液压缸结构设计指导液压缸设计是在对整个液压系统进行了工况分析、编制了负载图、选定了工作压力的基础上进行的。

因此，首先要根据主机的要求确定缸的结构类型，按照负载、速度、行程等已知条件决定缸的主要尺寸，再迸行结构设计，最后对液压缸的强度、刚度和工作稳定性进行校核。

这里，重点对结构设计提出指导性意见，指出校核方法，供课程设计时参考。

1-1 液压缸结构设计的要求液压缸结构设计的目标是要满足其输出的力、速度、行程等诸项要求，同时要兼顾结构简单，便于加工、装卸、维修，确保一定的效率、寿命等。

一、力液压缸的推力大小将直接影响其结构。

一般来说，推力越大，其工作压力越高。

因此，对液压缸的各个零件要进行必要的受力分析。

如，活塞杆是受拉还是受压，是否受到偏载，行程末端的冲击压力将有多大等，这就要求正确设计活塞杆的导向装置、密封装置，选定合适的活塞杆长径比和液压缸各零件的连接结构。

二、速度为实现液压缸的最高速度、最终速度，在结构上就要保证进、出口有一定通径，减少内泄漏量，设置缓冲装置以防止冲击，设置排气装置以免低速爬行等。

三、行程除了液压缸在起动、制动时所需的附加行程外，其有效行程要达到运动部件的最大行程要求，并力求结构紧凑、占地最小。

这就要求合理确定液压缸的结构类型、安装方式，如采用伸缩缸、增程缸的结构型式，或采用活塞杆固定缸体移动的安装方式。

四、其它在特殊情况下，要考虑防漏、防锈蚀、防尘、防热变形、防自重跌落（如垂直缸或倾斜缸要有锁紧装置）等。

2-2液压缸结构分析实例一、磨床工作台液压缸图Ⅲ-2-1所示为小型的卧轴矩台平面磨床M7120A 的工作台液压缸，带动工作台和工件作往复运动。

液压缸的工况是负载力小、工作压力为1.0～1.5MPa，要求往复等速，速度为4～12m/min，工作行程小于1m，属于中速、低压、短程液压缸。

据此工况，进行以下结构分析。

（一）缸的结构类型双作用双出杆活塞式液压缸，可满足往复等速要求。

（二）缸的安装方式缸体6 、缸盖8 固定于床身，活塞杆7 通过挂脚9与工作台连接，带动工作台（工件）实现往复运动。

这种缸体固定活塞杆移动的安装方式适合于短行程（为什么？请读者自行分析）。

另外，液压缸的安装还要使其容易校正，为此，在缸体外圆上专门设置两个供校调用的工艺外圆柱面A、B，要求A、B分别与缸体孔同心，A、B作为加工基准（搭中心架用）和安装基准。

用千分表校正A、B外圆柱面的上母线、侧母线分别与床身V形导轨的导向面平行，这就实际上保证了液压缸中心线在两个方向上与导轨面的平行度，使液压缸在正确的工作位置上就位。

