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        第5章 執行元件-3
                5.3  液壓缸的結構和組成

         單桿雙作用式活塞液壓缸,如下圖,主要由缸底1、缸筒6、缸蓋10、活塞4、活塞桿7和導向套8等組成。缸筒一端與缸底焊接,另一端與缸蓋采用螺紋連接;钊c活塞桿采用卡鍵連接。為了保證液壓缸的可靠密封,在相應部位設置了密封圈3、5、9、11和防塵圈12。
                

                             圖:單桿雙作用式液壓缸結構圖

                 l—缸底;2—卡鍵;3、5、9、11—密封圈;4—活塞;6—缸筒;7—活塞桿;8—導向套;10—缸蓋;
                12—防塵圈;13—耳軸

            5.3.1 缸體組件

          缸筒與端蓋的連接

         缸筒和端蓋的主要連接方式,如下圖。
           

       圖(a)為法蘭連接,拆裝方便;但外形尺寸和質量均較大。

        圖(b)為半環卡鍵連接方式,外形尺寸和質量均較;但裝配時,易損壞密封件。

       圖(c)為外螺紋聯接方式,拆裝方便,結構簡單;但制造時,相關的同軸度不易保證。

       圖(d)為拉桿式連接,制造簡單,拆裝方便;但外形尺寸和質量均較大。

       圖(e)為焊接式連接,結構簡單,尺寸;但焊接可能引起變形。

       圖(f)為內螺紋連接方式,外形尺寸和質量均較;但制造時,相關的同軸度不易保證。

        缸筒,是液壓缸的主體,其內孔一般采用鏜削、絞孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造,要求表面粗造度在0.01mm~0.04mm。

        端蓋,裝在缸筒兩端,與缸筒形成封閉油腔,承受很大的液壓力,因此,端蓋及其連接件都應有足夠的強度。

        導向套,對活塞桿或柱塞起導向和支承作用,有些液壓缸不設導向套,直接用端蓋孔導向。導向套材料常用鑄鐵、黃銅等硬度低、耐磨性好的金屬,也有用PTFEI等非金屬材料。

          5.3.2 活塞組件

        活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等組成。

        活塞與活塞桿的連接形式

        如下圖所示,活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋連接和半環卡鍵連接形式,除此之外還有整體式結構、焊接式結構、錐銷式結構等。
            

        活塞,是液壓缸的主要零件,將液壓缸兩腔的油液隔開,同時起導向、支撐作用。為保證其導向作用,活塞常用耐磨鑄鐵材料制作,也采用在其表面鍍一層銅或加裝銅材料(也有用PTFEI等非金屬材料)制作的導向環的方式。

        活塞桿,也是液壓缸的主要零件,活塞桿分為實心桿和空心桿兩種。實心桿加工簡單,較常用?招臈U多用于直徑較大或桿體內有位置傳感器等場合。

       活塞桿常用材料為35鋼、45鋼、40Cr、42CrMo等材料。為保證其耐磨性,一般在表面鍍0.03-0.07mm的硬鉻。

            5.3.3 緩沖裝置

         當液壓缸帶動質量較大的部件作快速往復運動時,由于運動部件具有很大的動能,因此當活塞運動到液壓缸終端時,會與端蓋碰撞,而產生沖擊和噪聲。這種機械沖擊不僅引起液壓缸的有關部分的損壞,而且會引起其它相關機械的損傷。

         為了防止這種危害,保證安全,應采取緩沖措施,對液壓缸運行到兩端時的運動速度進行控制。

         緩沖裝置是當活塞運動至端部,緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時,活塞與缸端之間形成封閉空間,該腔中受困擠的剩余油液只能從節流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節流環縫中擠出,從而造成背壓迫使運動柱塞降速制動,實現緩沖。
                 

         環形圓柱式緩沖裝置,如圖(a)所示,當緩沖柱塞進入與其相配的缸蓋上的內孔時,孔中的液壓油只能通過間隙排出,使活塞速度降低。由于配合間隙不變,故隨著活塞運動速度的降低,起到緩沖作用。

