??K1KFd0d1(pa) 440.4(d1?D)其合成应力和强度验算公式为

22 ?n???3??[?]

式中d0——螺纹外径；

d1——螺纹内径。采用普通螺纹尺寸时，可近似地按下式计算，d1?d0?1.22t（t为螺距）； K1——螺纹内摩擦系数（K1?0.07~0.2），一般取K1?0.12； K——螺纹预紧力系数，取K?1.25~1.5；

[?]——缸筒材料的许用应力（Pa），，安全系数n?1.2~2.5，?s为缸筒材料的屈服极限（Pa）； F——液压缸最大推力（N）； D——缸筒内径（m）。

（3） 缸盖连接螺栓的强度计算

缸盖与缸筒采用法兰和固定螺栓连接时，其螺栓螺纹处的拉应力和剪应力分别为

??

4KF(pa) 2?d1Z??K1KFd0(pa) 30.4d1Z其合成应力和强度验算公式为

22 ?n???3??[?] （Pa）

以上各式中的Z为螺栓或拉杆数量，其它符号意义同前。 （4） 卡键连接强度的计算

图

3.1-4 卡键连接

外卡键连接见图3.1-4，卡键a-a截面上的剪应力为

??卡键a-b侧面的挤压应力为

PD1 （N/cm2） 4LPD12 （N/cm2） ??h(2D1?h)缸筒危险截面（A-A截面）的拉应力为

34

PD12 （N/cm2） ??22(D1?h)?D内卡键连接见图，卡键a-a截面上的剪应力为

??卡键a-b侧面的挤压应力为

PD （N/cm2） 4L??PD2h(2D?h)PD2 （N/cm2）

缸筒危险截面（A-A截面）的拉应力为

??D?(D?h)212 （N/cm2）

式中 P——液压缸的最大出力（N）；

D1——缸筒外径（cm）； D——缸筒内径（cm）； h——卡键厚度（cm）； L——卡键宽度（cm）。

3.1.3 液压缸结构设计

液压缸各部分的结构，主要是指：缸体组件（缸筒、缸盖、缸底等）的结构、活塞组件（活塞、活塞杆等）的结构、密封装置、缓冲装置和排气装置等。由于工作条件不同，所以结构形式也有很大差别，设计时可根据具体情况而定。

3.1.3.1 缸体组件结构设计

缸体组件通常由缸筒、缸底、缸盖等组成。 1、缸筒的结构设计

缸筒的两端分别与缸盖相连，构成密闭的压力腔，因而它的结构形式往往和缸盖及缸底密切相关。设计缸筒的结构时，也应该一起加以考虑。

缸筒是液压缸的主体，其余零件装配其上，它的结构形式对加工和装配有很大影响，因此其结构必须尽量便于装配、拆卸和维修。

缸筒与缸盖、缸底的连接形式很多，不少于60多种，把它们按连接方法分类，大致有以下几种。 （1） 法兰连接

缸筒端部设计有法兰，用螺栓将其与端盖连接起来。法兰连接结构简单，加工和装拆都很方便，只是外形尺寸和重量都较大。法兰与缸筒为整体式（见图3.1-5a）的多为铸件和铸件缸筒，加工余量较大，浪费材料；焊接法兰式（见图3.1-5b）多为钢质缸筒，将无缝钢管制成的缸筒与法兰焊接在一起，其焊缝要进行强度计算。法兰连接是液压缸中使用最普遍的结构形式。

35

图3.1-5 缸筒与端盖（或缸底）的连接形式

（2） 螺钉连接

将缸盖用螺钉固定在缸筒端部（见图3.1-5c）。这种连接方式简单，但因缸筒壁薄，需要数量较多的螺钉才能承受液压力。这种方式多用于柱塞液压缸和低压液压缸。

（3） 外螺纹连接

这种方式装拆方便，但需要专用工具。它使缸筒端部结构复杂化，螺纹要与缸筒的内径同心。螺纹对缸筒壁厚尺寸要求不大，很适合无缝钢管做缸筒的液压缸。密封槽一般都设置在缸筒端面或端盖上，以免削弱缸筒强度。为了防止螺纹因冲击震动而松动，往往增加锁紧螺母或紧定螺钉，如图3.1-5d所示。

（4）内螺纹连接

在缸筒端部加工出内螺纹和退刀槽，虽然会削弱缸筒强度，而且螺纹与缸筒要求同心，但其结构紧凑，外形美观，不易损坏。连接螺纹可以设计在端盖上，也可以用螺纹压圈紧固，如图3.1-5e所示。

