1、 企业标准 油缸设计规范 xx公司 发布 目 录1 范围12 规范性引用文件13 油缸基本构成14 油缸分类35 油缸设计原则36 油缸总体结构设计36.1 油缸主参数确定36.1.1 工作压力确定46.1.2 油缸缸径确定46.1.2.1 根据载荷力和油缸工作压力计算油缸缸径46.1.2.2 根据油缸运行速度和油缸油液流量计算油缸缸径46.1.3 油缸杆径确定46.1.3.1 根据强度要求计算油缸杆径46.1.3.2 根据速比要求计算油缸杆径56.1.4 行程、安装距确定66.2 油缸安装形式确定66.3 油缸内部结构确定76.3.1 活塞与活塞杆连接方式76.3.2 导向套与缸筒连接方式8
3、油路及其接口件确定266.7.1 油缸进出油方式确定266.7.2 油路接口件确定266.8 油缸装配总图绘制规范266.8.1 总图中包括的内容266.8.2 总图绘制规范267 油缸标准零件设计287.1 缸筒设计287.2 缸底设计327.3 安装法兰设计347.4 铰轴设计357.5 油路接口件设计367.6 活塞杆设计377.6 活塞设计417.7 导向套设计447.8 小件设计468 油缸总体设计488.1 油缸组装488.2 装配工程图绘制488.3 零部件校核计算48附录a （规范性目录）油缸主要参数优选表49附录b （规范性目录）油缸常用材料性能及规格优选表49附录c （
4、规范性目录）缸径杆径优选表52附录d （规范性目录）油缸标准零件命名规范53附录e （规范性目录）图号编制规定63附录f （规范性目录）设计用螺纹规格64附录g （规范性目录）环缝焊焊接坡口设计规范65附录h （规范性目录）油缸标准零件技术要求66附录i （规范性目录）产品图样设计补充规定68 油缸设计规范1 范围 本标准规定了油缸设计的基本构成、分类、设计原则、总体结构设计、零件设计及关键零件强度校核方法。 本标准适用于公司一般用途油缸设计，特殊用途油缸可参考执行。2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内
5、容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否适用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。gb/t 321 优先数和优先系数gb/t 7938-1987 液压缸及气缸公称压力系列gb/t 2349-1980 液压气动系统及元件缸活塞行程系列gb/t 6403.1-1986 球面半径gb/t 3452.1-2005 液压气动o形橡胶密封圈 第一部分：尺寸系列及公差gb/t 3452.3-2005 液压气动o形橡胶密封圈 沟槽尺寸gb/t 2350-1980 活塞杆外接螺纹尺寸系类gb/t 15622-2005 液压缸试验方法jb/t 1020
6、5-2000 液压缸技术条件gb/t 2348-1993 液压气动系统及元件缸内径及活塞杆外径qb/hc00-2013 液压缸设计计算3 油缸基本构成 见图1。油块油口油座阀座安装法兰缸底缸筒油路接口件铰轴杆头杆尾杆体活塞静密封防尘密封活塞杆密封导向套防水密封导向套静密封静密封缸体油咀活塞杆活塞油缸活塞密封导向套 动密封密封系统支撑系统缓冲装置装置排气装置 图 14 油缸分类 按油缸的使用功能兼顾油缸的使用工况，将油缸分为以下6类。见表1。表1 油缸类别类别特点实例支撑油缸工作时负载、行程变化小、速度较慢臂架油缸、变幅油缸、顶升油缸、举升油缸、伸缩油缸、提升油缸等支腿油缸承受主机重量、保压
7、、工作时行程变化小、多为球头形式、承受较大偏载支腿油缸、垂直支腿油缸等推拉油缸往复、快速、定行程、工况恶劣、要求缓冲主油缸、摆阀油缸、挖机油缸（动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、推土铲油缸）等 转向油缸用于改变主机零部件的位置或方向转向油缸、铲刀摆动油缸、旋转油缸等 辅助油缸在主机工作前、后工作，工作中不工作支腿展开油缸、支腿伸缩油缸、水平油缸等 特殊油缸不能归入上述五类之外的油缸，如单作用缸（弹簧回程）、柱塞缸（自重回程）、多级缸等前置顶油缸、减振油缸、增压缸、推板油缸5 油缸设计原则 油缸设计按以下原则： a) 满足工况和安装要求； b) 满足作用力、行程、速度要求； c) 零部件有足够的强度
