液压缸的典型结构解析

液压缸的结构可分为缸筒和缸盖、活塞组件、密封装置、缓冲装置及排气装置5 部分。

（1）缸筒和缸盖

一般来说，缸筒和缸盖的结构形式与其使用的材料有关。工作压力p<10 MPa 时，使用铸铁；p<20 MPa 时，使用无缝钢管；p>20 MPa 时，使用铸钢或锻钢。

如图4.9 所示为缸筒和缸盖的常见结构形式。如图4.9（a）所示为法兰联接，结构简单，容易加工，也容易拆装，但外形尺寸和质量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。如图4.9（b）所示为半环联接，它的缸筒外壁因开了环形槽而削弱了强度，为此，有时要加厚缸壁。它容易加工和装拆，质量较小，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。如图4.9（c）所示为螺纹联接，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和质量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。如图4.9（d）所示为拉杆联接，该结构通用性强，容易加工和拆装，但外形尺寸较大，且较重。如图4.9（e）所示为焊接联接，其结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。

（2）活塞与活塞杆

可将短行程液压缸的活塞杆与活塞做成一体，这是最简单的形式。但当行程较长时，这种整体式活塞组件的加工较费事，故常把活塞与活塞杆分开制造，然后联接成一体。如图4.10所示为常见的活塞与活塞杆的联接形式。

如图4.10（a）所示为活塞与活塞杆之间采用螺母联接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹联接虽然结构简单，安装方便、可靠，但在活塞杆上车螺纹会削弱其强度。如图4.10（b）、（c）所示为半环式联接。如图4.10（b）所示的活塞杆5 上开有一个环形槽，槽内装有两个半环3 以夹紧活塞4，半环3 由轴套2 套住，而轴套2 的轴向位置用弹簧卡圈固定。如图4.10（c）所示的活塞杆使用了两个半环4，它们分别由两个密封圈座2 套住，半圆形的活塞3 安装在密封圈座的中间。半环联接一般用在高压大负荷的场合，特别是当工作设备有较大振动的情况下。如图4.10（d）所示为一种径向锥销式联接结构，用锥销1 把活塞2 固联在活塞杆3 上。这种联接方式特别适用于双出杆式活塞，对轻载的磨床更为适宜。

图4.9　缸筒和缸盖结构

1—缸盖；2—缸筒；3—压板；4—半环；5—防松螺母；6—拉杆

（3）密封装置

液压缸高压腔中的油液向低压腔泄漏，称为内泄漏；液压缸中的油液向外部泄漏，称为外泄漏。由于液压缸存在内泄漏和外泄漏，使得液压缸的容积效率降低，从而影响液压缸的工作性能，严重时使系统压力上不去，甚至无法工作；同时，外泄漏还会污染环境。因此，为了防止泄漏的产生，液压缸中需要密封的地方必须采取相应的密封措施。液压缸中需要密封的部位有活塞、活塞杆和端盖等处。

设计和选用密封装置的基本要求是：密封装置应具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高；动密封处运动阻力要小；密封装置要耐油抗腐蚀、耐磨、寿命长、制造简单、拆装方便。常用的密封装置如图4.11 所示。

1）间隙密封

如图4.11（a）所示，它依靠两运动件配合面间保持一很小的间隙，使其产生液体摩擦阻力来防止泄漏。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，其尺寸为0.5 mm×0.5 mm，槽间距为3~4 mm，这些环形槽有两个作用：一是提高间隙密封的效果，当油液从高压腔向低压腔泄漏时，因油路截面突然改变，故在小槽中形成旋涡而产生阻力，于是使油液的泄漏量减少；二是阻止活塞轴向偏移，从而有利于保持配合间隙，保证润滑效果，减少活塞与缸壁的磨损，增强间隙密封性能。间隙密封的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞之间使用。

图4.10　活塞与活塞杆的结构

（a）1—活塞杆；2—螺母；3—活塞（b）1—弹簧卡圈；2—轴套；3—半环；4—活塞；5—活塞杆（c）1—活塞杆；2—密封圈座；3—活塞；4—半环（d）1—锥销；2—活塞；3—活塞杆

图4.11　密封装置

2）摩擦环密封

如图4.11（b）所示，它依靠套在活塞上的摩擦环（尼龙或其他高分子材料制成）在O 形密封圈的弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料密封效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐

高温，磨损后有自动补偿能力，但加工要求高，拆装不方便，适用于缸筒和活塞之间的密封。(www.xing528.com)

3）密封圈（O 形圈、Y 形圈、V 形圈等）密封

如图4.11（c）、（d）所示为密封圈密封。它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静动配合面之间来防止泄漏。其结构简单、制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间均可使用。

4）防尘圈

对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把粉尘或杂质带入液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，因此，常需在活塞杆密封处增添防尘圈，并安装在向着活塞杆外伸的一端，如图4.7所示。

（4）缓冲装置

液压缸一般都设有缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压缸，为了防止活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必须设置缓冲装置。

缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。常见缓冲装置的结构有环状间隙式、节流口面积可变式和节流口面积可调式等，如图4.12 所示。

图4.12　液压缸的缓冲装置

1—活塞；2—节流阀；3—单向阀

1）环状间隙式

如图4.12（a）、（b）所示，当缓冲柱塞进入与其相配的缸盖上的内孔时，孔中的液压油只能通过间隙5 排出，使活塞速度降低。如图4.12（b）所示，活塞设计成锥形，使间隙逐渐减小，从而使阻力逐渐增大，缓冲效果更好。

2）节流口面积可变式

如图4.12（c）所示，在缓冲柱塞上开有三角槽，随着柱塞逐渐进入配合孔中，其节流面积越来越小，使活塞运动速度逐渐减慢而实现制动缓冲作用。

3）节流口面积可调式

如图4.12（d）所示，在端盖上装有节流阀，当缓冲凸台进入凹腔c 后，活塞与端盖（a 腔）间的油液经节流阀2 的开口流入c 腔而排出，于是回油阻力增大，形成缓冲液压阻力，使活塞运动速度减慢，实现制动缓冲。节流阀2 的开口可根据负载情况调节，从而改变缓冲的速度。当活塞1 反向运动时，压力油由c 腔经单向阀3 进入a 腔，使活塞迅速启动。

（5）排气装置

液压缸在安装过程中或长时间停放后重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行、噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。一般可在液压缸的最高处设置进出油口把空气带走，也可在最高处设置如图4.13（a）所示的排气孔或专门的排气阀，如图4.13（b）、（c）所示。工程机械中液压缸的基本参数及连接形式见表4.1。

图4.13　放气装置

1—缸盖；2—放气小孔；3—缸体；4—活塞杆

表4.1　工程机械中液压缸的基本参数及联接形式