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液压缸结构图示

发布时间:2020-08-26 16:07

  液压缸的结构 ? 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、 9、 和防尘圈 12。 5、 11 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、 间距 2~5mm 的环形沟槽, 称平衡槽, 深 0.5~lmm、 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、 形、 V 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, 形圈就会被挤入间隙中而损坏, O 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 p50MPa、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 p20MPa。 窄断面 Y 形圈一般适用于工作压力 p32MPa。 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 缸盖和缓冲活塞间形成缓冲油腔,被封闭油液 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 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, 快就降低了。其缓冲效果较差,但这种装置结 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。