（三）缸的导向、缓冲、排气和密封等结构先分析活塞杆的受力。

液压缸压力油腔一侧的话塞杆承受负载力而呈受拉状态，其杆径可以选择得较小。

为使回油腔一侧的活塞杆免受压力，挂脚9与活塞杆7为空套，螺母10仅为单面连接，即使活塞杆7受热伸长也不会受阻而产生弯曲变形。

该液压缸的负载力与其所输出的推力不在同一直线上（即受到偏载），因此必须设置活塞杆的导向装置。

铜套8为导向套，使细长的活塞杆7得到导向，并能承受一定的偏载。

该液压缸以中速运行，最大行程由机械挡铁所限，活塞端面一般不撞击缸盖，为简化设计，可不设计缓冲结构。

但必须指出，大型平面磨床工作台因其速度高、惯量大，在液压缸的两端均有缓冲结构。

平磨液压缸不作低速运行，没有低速运动平稳性的要求，可不必设置专用排气装置。

但缸内难免有空气存在，也要将浮积在缸最高处的空气排除。

为此，油液从缸盖顶部的通油孔C进出，在活塞作全行程往复移动时，便可将混有气泡的油液从此排出。

括塞5 与缸体6 之间采用间隙密封，其原因是：间隙密封的摩擦阻力小，对于速度较快的平磨液压缸来说可使其运动轻快。

少量的内泄漏量对该缸的速度平稳性影响不大（当然，活塞上开设压力平稳槽，使活塞与缸孔尽量对中，减少泄漏）。

因液压缸工作压力较低，在缸盖与缸体之问的端面用纸垫4进行密封即可。

活塞杆与缸盖之间采用Y形密封圈进行密封，可减小摩擦力、缩短轴向尺寸，并使密封装置具有“自密封性”。

（四）缸体组件与活塞组件的结构缸体为铸铁件，适用于低压缸。

缸体与缸盖用螺钉（图Ⅲ-2-1中未示出）连接成缸体组件，结构简单、拆装方便，成本低廉。

活塞与活塞杆用开口销连接成活塞组件，对于低压缸可达到强度和可靠性要求。

缸体与活塞的材料分别为灰铸铁和球墨铸铁，材料的硬度匹配较为合理。

活塞上的小孔D ，不是阻尼孔，是用来装配第二根活塞杆时减小气阻的工艺孔。

图Ⅲ-2-2所示为万能外圆磨床M1432A 的工作台液压缸，工作压力 1.0～1.5MPa，往复速度＜4m/min，行程为2m ，属低压低速长行程液压缸。

图Ⅲ-2-1、Ⅲ-2-2虽然同样都是磨宋工作台液压缸，但由于设计要求的不同，在结构设计上也有明显的差别。

现分析如下：缸的结构类型两者相同，而安装方式不同。

图Ⅲ-2-2的活塞杆通过支座17固定于床身，缸体11由挂脚3 、15 与工作台连接而作往复移动，此结构适用于长行程。

外磨工作台液压缸的结构设计是从满足低速稳定性这一要求出发的，因为在进行精细修整砂轮或作精磨时，工作台速度仅为0.02m/min，为此用以下特殊的结构措施来实现；（l）活塞用“O”形圈9 密封，活塞与活塞杆用过渡配合，尽量减少内泄漏。

因为液压缸作低速运行时，进入缸的流量仅每分钟几毫升，泄漏将会明显影响速度的稳定性。

（2）低速时对摩擦力很敏感，极易产生“爬行”（读者可复习一下液压低速爬行的原因与对策），为此导向套7采用减摩材料，其密封装置也只用一只Y 形密封圈，既减小摩擦力，又提高了密封性。

