液壓缸的結(jié)構(gòu)及機(jī)械加工工藝分析

摘 要：液壓缸是工程機(jī)械的執(zhí)行元件，工作時(shí)軸向承受壓力較大，徑向壓力較小，其內(nèi)孔及外圓加工精度要求高，加工難度大。通過(guò)對(duì)液壓缸結(jié)構(gòu)和加工工藝的分析，確立了液壓缸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)路線，確定了液壓缸機(jī)械加工工藝的流程，保證零件的合格率，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：液壓缸；工藝分析；液壓缸結(jié)構(gòu)

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

0 引言

液壓缸被廣泛運(yùn)用于工程機(jī)械，使得其在復(fù)雜的工況條件下徑向和軸向都承受壓力，但由其工作場(chǎng)合不同，徑向和軸向的壓力往往不同。為考慮安全問(wèn)題，液壓缸性能要求穩(wěn)定、可靠，其中衡量液壓缸的質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)就是漏油程度，基于上述原因，對(duì)液壓缸結(jié)構(gòu)及加工工藝的分析就顯得尤為重要。

1 液壓缸零件結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工藝參數(shù)以及加工精度直接影響液壓缸整體的性能。同時(shí)，各零件裝配完成以后的剛度、強(qiáng)度以及零件相互協(xié)作的穩(wěn)定性直接影響液壓系統(tǒng)的使用壽命、可靠性、穩(wěn)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(jié)構(gòu)尺寸直接影響液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、體積、強(qiáng)度、剛度。本文的液壓缸是用于工程機(jī)械中的，因此選取了缸體內(nèi)徑為70mm的作為參考依據(jù)。當(dāng)內(nèi)徑為70mm時(shí)，其尺寸精度取7級(jí)，內(nèi)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(jié)構(gòu)參數(shù)是液壓缸能可靠工作的關(guān)鍵，因此進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)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(nèi)徑之比小于0.1的稱之為薄壁缸體；缸體壁厚與缸體內(nèi)徑之比大于0.1的稱之為厚壁缸體。在確切的計(jì)算中還需要考慮安全系數(shù)、缸體材料抗拉強(qiáng)度等關(guān)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(duì)于缸體底部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須必須滿足一定的要求。缸體底部承受的壓力不僅來(lái)自于液壓系統(tǒng)自身的壓力，還來(lái)源于大氣壓，若缸體底部的厚度達(dá)不到一定的標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)徑、許用應(yīng)力以及壓強(qiáng)等多個(gè)因素。

（4）活塞桿直徑的選取。活塞桿的外圓主要和缸體內(nèi)壁配合工作，同時(shí)活塞桿隨導(dǎo)向裝置中來(lái)回滑動(dòng)，因此其直徑太大或者過(guò)小都將引發(fā)機(jī)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(nèi)壁的速度之比，通過(guò)對(duì)往返速度之比的深入比較，才能確定活塞的最佳直徑。

（5）導(dǎo)向裝置長(zhǎng)度的選取。為使活塞桿能在導(dǎo)向裝置內(nèi)部做完整的往返運(yùn)動(dòng)，因此導(dǎo)向裝置過(guò)長(zhǎng)或?qū)蜓b置過(guò)短都將引發(fā)故障，使得導(dǎo)向裝置失去相應(yīng)的導(dǎo)向效果；過(guò)長(zhǎng)的導(dǎo)向裝置直接增大液壓缸缸體內(nèi)壁的所需面積，過(guò)短的導(dǎo)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(zhǎng)度的導(dǎo)向裝置，才能使液壓缸正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中保證最佳的導(dǎo)向效果。

2 液壓缸結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響

液壓缸是液壓系統(tǒng)傳遞動(dòng)力的重要元件，不同液壓缸的工作環(huán)境有一定差異，因此不同的液壓缸運(yùn)用場(chǎng)合也不同。但是不管是運(yùn)用于什么場(chǎng)合的液壓缸，強(qiáng)度和剛度都是最基本的要求。工程機(jī)械中的液壓缸，其缸體結(jié)構(gòu)承受的拉力和壓力比較高，故而對(duì)缸體的可靠性和安全性相對(duì)較高，所以通常在設(shè)計(jì)液壓缸零件的過(guò)程中都必須對(duì)其強(qiáng)度和剛度進(jìn)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(nèi)做規(guī)則的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)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(qiáng)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(tǒng)在正常工作的情況下，整個(gè)液壓系統(tǒng)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(fā)生變形或裂開(kāi)，因此要求缸體具有足夠的厚度來(lái)承受液壓系統(tǒng)的壓力。

（3）液壓缸的穩(wěn)定性校核。對(duì)于液壓缸而言，穩(wěn)定性的校核重點(diǎn)在于活塞桿穩(wěn)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(wěn)定性是一個(gè)舉足輕重的步驟。通常是校核活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比，必須保證細(xì)長(zhǎng)比小于某個(gè)臨界值，才能保證液壓缸的活塞桿具有穩(wěn)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(jī)械加工過(guò)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(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格，同時(shí)直線度、圓柱度、垂直度等因素不易得到保證，為確保達(dá)到液壓缸所需的加工精度，因此設(shè)計(jì)合理的機(jī)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(chǎn)效率。

（1）液壓缸加工工藝方案確定。無(wú)縫鋼管在液壓缸的生產(chǎn)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(shí)也難以保證內(nèi)孔圓柱度。鑒于上述原因，選擇冷軋的精密的無(wú)縫鋼管作為毛坯更合理。

（2）液壓缸主要工序?qū)嵤┑拇_定。首先，磨端面采用砂輪機(jī)，目的是使得端面更加平整，從而提高后續(xù)的加工精度和安裝位置精度。其次，磨內(nèi)孔需要輔助支撐才能減小變形，因工件軸向尺寸長(zhǎng)，同時(shí)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(nèi)孔的基礎(chǔ)上，可增加珩磨內(nèi)孔這道工序，其作用是為了提高內(nèi)孔的粗糙度，保證相應(yīng)的加工精度，此后可按照該孔的軸線和端面為基準(zhǔn)進(jìn)行下一個(gè)工序的加工。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)液壓缸的活塞、活塞桿、缸體及端蓋等零件組成進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，再對(duì)各零件的結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)以及加工精度影響液壓缸整體的性能進(jìn)行比較，概括出液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)和液壓缸機(jī)械加工工藝的要求。同時(shí)，對(duì)各零件裝配完成以后的剛度、強(qiáng)度以及零件相互協(xié)作的穩(wěn)定性進(jìn)行檢核，分析了直接影響液壓系統(tǒng)壽命和可靠性的因素。

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作者簡(jiǎn)介：張榕賓（1976-），男，本科，一級(jí)指導(dǎo)教師（講師），研究方向：數(shù)控機(jī)加工。