浅析液压缸的结构及设计
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅析液压缸的结构及设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：液压缸既是液压传动系统中常用的执行元件，也是一种实现能量转换的元件，它可以将油液的压力能转换为机械能，从而实现执行机构的往复直线运动或摆动，输出力或扭矩。
1 概述
液压缸是各类液压系统的执行元件，其性能的优劣决定了液压系统的可靠性，而液压缸的内部结构及外部连接方式的设计直接影响了液压缸的性能。
液压缸的结构形式有拉杆型、焊接型和发兰型。拉杆型即两端盖和缸筒采用四根拉杆（螺栓）连接，两端盖为长方形或正方形，这种结构简单，制造和安装方便。缸筒可用内孔珩磨的无缝钢管，按行程要求的长度切割即可。但这类缸受行程长度、缸筒内径和工作压力的限制一般行程≤1.5m、缸内径≤250mm、额定压力≤20MPa。焊接型即后盖和缸筒采用焊接连接，前端盖与缸筒之间可采用内（或外）螺纹连接，也可采用内卡键（或内卡环）连接。不能用于过大的缸内径和较高的工作压力，常用于缸内径≤200m m、额定压力≤25MPa。
发兰型液压缸即缸体与端盖用发兰螺钉（栓）连接，后端盖也可与缸筒焊接。这类缸外形尺寸较大，适用于大中型液压缸，缸径通常大于100m m，额定工作压力 25～40MPa，能承受较大的冲击负荷和恶劣的外界环境条件。
准备工作：设计依据、设计原则和一般步骤等。
1 设计的依据
液压缸与机器及机器上的机构直接相联系，对于不同的机构，液压缸的具体用途和工作性能也不同，因此设计之前，要进行全面地分析和研究，收集和整理必要的原始资料作为设计的依据。
（1）了解和掌握液压缸在机器上的用途和工作要求满足机构的动作要求和用途是设计液压缸的主要目的。
（2）了解液压缸工作环境条件
工作环境条件不同，液压缸的结构和设计参数也不尽相同。比如用于采煤工作面的液压支架上的立（支）柱缸，工作条件恶劣，粉尘大，支护（工作）压力变化大（负载变化大），要求立（支）柱缸绝对安全可靠，不允许有泄漏。
（3）了解外部负载情况
主要指外部负载的质量、几何形状、空间体积大小、运动轨迹、摩擦阻力及连接部位的连接形式等。例如液压翻斗汽车，液压缸的外负载是翻斗（车厢）和所装的货物，翻斗上升倾斜时，液压缸的轴线发生摆动，这就要求活塞杆头部与翻斗的联接采用耳环式或销轴式，液压缸底座与车身的安装形式也要采用耳环式或耳轴式。
（4）了解液压缸运动形态及安装约束条件
包括了解液压缸的最大行程、运动速度或时间，安装空间所允许的外形尺寸及液压缸的运动形式，如液压缸轴线固定或摆动，作往复直线运动或往复摆动，连续运动还是间歇周期运动，缸体运动或活塞杆运动。
（5）了解液压系统的情况
液压缸的设计是液压系统的一部分。设计已知液压系统的液压缸，应了解液压泵的工作压力和流量大小，管路的通径和布置情况，各种液压阀的安装和控制情况等。
（6）了解有关国家标准、技术规定和其他参考资料。
借鉴已有的液压缸的设计是十分必要的。
2 设计的一般原则
（1）保证液压缸的输出力（推力、拉力或转矩）、行程和往返运动速度，液压缸的额定工作压力（输出力的折算值）以液压泵的额定工作压力的 70%为宜。
（2）保证液压缸的每个零件有足够的强度 、刚度和耐用性（寿命）。