（3）2米长的缸体是用薄壁钢管制成，钢管受热伸长易引起弯曲变形，活塞在缸体内作低速运动时摩擦阻力很不均匀，造成低速不稳定。

为此，缸体采用简支梁结构，其右端由挂脚15固定于工作台上，而左端空套在挂脚8的孔内，缸体11可作自由伸缩。

（4）气泡是造成低速爬行的原因之一。

该缸设有专用排气孔与排气阀相连，可随时排气。

孔6经导向套7的环槽内侧通道与排气阀的管道相接（图中未示出）。

排气装置，对于获得低速稳定性特别重要。

二、组合机床液压滑台液压缸图Ⅲ-2-3所示为液压滑台的液压缸结构。

组合机床的工艺范围较广，如钻、镗、铣、攻丝等。

因此液压缸的推力和速度范围也较大，一般工作压力在3.0～5.0MPa，速度0.1～0.6m/s，行程在lm以下多见，属于中压中低速短行程液压缸。

结构分析如下：（一）液压缸的结构类型为单出杆活塞式液压缸。

利用缸的无杆腔进行低速大推力的工作进给，利用液压缸（活塞杆直径d=0.7D，D为活塞直径）的差动连接实现快进，并与快退速度相等。

（二）缸的安装方式缸体固定于基座2的孔中，活塞杆9通过挂脚4带动滑台11运动。

为防止活塞杆轴线在安装时的偏斜，采用球面垫圈16，由双螺母17紧固。

平键3 可提高连接刚度和改善连接螺钉的工作条件。

滑台液压缸有时可设计成活塞杆固定、缸体移动的型式，但为避免用软管，进出油管均要套装于空，合的活塞杆中，使结构复杂、装配困难。

图Ⅲ-2-3所示的结构为缸体固定，油管13安装在缸体上方的外部，简化了结构，也便于装配与维修。

（三）其它结构为适应组合机床液压缸的推力、速度范围较大的特点，考虑了排气装置和较可靠的密封装置。

专用排气孔14 用来排除无杆腔内的气泡，提高进给运动的速度平稳性。

活塞10与缸体8之间、活塞杆9与缸盖7之间的动密封均用Y形密封圈进行密封，各个环节的静密封均用O形圈密封。

为防止切屑或灰铸铁粉末粘附在活塞杆上，还采用了防尘圈6。

活塞杆的导向装置较简单，由铸铁缸盖7的内孔直接导向，取消导向套，磨损后可更换缸盖。

可调螺栓l的端面作为死挡铁，用螺母锁紧，以提高滑台尺寸控制的位置精度。

三、挖掘机的翻斗液压缸图Ⅲ-2-4 所示为工程机械上常用的单杆液压缸。

工作压力在10MPa 左右，速度为5m/min 左右，属高压中低速液压缸（行程视结构需要而定，一般以中、短行程为主）。

（一）结构类型工程机械的液压缸一般工作时为低速运动，回程快速，又常常在液压缸的一端输出而工作。

因此，其结构类型为双作用单出杆活塞式液压缸是合适的。

（二）安装方式工程机械的液压缸大多要与连杆机构相连接，故活塞杆端部为耳环式。

活塞杆12在作往复运动的同时，要允许缸体摆动，故缸体11亦为耳环式，可绕耳环2的中心线摇摆，以适应挖掘机动作的需要。

要注意的是：在安装时，二个耳环的方向要一致（如图Ⅲ-2-4 的图示位置），否则缸体会因负载偏心要受到一个弯曲载荷，使活塞杆弯曲变形并在弯曲状态下作往复移动，易咬毛导向套13和缸孔，使密封件损坏而泄漏，甚至导致活塞杆端部螺纹的折断。

高压化措施：为使结构尺寸紧凑，一般工程机械液压缸工作压力较高，其结构特点如下：1．液压缸的无杆腔为高压腔，为增加连接强度、减少泄漏环节，简化结构起见，采用缸体与缸盖的焊接结构。

耳环（即缸盖）2 上有止口，与无缝钢管（即缸体）11 相配，可减小焊接变形。

2．虽然液压缸的速度不一定高，但负载大，所推动运动部件的质量也较大，活塞到达行程终点易冲击而撞击缸盖。

为此，在缸的两端设有缓冲装置。

3．密封装置采用不等高唇的密封圈6、10、16以适应高压和压力多变的特点。

尼龙环8可提高耐磨性。

为进一步减少泄漏，在活塞与活塞杆的连接处也增设O形圈9。

在油口A、B处，采用公制螺纹的高压管接头，在其端面用O形圈密封。

4．活塞与活塞杆用非螺纹连接（半环5、卡套4及挡圈3），消除因压力变动、振动等原因而使螺纹连接松动的弊病，适宜于工程机械用的高压缸。

5．右端盖15与缸体用螺纹连接，用螺钉17锁紧防松。

（三）耳环上设有注油器1，防止耳轴咬死。

液压缸一般在野外工作，活塞杆要镀铬，用防尘圈18 除尘。

在油口B的缸壁内侧，要修钝锐边，在将活塞装进缸体孔时，最好在B口处镶填一个工艺用堵头，以免密封圈通过孔口时割伤。

活塞杆12与耳环22之间的螺纹用来在装配时调节二耳孔之间的距离。

总之，通过以上三种不同类型液压缸的结构分析，表明缸的结构设计要因工况的不同而异。

对自已设计的液压缸结构要作出中肯的分析，切忌盲目类比，不分良荞。

2-3 选择液压缸局部结构的指导虽然液压缸的结构多种多样，但我们只要熟悉液压缸局部结构的基本类型，再根据其工况进行选择、组合、变型、派生，就可设计出所需的结构。

一、缸体组件（由缸体与缸盖连接面成）缸体组件内充满了有压液体，相当于一个“压力容器”，要求它有一定强度、无外泄漏、结构紧凑，并且加工方便、拆装的工艺性好。

（一）不可拆式缸体组件用于压机的大直径高压缸，缸体组件为一端开口，另一端封底（俗称缸底）的锻件或铸钢件。

缸底形状有平底、椭圆底和球底〔见图Ⅲ-2-5（1）（2）（3）〕，球底的受力情况比平底、椭圆底好，但锻造工艺性差，轴向尺寸大。