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、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），结构相对比较简单，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，结构紧密相连，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，结构紧密相连，但缸筒端部结构较为复杂，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~lmm、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，通常用于高压、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。当工作所承受的压力高于 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，它适宜在工作所承受的压力 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 大多数都用在往复运动的密封，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所承受的压力 p20MPa。 窄断面 Y 形圈一般适用于工作所承受的压力 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，进而达到密封的目的；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，以此来降低液压缸的 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，以此来实现减速缓冲。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
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