（5）外卡键连接

这种连接的强度好，结构紧凑，重量轻，装拆容易，但缸筒端部要切出卡键槽，使强度有所降低。外卡键一般由两个半环卡键组成，固定卡键可以用卡键帽，如图3.1-5f所示。

（6）内卡键连接

这种连接方式的优缺点同外卡键差不多，但装拆不便。为了便于装拆，卡键一般由三瓣组成，第三瓣的剖切口平面必须与轴线平行，否则是装不进去的。装配卡键时，端盖外端面不能高出卡键槽，装好卡键后，端盖才能装到位，如图3.1-5g所示。卡键与卡键槽的配合精度要适当，间隙过大，缸筒卡键槽处会因受到冲击而产生剪切破坏。

（7） 弹性卡圈式

弹性卡圈有孔用弹性卡圈和钢丝弹性卡圈两种，如图3.1-5h和图3.1-5i所示。由于它们都是标准件，因此使用方便，装拆容易。但因厚度较薄，只能用于中低压缸筒上。

（8）焊接式

如图3.1-5j所示，将端盖直接焊在缸筒上，强度高，制造简单，但容易引起焊接变形，维修时需破坏端盖才行。

36

（9）销钉式

如图3.1-5k所示，将端盖装入缸筒后，相配钻铰，装上销钉。这种连接方式简单方便，但销钉承受的剪切力较大，要校核强度和销钉数量。

（10）拉杆式

如图3.1-5l所示，起结构简单，工艺性好，通用性大，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封效果，只适用于中低压液压缸。

除了缸筒与缸盖和缸底的结构形式外，安装液压缸时，如结构允许，进出油口位置必须在最上面。液压缸必须装成使其能自动放气或装有方便的放气口。缸筒上的进出油口和排气阀的阀座，一般都焊接在缸筒的最上面，以利于安装和空气的排除。

2、缸筒的材料

缸筒常用20、35、45号无缝钢管，当缸筒上需要焊接缸底、耳轴或管接头时，多采用35号钢管。在承受的负载很大时，如液压支架中的立柱等，常用低合金无缝钢管，如27SiMn和30CrMnSi等。

3、缸底

缸底的材料常用35号或45号钢。缸筒采用无缝钢管时，缸底与缸筒多采用焊接结构，它的特点是结构紧凑，加工简单，工作可靠，但容易产生焊接变形。通常缸底上口与缸筒内孔间采用过渡配合，以限制焊接后的变形。除焊接结构外，缸底与缸筒可采用螺纹连接、半环连接和法兰连接等多种连接方式。要根据具体设计要求灵活选择。

4、缸盖

缸盖部分一般由密封圈、导向套、防尘圈和锁紧装置等组成，用作活塞杆的导向和密封等。缸孔和活塞杆直径不同，缸口部分的结构也有所不同，缸盖与缸筒的典型连接结构有，外螺纹连接，它的外径小，质量轻，但结构工艺性较差；内半环连接，内卡环常由三个半环组成，其结构简单而且紧凑，拆装也较方便，但缸壁上的环槽削弱了缸筒的强度；法兰连接，特点是结构简单而且紧凑，拆装和加工容易。缺点是外形和质量都比较大；钢丝连接，这种连接方式的结构最简单、紧凑，已逐渐被推广使用。值得注意的是缸盖与缸筒的连接很少采用焊接结构。

缸盖材料一般用35、45号钢锻件。当缸盖兼作导向套时，应采用铸铁并在其工作表面堆焊青铜，黄铜或其它耐磨材料，导向套也可单独制成后压入缸盖内孔。

5、缸体与外部的连接结构

油缸依与机器的设置与固定方式可分为两大类： a、刚性固定：采用底座或法兰连接 b、铰接固定：采用耳环或铰轴

油缸的安装一般是通过两端的耳环或中部铰轴与工作机构连接。缸底耳环通常做成整体或焊接。活塞杆耳环可做成整体或采用焊接或螺纹连接。铰轴可根据工作机构的要求焊接在缸体的头部、尾部或任意中间位置，其中以头部铰轴对活塞杆的弯曲作用最小。耳环与铰轴的材料可采用45号钢或ZG35铸钢。

3.1.3.2活塞组件结构设计

活塞组件由活塞、活塞杆等组成。 1、活塞

活塞材料通常用钢或铸铁，也有用铝合金制成的，它的结构上主要考虑的问题是：活塞与缸筒的滑动和密封，活塞与活塞杆之间的连接与密封。

活塞与活塞杆的连接形式如图3.1-6.所示。

37