液压缸的结构和组成介绍

1）液压缸的典型结构举例

如图4.12所示为一个较常用的双作用单活塞杆液压缸。它是由缸底20、缸筒10、缸盖兼导向套9、活塞11及活塞杆18组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端缸盖（导向套）与缸筒用卡键6、套5和弹簧挡圈4固定，以便拆装检修，两端设有油口A和B。活塞11与活塞杆18利用卡键15、卡键帽16和弹簧挡圈17连在一起。活塞与缸孔的密封采用的是一对Y形聚氨酯密封圈12，由于活塞与缸孔有一定间隙，采用由尼龙1010制成的耐磨环13（又称支承环）定心导向。活塞杆18和活塞11的内孔由密封圈14密封。较长的导向套9则可保证活塞杆不偏离中心，导向套外径由O形圈7密封，而其内孔则由Y形密封圈8和防尘圈3分别防止油外漏和灰尘带入缸内。缸与杆端销孔与外界联接，销孔内有尼龙衬套抗磨。

图4.12　双作用单活塞杆液压缸

1—耳环；2—螺母；3—防尘圈；4，17—弹簧挡圈；5—套；6，15—卡键；7，14—O形密封圈；8，12—Y形密封圈；9—缸盖兼导向套；10—缸筒；11—活塞；13—耐磨环；16—卡键帽；18—活塞杆；19—衬套；20—缸底

如图4.13所示为一空心双活塞杆式液压缸的结构。可知，液压缸的左右两腔是通过油口b和d经活塞杆1和15的中心孔与左右径向孔a和c相通的。活塞杆固定在床身上，缸体10固定在工作台上，工作台在径向孔c接通压力油，径向孔a接通回油时向右移动；反之，则向左移动。在这里，缸盖18和24是通过螺钉（图中未画出）与压板11和20相连，并经钢丝环12相连，左缸盖24空套在托架3孔内，可自由伸缩。空心活塞杆的一端用堵头2堵死，并通过锥销9和22与活塞8相连。缸筒相对于活塞运动由左右两个导向套6和19导向。活塞与缸筒之间、缸盖与活塞杆之间以及缸盖与缸筒之间分别用O形圈7、V形圈4和17以及纸垫13和23进行密封，以防止油液的内外泄漏。缸筒在接近行程的左右终端时，径向孔a和c的开口逐渐减小，对移动部件起制动缓冲作用。为排除液压缸中剩留的空气，缸盖上设置有排气孔5和14，经导向套环槽的侧面孔道（图中未画出）引出与排气阀相连。

图4.13　空心双活塞杆式液压缸的结构

1—活塞杆；2—堵头；3—托架；4，17—V形密封圈；5，14—排气孔；6，19—导向套；7—O形密封圈；8—活塞；9，22—锥销；10—缸体；11，20—压板；12，21—钢丝环；13，23—纸垫；15—活塞杆；16，25—压盖；18，24—缸盖

2）液压缸的组成

由上述液压缸典型结构可知，液压缸的结构基本上可分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置及排气装置5个部分。

（1）缸筒和缸盖

一般来说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。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4.14所示为缸筒和缸盖的常见结构形式。图4.14（a）为法兰联接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和质量都较大，常用于铸铁制的缸筒上；图4.14（b）为半环联接式，它的缸筒壁部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；图4.14（c）为螺纹联接式，其缸筒端部结构复杂，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；图4.14（d）为拉杆联接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重；图4.14（e）为焊接联接式，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）活塞和活塞杆

可将短行程的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，常将活塞与活塞杆分开制造，再联接成一体。

如图4.15所示为几种常见的活塞与活塞杆的联接形式。图4.15（a）为活塞与活塞杆之间采用螺纹联接，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将削弱其强度。图4.15（b）、（c）为卡环式联接方式。图4.15（b）中，活塞杆5上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环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1来固定。图4.16（c）中的活塞杆使用了两个半圆环4，它们分别由两个密封圈座2套住，半圆形的活塞3安放在密封圈座的中间。图4.15（d）为一种径向销式联接结构，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。

图4.14　缸筒和缸盖结构

1—缸盖；2—缸筒；3—压板；4—半环；5—防松螺帽；6—拉杆(www.xing528.com)

图4.15　常见的活塞组件结构形式

（a）1—活塞；2—螺母；3—活塞杆（b）1—弹簧卡；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

（3）密封装置

液压缸中常见的密封装置如图4.16所示。图4.16（a）为间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。为了提高这种装置的密封能力，通常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。其结构简单，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间使用。图4.16（b）为摩擦环密封，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形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料效果较好，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，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。图4.16（c）、（d）为密封圈（O形圈、V形圈等）密封，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、缸筒和缸盖之间都能使用。

图4.16　密封装置

对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，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，并放在向着活塞杆外伸的一端。

（4）缓冲装置

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

如图4.17（a）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δ排出，使活塞速度降低。由于配合间隙不变，故随着活塞运动速度的降低，起缓冲作用。当缓冲柱塞进入配合孔之后，油腔中的油只能经节流阀1排出，如图4.17（b）所示。由于节流阀1是可调的，因此，缓冲作用也可调节，但仍不能解决速度减低后缓冲作用减弱的缺点。如图4.17（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，解决了在行程最后阶段缓冲作用过弱的问题。

（5）排气装置

液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为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气带走，也可在最高处设置如图4.18（a）所示的放气孔或专门的放气阀（见图4.18（b）、（c））。

图4.17　液压缸的缓冲装置

1—节流阀

图4.18　放气装置

1—缸盖；2—放气小孔；3—缸体；4—活塞杆