（3）在保证上述 2 个条件的前提下，尽量减小液压缸的外形尺寸和重（质）量。 在外负载一定的条件下，提高液压缸的额定工作压力可减小液压缸的外形尺寸。
（4）在保证液压缸性能的前提下，尽量减少零件数量，简化结构。
（5）尽量避免液压缸承受横（侧）向负载和偏心负载，活塞杆工作时最好受拉力，以免产生纵向弯曲而引发稳定问题。
（6）液压缸的安装形式、活塞杆头部与外负载的连接形式要合理，尽量减小活塞杆伸出后的有效安装长度，避免产生“憋劲”现象，增加液压缸的稳定性。
（7）密封部位的设计和密封件的选用要合理，保证性能可靠、泄漏量小、摩擦力小、寿命长、更换方便。密封部件的设计是保证液压缸性能的重要一环，对所选用的密封件，应使其压缩量和压缩率在合理范围内。
（8）根据液压缸的工作条件和具体情况设置适当的排气、缓冲和防尘措施。在工作条件恶劣的情况下应考虑活塞杆的防护措施。
（9）各种零件的结构形式和尺寸设计，应尽量采用标准形式和规范系列尺寸，尽量选用标准件。
（10）液压缸应做到成本低、制造容易、维修方便。
3 设计步骤
（1）根据设计依据和负载机构的动作要求，初步确定设计方案：缸体结构形式、安装方式、连接方式等。
（2） 根据液压缸承受的外部载荷作用力如重力、外部机构运动摩擦力、惯性力及工作载荷，确定液压缸在行程各阶段上负载变化规律及必须提供的动力数据。
（3）在以输出力为主的液压缸设计中，根据负载 F 和选定的额定（工作）压力 pn，确定缸筒内径即活塞外径 D 和活塞杆直径 d。两者是设计液压缸的基本参数。
（4）根据选择活塞外径 D 和活塞杆外径 d 计算
无杆腔面积 A1和有杆腔面积 A2；根据液压缸速度 u的要求，确定液压缸所需的流量 Q。在以液压缸速度为主的设计中，应首先根据工作速度选择液压缸的流量 Q、活塞外径 D 及活塞内径 d；再根据负载 F 确定液压缸的额定（工作）压力。
（5）选择缸筒材料，计算缸筒厚度或外径。 缸筒外径要符合系列尺寸规定。 缸筒通常选择冷拨或热轧无缝钢管，以节省加工费用，特殊要求时选用锻件或铸件。 有焊接要求时，选用焊接性能较高的 35钢或 ZG35。 通常可选用 45 钢。
（6）选择缸底和缸盖的结构形式 ，计算缸底厚度、缸筒与缸盖的连接强度；确定具体安装形式及结构尺寸；确定缸筒上油口的位置、尺寸和连接形式。
（7）活塞组件设计，包括活塞的宽度 B、密封和支承形式，与活塞杆的连接方式，活塞杆与负载的连接形式和尺寸，根据负载 F 校核活塞的强度。根据行程 L、活塞宽度 B 等确定活塞的长度 S。对于活塞杆直径 d 与液压缸行程 L 之比小于 0.1， 即 L≥10 d时，应进行活塞杆纵向弯曲强度校核及液压缸稳定性校核。仅承受拉负载的液压缸可不作上述校核。
（8）必要时设计缓冲和排气装置。当液压运动速度较高（u>5～7 m/s）或运动部质量较大时，为防止活塞在行程末端与缸盖或缸底发生机械碰撞而引起冲击或造成液压缸及被驱动件的损坏，必须设计缓冲装置。
（9）审定全部设计资料及其他技术文件，对图纸进行修改和补充。
（10）绘制液压缸装配图和零件图，编制技术文件。
4 结语
掌握液压缸正式设计前要做的准备工作，可使设计者知道做什么和如何做，这对没有设计经历的年轻工作者来说是十分重要的。■
参考文献
[1]顾力平，液压与气动技术[M]。中国建材工业出版社，2012
[2]朱梅，朱光力.液压与气动技术[M]。西安电子科技人学出版社，2007
[3]陈桂芳.液压与气动技术[M]。比京理工大学出版社，2010