液壓缸的結構及機械加工工藝分析

摘 要：液壓缸是工程機械的執行元件，工作時軸向承受壓力較大，徑向壓力較小，其內孔及外圓加工精度要求高，加工難度大。通過對液壓缸結構和加工工藝的分析，確立了液壓缸結構的設計路線，確定了液壓缸機械加工工藝的流程，保證零件的合格率，提高生產效率。

關鍵詞：液壓缸；工藝分析；液壓缸結構

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.056

0 引言

液壓缸被廣泛運用于工程機械，使得其在復雜的工況條件下徑向和軸向都承受壓力，但由其工作場合不同，徑向和軸向的壓力往往不同。為考慮安全問題，液壓缸性能要求穩定、可靠，其中衡量液壓缸的質量的標準就是漏油程度，基于上述原因，對液壓缸結構及加工工藝的分析就顯得尤為重要。

1 液壓缸零件結構的分析

液壓缸由活塞、活塞桿、缸體及端蓋等零件組成，各零件的結構工藝參數以及加工精度直接影響液壓缸整體的性能。同時，各零件裝配完成以后的剛度、強度以及零件相互協作的穩定性直接影響液壓系統的使用壽命、可靠性、穩定性。

（1）液壓缸缸體直徑的選擇。缸體作為液壓缸的主要零件之一，缸體結構尺寸直接影響液壓系統的結構、體積、強度、剛度。本文的液壓缸是用于工程機械中的，因此選取了缸體內徑為70mm的作為參考依據。當內徑為70mm時，其尺寸精度取7級，內孔表面粗糙度要求小于0.32um，為避免漏油，需保證同軸度的公差為0.04mm。缸體的結構參數是液壓缸能可靠工作的關鍵，因此進行參數設計必須考慮全面，才能保證缸體的可靠度。

（2）液壓缸缸體壁厚的選擇。液壓缸缸體的壁厚直接影響液壓缸的工作性能。通常，液壓缸缸體壁可分為薄厚兩類。缸體壁厚與缸體內徑之比小于0.1的稱之為薄壁缸體；缸體壁厚與缸體內徑之比大于0.1的稱之為厚壁缸體。在確切的計算中還需要考慮安全系數、缸體材料抗拉強度等關鍵因素。

（3）液壓缸缸底厚度的選擇。在液壓缸中，較大的壓力往往集中于缸體底部，因此對于缸體底部的結構設計必須必須滿足一定的要求。缸體底部承受的壓力不僅來自于液壓系統自身的壓力，還來源于大氣壓，若缸體底部的厚度達不到一定的標準，可能釀成巨大的安全事故。通常缸體底部厚度選擇需要考慮缸底內徑、許用應力以及壓強等多個因素。

（4）活塞桿直徑的選取。活塞桿的外圓主要和缸體內壁配合工作，同時活塞桿隨導向裝置中來回滑動，因此其直徑太大或者過小都將引發機械鎖死、漏油、劃傷缸體等一些列故障。通常，活塞桿的直徑確定依靠活塞往返與缸體內壁的速度之比，通過對往返速度之比的深入比較，才能確定活塞的最佳直徑。

（5）導向裝置長度的選取。為使活塞桿能在導向裝置內部做完整的往返運動，因此導向裝置過長或導向裝置過短都將引發故障，使得導向裝置失去相應的導向效果；過長的導向裝置直接增大液壓缸缸體內壁的所需面積，過短的導向裝置直接降低活塞桿的行程。因此，只有選擇合理的、合適長度的導向裝置，才能使液壓缸正常運轉的過程中保證最佳的導向效果。

2 液壓缸結構對強度的影響

液壓缸是液壓系統傳遞動力的重要元件，不同液壓缸的工作環境有一定差異，因此不同的液壓缸運用場合也不同。但是不管是運用于什么場合的液壓缸，強度和剛度都是最基本的要求。工程機械中的液壓缸，其缸體結構承受的拉力和壓力比較高，故而對缸體的可靠性和安全性相對較高，所以通常在設計液壓缸零件的過程中都必須對其強度和剛度進行校核。

（1）活塞桿直徑的校核。液壓缸的活塞桿承受載荷較大，在剛體內做規則的來回運動，穩定工作情況下，活塞桿受到推力、拉力以及扭矩。鑒于活塞桿所受載荷分布較多，且不均勻，所以具有高強度以及良好的剛度是活塞桿的必備條件。

（2）缸體壁厚的校核。液壓系統在正常工作的情況下，整個液壓系統充斥很大壓力，通常為幾十兆怕甚至幾百兆帕，為保證液壓缸缸體不發生變形或裂開，因此要求缸體具有足夠的厚度來承受液壓系統的壓力。

（3）液壓缸的穩定性校核。對于液壓缸而言，穩定性的校核重點在于活塞桿穩定性的校核，活塞桿是液壓缸的重要零件之一，因此校核活塞桿的穩定性是一個舉足輕重的步驟。通常是校核活塞桿的細長比，必須保證細長比小于某個臨界值，才能保證液壓缸的活塞桿具有穩定性。

3 液壓缸加工工序確定

液壓缸本身的加工難度很大，通常的機械加工過程中，液壓缸容易受自身重力和外界切削力的影響，使得工件變形。液壓缸的加工標準十分嚴格，同時直線度、圓柱度、垂直度等因素不易得到保證，為確保達到液壓缸所需的加工精度，因此設計合理的機械加工工序顯得十分重要，工序選則合理不僅減少工作量，還可直接提高生產效率。

（1）液壓缸加工工藝方案確定。無縫鋼管在液壓缸的生產中使用率較高，但是造成的廢品率卻不低，其唯一的原因在于很難保證直線度，同時也難以保證內孔圓柱度。鑒于上述原因，選擇冷軋的精密的無縫鋼管作為毛坯更合理。

（2）液壓缸主要工序實施的確定。首先，磨端面采用砂輪機，目的是使得端面更加平整，從而提高后續的加工精度和安裝位置精度。其次，磨內孔需要輔助支撐才能減小變形，因工件軸向尺寸長，同時剛度較差，增加輔助支撐不僅提高了剛度，而且提高加工精度，如直線度、圓柱度等；在磨內孔的基礎上，可增加珩磨內孔這道工序，其作用是為了提高內孔的粗糙度，保證相應的加工精度，此后可按照該孔的軸線和端面為基準進行下一個工序的加工。

4 結束語

對液壓缸的活塞、活塞桿、缸體及端蓋等零件組成進行結構分析，再對各零件的結構工藝參數以及加工精度影響液壓缸整體的性能進行比較，概括出液壓缸結構設計需要注意的事項和液壓缸機械加工工藝的要求。同時，對各零件裝配完成以后的剛度、強度以及零件相互協作的穩定性進行檢核，分析了直接影響液壓系統壽命和可靠性的因素。

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作者簡介：張榕賓（1976-），男，本科，一級指導教師（講師），研究方向：數控機加工。