        圓錐臺式緩沖裝置,如圖(b)所示,緩沖柱塞為圓錐形,隨著柱塞逐漸進入配合孔中,其節流面積越來越小,這樣就解決了液壓缸在行程最后階段緩沖作用過弱的問題。
               

         節流口可調式緩沖裝置,當緩沖柱塞進入配合孔之后,油腔中的油只能經過節流閥排出,如圖(c)所示,由于節流閥是可調的,因此緩沖作用也是可調的,但不能解決速度減緩后緩沖作用減弱的缺點。
              

            5.3.4 排氣裝置

        液壓傳動系統中往往會混入空氣,使系統工作不穩定,產生振動、爬行或前沖等現象,嚴重時會使系統不能正常工作。

        因此,設計液壓缸時,必須考慮空氣的排除。

        對于速度穩定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸,常在液壓缸的最高處設置專門的排氣裝置,如排氣塞、排氣閥等。當松開排氣塞或閥的鎖緊螺釘后,低壓往復運動幾次,帶有氣泡的油液就會排出,空氣排完后擰緊螺釘便可。

        排氣裝置的型式,主要有整體排氣塞結構、組合式排氣塞結構兩類。

        整體排氣塞結構,是排氣閥與螺栓做成一個整體,該螺栓直接與缸筒或缸蓋螺紋聯接,松開螺栓一點,氣體就從圓錐面空隙處擠出通過斜孔排出(見圖a)。整體式排氣塞結構簡單、方便,但錐面處相關的同軸度不易保證。
                 

        組合式排氣塞結構,由螺栓套和閥桿組成,排氣時,松開一點螺栓套,閥桿錐面在壓力油作用下,脫離密封面,氣體從旁路孔排出(見圖b)。

            5.3.5 液壓缸密封裝置

        主要指活塞與缸體、活塞桿與端蓋之間的動密封以及缸體與端蓋之間的靜密封。密封性能的好壞將直接影響其工作性能和效率。因此,要求液壓缸在一定的工作壓力下具有良好的密封性能,且密封性能應隨工作壓力的升高而自動增強。此外還要求密封元件結構簡單、壽命長、摩擦力小等。常用的密封方法有間隙密封和密封圈的密封。

        ①間隙密封它依靠運動件之間很小的配合間隙來保證密封。這種密封方法摩擦力小,但密封性能差,要求加工精度高,只適用于低壓場合。其間隙可取0.02~0.05mm。

         ②密封圈密封是液壓系統中應用最廣的一種密封方法。利用密封元件彈性變形擠緊零件配合面來消除間隙的密封形式,磨損可自動補償。

        密封圈常用的材料有丁腈橡膠NBR、聚氨酯PU、氟橡膠FKM、聚四氟乙烯PTFE等。其截面通常做成O形、Y形、Yx形、U形和V形等,當然還有組合式。

       1) O形密封圈的截面為圓形,主要用于靜密封。與唇形密封圈相比,運動阻力較大,作運動密封時容易產生扭轉,故一般不單獨用于油缸運動密封。
             
             

         O形圈密封的原理:任何形狀的密封圈在安裝時,必須保證適當的預壓縮量,過小不能密封,過大則摩擦力增大,且易于損壞。因此,安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關手冊給出的數據嚴格保證。

        在動密封中,當壓力大于16MPa時,O形圈就會被擠入間隙中而損壞,為此需在O形圈低壓側設置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈,雙向受高壓時,兩側都要加擋圈。

       2)V形密封圈

        V形圈的截面為V形,如下圖所示,V形密封裝置是由壓環、V形圈和支承環組成。當工作壓力高于10MPa時,可增加V形圈的數量,提高密封效果。安裝時,V形圈的開口應面向壓力高的一側。
            

       3)Y(Yx)形密封圈

        Y形密封圈的截面為Y形,屬唇形密封圈。它是一種摩擦阻力小、壽命較長的密封圈,應用普遍。Y形圈主要用于往復運動的密封。根據截面長寬比例的不同,Y形圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式。
           

          Y形圈安裝時,唇口端面應對著液壓力高的一側。當壓力變化較大,滑動速度較高時,要使用支承環,以固定密封圈,如上圖(b)所示。

         4) 滑環式組合密封圈密封

         如圖所示,其由滑環和O型密封環組成。
          

               1-O形密封環  2-滑環

                                                                  [編著:曾保國]

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