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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。
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。
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。
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。
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,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、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。
②V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p>
50MPa、温度
-40~80℃的条件下工作。
③Y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p<
20MPa。
窄断面Y形圈一般适用于工作压力p<
32MPa。
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。
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。
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。
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。
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。
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