓冲装置(2/3)（2）圆锥形环隙式缓冲装置由于缓冲柱塞为圆锥形，所以缓冲环形间隙随位移量l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。第二十一页，共五十页，2022年，8月28日缓冲装置(3/3)（3）可变节流槽式缓冲装置理想缓冲装置应在全部工作过程中保持缓冲压力恒定不变，因此，可在缓冲柱塞上开由浅到深的三角节流沟槽，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，但需要专门设计。第二十二页，共五十页，2022年，8月28日缓冲装置(3/3)（4）可调节流孔式缓冲装置在缓冲过程中，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。

第二十三页，共五十页，2022年，8月28日液压缸的排气装置

必要性排气方法第二十四页，共五十页，2022年，8月28日排气的必要性∵系统在安装或停止工作后常会渗入空气∴使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。

故必须设置排气装置。第二十五页，共五十页，2022年，8月28日排气方法1排气孔油口设置在液压缸最高处2排气塞象螺钉（如暖气包上的放气阀）3排气阀使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时，拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次即可第二十六页，共五十页，2022年，8月28日1—缸盖2—放气小孔3—缸体4—活塞杆第二十七页，共五十页，2022年，8月28日三、液压缸的设计与计算一、设计

：二、校核

液压缸内径D、活塞杆直径d、液压缸缸体长度L第二十八页，共五十页，2022年，8月28日液压缸设计中的注意事项（1）活塞杆受拉状态下承受最大负载，在受压状态下具有稳定性。（2）排气和制动问题（3）液压缸的安装，只能在一端用键或销定位。（4）结构简单紧凑（5）密封性要好第二十九页，共五十页，2022年，8月28日一、设计缸工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺及拆装检修等。设计依据：液压缸的主要尺寸包括：液压缸内径D

活塞杆直径d

液压缸缸体长度L第三十页，共五十页，2022年，8月28日液压缸内径D

1根据最大总负载和选取的工作压力来确定

2根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定第三十一页，共五十页，2022年，8月28日液压缸工作压力的确定

第三十二页，共五十页，2022年，8月28日液压缸内径和活塞杆直径的确定（一）液压缸内径D

（二）活塞杆直径d第三十三页，共五十页，2022年，8月28日一双杆缸液压缸内径D

第三十四页，共五十页，2022年，8月28日二单杆缸无杆腔进油时活塞的速度和推力P2第三十五页，共五十页，2022年，8月28日以单杆缸为例：无杆腔进油时是最大工作负载。P1P2液压缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定,P2

是背压一般为零。根据最大总负载和选取的工作压力来确定D

第三十六页，共五十页，2022年，8月28日当液压缸的往复速度比有一定要求时，由式得杆径d为：

缸的速度比过大会使无杆腔产生过大的背压，速度比

过小则活塞杆太细，稳定性不好。

缸主要尺寸的计算(2/3)第三十七页，共五十页，2022年，8月28日2根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定

以单杆缸为例：无杆腔进油时有杆腔进油时第三十八页，共五十页，2022年，8月28日（二）活塞杆直径d

原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取液压缸的往复速度比有一定要求时

d=D√λv-1/λvd=D√v2-v1/V2

计算所得活塞杆直径d亦应圆整为标准系列值。第三十九页，共五十页，2022年，8月28日活塞杆直径d根据活塞杆的受力情况来确定一般受拉力作用时，d=（0.3～0.5）D受压时：见表

计算所得活塞杆直径d亦应圆整为标准系列值。第四十页，共五十页，2022年，8月28日（三）液压缸缸体长度L

原则：由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其它长度确定,为减小加工难度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的20—30倍。L=l+A+B+M+C第四十一页，共五十页，2022年，8月28日液压缸其它部位尺寸的确定

导向长度H≥L/20+D/2（L为液压缸最大行程）活塞宽度B=（0、6——1、0）D；

A=(0.6—10)D（D<80mm）导向套滑动面长度AA=(0.6—1)d（D≥80mm）如装有隔套K时，C=H-（A+B）/2M:活塞杆密封长度，由密封方式决定第四十二页，共五十页，2022年，8月28日（四）最小导向长度的确定

如果导向长度过小，影响液压缸的稳定，因此必须保证有一个最小导向长度。

H≥L/20+D/2L液压缸的最大工作行程D缸筒内径第四十三页，共五十页，2022年，8月28日二强度校核（一）缸筒壁厚δ（二）活塞杆外径校核（三）缸盖固定罗双的直径校核（四）缓冲计算（五）液压缸稳定性校核第四十四页，共五十页，2022年，8月28日（一）缸筒壁厚δ校核方法1、缸筒壁厚δ

中低压系统，无需校核确定原则<

高压大直径时，必须校核δ第四十五页，共五十页，2022年，8月28日薄壁缸体（无缝钢管）:

当D/δ≥10时δ≥ptD/2[б]

[б]=бb/nPt

为缸筒的试验压力，由液压缸的额定压力来确定[б]缸筒材料的许用压力бb缸筒材料的抗拉强度n一般取为5第四十六页，共五十页，2022年，8月28日厚壁缸体（铸造缸体）:

当D/δ≤10时

δ≥D/2[√[б]+0.4pt/[б]-1.3pt-1]若液压缸缸筒与缸盖采用半环连接，δ应取缸筒壁最小处的值。第四十七页，共五十页，2022年，8月28日（二）活塞杆外径校核（1）受拉安全d≥√4F/π[б]

[б]=бb/1.4

第四十八页，共五十页，2022年，8月28日缸的强度计算和校核(3/3)（2）活塞杆的稳定性计算活塞杆受轴向压力作用时，有可能产生弯曲，当此轴向力达到临界值Fk时，会出现压杆不稳定现象，临界值Fk的大小与活塞杆长度和直径，以及缸的安装方式等因素有关。只有当活塞杆的计算长度时，才进行活塞杆的纵向稳定性计算。其计算按材料力学有关公式进行。使缸保持稳定的条件为：（4.30）

Fcr可根据细长比的范围按下述有关公式计算：（a）当细长比