液压缸的组成与工作原理

从上面所述的液压缸典型结构可以看到，液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分，分述如下。

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。

图3.2.12所示为缸筒和缸盖的常见结构形式。图3.2.12（a）所示为法兰连接式，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3.2.12（b）所示为半环连接式，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，质量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。图3.2.12（c）所示为螺纹连接式，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。图3.2.12（d）所示为拉杆连接式，其结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图3.2.12（e）所示为焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。

图3.2.12　缸筒和缸盖结构

（a）法兰连接式；（b）半环连接式；（c）螺纹连接式；（d）拉杆连接式；（e）焊接连接式
1—缸盖；2—缸筒；3—压板；4—半环；5—防松螺母；6—拉杆

2.活塞与活塞杆

对于短行程液压缸，可以把活塞杆与活塞做成一体。对于行程较长的液压缸，常把活塞与活塞杆分开制造，然后再连接成一体。图3.2.13所示为几种常见的活塞与活塞杆的连接形式。

图3.2.13（a）所示为活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用于负载较小、受力无冲击的液压缸。螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。图3.2.13（b）和图3.2.13（c）所示为卡环式连接方式。图3.2.13（b）中活塞杆8上开有一个环形槽，槽内装有两个半环6以夹紧活塞7，半环6由轴套5套住，而轴套5的轴向位置用弹簧卡圈4来固定。图3.2.13（c）中的活塞杆，使用了两个半环12，它们分别由两个密封圈座10套住，半圆形的活塞11安放在密封圈座的中间。图3.2.13（d）所示是一种径向销式连接结构，用锥销13把活塞14固连在活塞杆15上。这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。

图3.2.13　常见的活塞组件结构形式

（a）螺母连接；（b）卡环式连接（一）；（c）卡环式连接（二）；（d）径向销式连接
1，7，11，14—活塞；2—螺母；3，8，9，15—活塞杆；4—弹簧卡圈；
5—轴套；6，12—半环；10—密封圈座；13—锥销

3.密封装置

液压缸中常见的密封装置如图3.2.14所示。图3.2.14（a）所示为间隙密封，它依靠运动副间的微小间隙来防止泄漏。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，以增大油液通过间隙时的阻力。它结构简单、摩擦阻力小、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3.2.14（b）所示为摩擦环密封，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3.2.14（c）和图3.2.14（d）所示为O形密封圈密封和V形密封圈密封，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。它结构简单，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3.2.14　密封装置(www.xing528.com)

（a）间隙密封；（b）摩擦环密封；（c）O形密封圈密封；（d）V形密封圈密封

对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把污染物带入液压缸，因此常需在活塞杆密封处增加防尘圈，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、高速或高精度液压缸，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行程终点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。

图3.2.15（a）所示为固定间隙缓冲装置，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。这种缓冲装置结构简单，但缓冲压力不可调节，且实现减速所需行程较长，适用于移动部件惯性不大、移动速度不高的场合。如图3.2.15（b）所示为可变节流缓冲装置，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。在图3.2.15（c）中为可调节流缓冲装置，当缓冲柱塞进入配合孔之后，油腔中的油只能经节流阀排出。由于节流阀是可调的，因此缓冲作用也可调节，但存在速度降低后缓冲作用减弱的缺点。

图3.2.15　液压缸的缓冲装置

（a）固定间隙缓冲装置；（b）可变节流缓冲装置；（c）可调节流缓冲装置

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，需把缸中和管道系统中的空气排出。一般可把液压缸的进、出油口设置在最高处以便把气体带走，也可在最高处设置排气孔或专门的排气阀，如图3.2.16所示。

图3.2.16　排气装置

（a）排气孔（未装排气塞）；（b）排气阀；（c）排气阀
1—缸盖；2—排气小孔；3—缸体；4—活塞杆