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简述液压缸设计中遇到的几个主要问题
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。各类液压缸的设计成为液压机械研究的重要课题之一。
1概述液压缸在液压系统的作用是将液压能转变为机械能，使机械实现往复直线运动或小于360°的往复摆动。通常液压缸按作用形式分单作用液压缸、双作用液压缸和差动液压缸。单作用是活塞杆（或柱塞）伸出时通过压力油的作用实现其动作，而活塞杆（或柱塞）返回时是通过外力（如车厢自重）作用而实现其动作；而双作用液压缸活塞杆（或柱塞）伸出和返回都是在压力油的作用下而实现的。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。前端盖与缸筒之间采用内（或外）螺纹连接时，由于前端盖螺纹强度和预紧时端盖尺寸操作的限制，不能用于过大的缸内径和较高的工作压力，常用于缸内径≤200mm、额定压力≤25MPa。采用内卡键（或内卡环）连接的液压缸可用于较大的缸径和较高的工作压力。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100mm，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。液压缸按内部结构形式分为柱塞式液压缸、活塞式液压缸和套筒式液压缸。
2设计步骤及参数的确定设计液压缸首先要了解其使用状况及其液压系统的工作压力、额定使用压力，确定其作用力及作用形式，然后确定液压缸的缸径、杆径、行程、连接方式及安装尺寸。系统的压力分为低压（0～2.5MPa）、中压（2.5～8MPa）、中高压（8～16MPa）、高压（16～32MPa）和超高压（大于32MPa）五个等级。确定了液压系统的压力P，根据所需油缸的输出力F，可确定油缸缸径D=2Fπp姨然后参照标准选择标准系列缸径。活塞杆的直径由速比决定。速比即液压缸活塞往复运动的速度比φ=v2v1=D2D2-d2，速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好，可根据系统的压力参考下表选定：同时活塞杆直径要参照标准选择标准系列杆径，以便于选择标准密封。
3主要零部件的设计及参数的选取液压缸主要零部件包括缸筒、活塞、活塞杆及导向套。
3.1缸筒缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，一般采用牌号为35、45、27SiMn的热轧无缝钢管。对于温度低于-50°的液压缸缸筒，必须用35、45号且要调质处理。对于缸筒外不焊接零件的，可在市场上购买内孔经珩磨或内孔精加工的无缝钢管，只需按所要求的长度切割即可。缸筒内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐磨性。
缸筒壁厚计算方法如下：
当D/δ≥16时，δ=PD2[σ]（厘米）[σ]=σb/n；
P—油缸内工作压力（公斤/厘米2）
D—油缸内径（厘米）；
[σ]—缸体材料的许用应力（公斤/厘米2）；
当D/δ≥3.2时，δ=PD2[σ]-P+C（厘米）；
C—记入壁厚公差及腐蚀的附加厚度（一般把壁厚圆整到标准厚度值）缸筒外径参照标准无缝钢管尺寸。
3.2活塞活塞与缸筒的配合应适当，配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，还容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。活塞的型式是由其密封及其与活塞杆的连接方式决定的。目前活塞密封主要有Y型密封、组合密封及活塞环密封。Y型密封适用于压力较低，对缸筒内孔形位公差要求略低；组合密封适用于压力较高，但对缸筒内孔形位公差及表面粗糙度要求较高；活塞环密封适用于密封圈经过缸筒内油孔的油缸。活塞与活塞杆连接一般采用螺母型、外卡环型、活塞与活塞杆直接用螺纹连接型。活塞材料选灰铁或优质碳素钢20、35及45号钢；采用碳钢活塞要在外径加支承环。
3.3活塞杆活塞杆外端头部与载荷的拖动机构相连接，为避免活塞杆在工作中产生偏心承载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应根据载荷的具体情况，选择适当的杆头连接形式，常见的有螺纹式、单耳环式及双耳环式。活塞杆内端与活塞连接，要采用与活塞一致的连接方式。活塞杆材料一般用中碳钢（如45号钢）圆钢，调质处理；对大型液压缸，为了减轻重量，活塞杆常采用空心杆。对活塞杆通常要求表面淬火，表面镀硬铬。活塞杆与导向套配合不易太紧，也不能太松。配合太紧，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。
3.4导向套导向套装在液压缸的有杆腔一侧，用以对活塞杆进行导向。导向套内装有密封及防尘圈，当系统压力小于20MPa时，密封用Y型密封+O型密封即可；当系统压力大于20MPa时，需要用组合密封+O型密封。导向套与活塞杆配合一般为H9/f8。导向套材料可用球铁或优质碳素钢35及45号钢，用优质碳素钢导向套须在内孔镶铜套或加非金属支承环；内孔镶铜套式一般用于重载低速液压缸，非金属支承环式多用于工程机械且行程较长的液压缸。工作中有剧烈冲击时，导向套不能用球铁。以上对液压缸主要技术参数及零部件设计问题做了简要分析，对保证液压系统的正常运行，降低生产成本，提高生产效率有重要的意义