缸的结构及其设计

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2426页（3337字）

3．2．1 缸筒和端盖的连接方式

图7．5－3所示为螺纹连接，其优点是外径尺寸小，重量轻。缺点是端盖结构复杂，拆装需专用工具，旋拧端盖时易损伤密封件，此种连接多数用于直径较小的缸。螺纹的设计和计算可参见第四篇第一章。

图7．5－3 缸筒和端盖的螺纹连接

图7．5－4、7．5－5所示为缸筒端部法兰厚度、法兰连接和螺栓。法兰连接的优点是拆装方便，加工方便，且能承受高压，适合于直径较大的缸。缸体端部法兰厚度h的计算公式如下：

图7．5－4 缸筒端部法兰厚度

图7．5－5 法兰连接和螺栓

式中 F为法兰在缸筒内有最大压力时承受的轴向力；〔σ〕=σ₁／5，为许用应力，其中σ₁为缸体材料的抗拉强度极限；h、v_a、b如图7．5－4所示。此外，法兰连接的螺栓强度计算可参见第四篇第二章。

端盖因螺栓的长度关系，已有足够厚，故其厚度可根据结构定，不必计算。

图7．5－6所示为拉杆连接，其优点是零件通用性较大、缸筒加工方便、装拆方便，可用于中、大直径的缸。拉杆连接的外型如图7．5－7所示。若行程超过20倍缸径时，在缸筒中部加中接圈(图a)或加中间支承块(图b)。

图7．5－6 缸筒和端盖的拉杆连接

1－拉杆；2－缸筒；3－端盖

图7．5－7 缸筒和端盖的拉杆连接外形图

图7．5－8所示为卡环连接。其优点是结构紧凑，外形尺寸小，缺点是安装时易损坏密封圈，缸筒有所消弱。卡环强度可按下列各式计算。

图7．5－8 缸体和端盖的卡环连接

a－a断面的剪应力：τ=≤〔τ〕(7．5－9)

式中 〔τ〕为材料的许用剪切应力(MPa)；p为最大压力(MPa)；D₁为缸筒外径(mm)；l为卡环宽度(mm)。

ab侧面挤压应力

式中 h为卡环高度(mm)；h2为卡环没入缸筒深度(mm)；h₁为卡环高出缸筒的高度(mm)；p为最大压力(MPa)；〔σ_e〕为许用挤压应力(MPa)。

A－A断面上的拉应力：

式中 〔σ〕为许用拉伸应力(MPa)；D为缸筒内径(mm)；p为最大压力(MPa)。

图7．5－9所示为缸筒和端盖的焊接。焊接的优点是外形尺寸小，结构简单。缺点是焊后缸筒变形，局部硬化，且不可拆卸。其焊缝按受最大推力F计算，方法见第四篇第三章。

图7．5－9 缸筒和端盖的焊接

3．2．2 活塞的常用结构

活塞的常用结构见表7．5－11。因设有密封件，根据结构定出的活塞长度，其强度已足够，故不需验算。密封件和放置密封件的沟槽尺寸，可参阅本篇第八章密封部分。

表7．5－11 活塞的常用结构

3．2．3 活塞杆的连接形式

活塞杆和活塞以及活塞杆和工作机构的连接形式见表7．5－12和7．5－13，活塞杆耳环结构见表7．5－14。

表7．5－12 活塞杆和活塞的连接形式

注：表中示例为单活塞杆结构，对双活塞杆也有参考价值。

表7．5－13 活塞杆和工作机构连接时的端部结构

表7．5－14 活塞杆耳环结构

3．2．4 导向结构

活塞导向环的形式见图7．5－10。其中，图a)为嵌入型导向环，由QAL9－4青铜或紫铜制成，表面加工成拱形，活塞外圆加工出燕尾槽，将导入套用木槌铆入燕尾槽后再加工导向套外圆，导向套圆周有45°切口。图b)为浮动型导向环，装在活塞外圆的矩形断面沟槽内，侧面有游动间隙，导向套上有45°切口。也可用粘合剂将导向环固定在沟槽上。目前使用较多的是浮动型导向环，其材料是聚四氟乙烯，或掺有青铜粉的聚四氟乙烯。此种材料的导向环厚度为1．5～2．5mm，宽度为5．6～25mm。若用纤维增强酚醛树酯掺石墨做导向环，环的厚度为3～5mm，宽为2．5～25mm。采用导向环的好处如下：

图7．5－10 活塞的导向环

a)嵌入型导向环，1－导向环；2－活塞；b)浮动型导向环

①导向环和缸筒内径的同轴度好，径向间隙均匀，可减少泄漏。

②导向环由耐磨材料制成，摩擦系数小，见表7．5－15，磨损也小，即便磨损了，更换也很方便。

表7．5－15 导向环的摩擦系数

③能刮掉杂质，防止杂质嵌入密封圈。

④有良好的承载能力，如聚四氟乙烯导向环可用于额定压力为25～30MPa的液压缸，纤维增强酚醛树酯导向环可用于额定压力为27～35MPa的液压缸。

活塞杆导向套的典型结构见表7．5－16，其尺寸如图7．5－11所示。活塞杆导向套装在端盖上，对活塞杆导向。活塞杆伸出最长时，导向套可起到改善支承条件的作用。端盖还设有防漏油的密封圈和防灰尘侵入的防尘圈。

表7．5－16 活塞杆导向套典型结构

图7．5－11 活塞杆导向套尺寸

3．2．5 排气阀

在液压缸两端的最高位置装有排气阀，以便在调试过程中排出缸中积留的空气。常用排气阀的结构见图7．5－12。其中图a)是针阀阀芯和阀体做成整体的结构，其材料为3Cr13不锈钢，图b)和c)所示是将阀芯和阀体做成两体，阀芯材料用不锈钢3Cr13，锥部热处理至硬度HRC38～44，阀体材料用30或45号碳素钢。

图7．5－12 排气阀结构

1－阀芯；2－阀体

3．2．6 液压缸常用材料

液压缸常用材料见表7．5－17。

表7．5－17 液压缸常用材料