8、、刚度，满足使用寿命和可靠性要求； d) 密封可靠； e) 充分考虑零件加工和装配工艺性； f) 安装、维修方便； g) 油缸性价比高； h) 轻量化设计； i) 标准化设计。6 油缸总体结构设计6.1 油缸主参数确定 主要确定的油缸主参数包括：工作压力、缸径、杆径、行程和安装距。6.1.1 工作压力确定 根据系统压力和负载需要计算油缸的工作压力，再按照油缸主要参数优选表（附录a）确定油缸设计的工作压力。6.1.2 油缸缸径确定 6.1.2.1 根据载荷力和油缸工作压力计算油缸缸径 其中： f 载荷力，n ； pn 油缸工作压力，mpa ； d 油缸缸径，mm6.1.2.2 根据油缸运行速度和
9、油缸油液流量计算油缸缸径 其中： q 进入油缸无杆腔的流量，l/min ； v 油缸运行速度，mm/s ； d 油缸缸径，mm将计算出的油缸缸径值圆整为油缸主要参数优选表（附录a）中油缸缸径优选值。6.1.3 油缸杆径确定 6.1.3.1 根据强度要求计算油缸杆径 a) 稳定状态下活塞杆仅受轴向载荷，活塞杆直径按拉、压强度计算油缸杆径d: 式中： f 载荷力，n ； s 材料的许用屈服应力，mpa ,； n 安全系数，n1.4； d 油缸杆径，mm b) 当活塞杆受到较大弯曲作用时，则按压弯强度联合计算油缸杆径d: 式中： 活塞杆所受应力，mpa ； a 活塞杆截面积，mm2，其中 ： 实心活
10、塞杆 空心活塞杆 活塞杆外径，mm 活塞杆空心直径，mm 活塞杆最大挠度，mm , ,其中： f 载荷力，n ； l 活塞杆完全伸出时，其外伸长度，mm ； e 弹性模量，mpa，碳钢弹性模量取为2.06105 ； i 惯性矩，mm4 ，其中： 实心活塞杆 空心活塞杆 w 活塞杆断面的抗弯模量，mm3，其中： 实心活塞杆 空心活塞杆 6.1.3.2 根据速比要求计算油缸杆径 式中： 速比，即油缸两端面积比，可按速比表进行选取。 将计算出的杆径值圆整为油缸主要参数优选表（附录a）中油缸杆径优选值。6.1.4 行程、安装距确定6.1.4.1 油缸行程根据主机所要求的动作距离确定，推荐选用附录a中的
11、油缸主要参数优选表中行程优选值。6.1.4.2 安装距由油缸在主机上安装要求确定，与油缸各零部件的长度尺寸相适应。6.2 油缸安装形式确定 根据公况及其安装环境选择合适的油缸安装形式，常用的共6种，见表二。 表2 油缸安装方式安装方式特点应用耳环式1、 耳环内可配轴套或关节轴承，油缸可在垂直面内摆动；2、 有头部耳环、尾部耳环、两端耳环三种形式，尾部耳环型活塞杆受弯曲作用较大。应用最为广泛法兰式1、 包括头部法兰、中间法兰、尾部法兰；形状有方形和圆形两种；2、 头部法兰型安装时，安装螺钉受拉力较大；尾部法兰型安装螺钉受力较小。广泛应用于主机支腿油缸等。铰轴式1、 包括头部铰轴、中间铰轴、尾部铰
12、轴；2、 采用头部铰轴时，活塞杆受弯曲作用较小；中间铰轴型次之；尾部铰轴型最大。主要用于起重机油缸、环卫车辆油缸、桩机油缸等。球头式1、 油缸可在一定空间范围内摆动；2、 能减少作用面不平整对油缸的影响。杆端球头大量用于支腿油缸；缸底端球头用于泵车摆阀油缸及tg型套筒缸。卡槽式与主机部件采用卡环连接。主要用于泵车主油缸等。底座式1、 包括径向底座、轴向底座、切向底座；2、 径向底座型油缸受倾翻力矩较小；其余两种较大。主要用于转向油缸等。6.3 油缸内部结构确定6.3.1 活塞与活塞杆连接方式a) 螺纹连接 常用的一种连接方式。防松措施采用将紧定螺钉涂抹螺纹紧固胶后锁紧活塞。此种防松 方法的缺点
13、是配钻时产生的碎屑不易清洗，建议采用 内螺纹式活塞防松的两种新方法中提到的两种防松措施。b) 卡键连接 制造安装简单方便；卡键的使用会影响活塞杆的局部强度，需校核卡键槽强度；制造时应严格控制各配合零件的长度尺寸，以免使得装配时活塞与卡键之间出现间隙或配合过紧现象；此种连接方式一般在杆径较大时采用。如图2所示。 图 2 c) 整体结构 当缸径较小、缸径与杆径的相差不大、活塞杆较短时采用；整体强度较前两种好；减少了零件数量，利于加工。如图3所示。 图 36.3.2 导向套与缸筒连接方式 a) 卡键连接 结构紧凑，重量轻；安装时注意避免密封圈被卡键槽及油孔边缘擦伤；设计时请参考内卡键连接式液压油缸的
14、优化设计一文。 b) 螺纹连接 在中小油缸中使用广泛；缸筒上的安装螺纹加工时确保与缸筒内孔同心，装配时注意防止密封圈扭曲和被螺纹刮伤；设计时请参考螺纹连接式缸筒与导向套设计及加工注意点。 c) 螺纹压盖连接 结构简单，易保证装配后的活塞杆与缸筒内孔同心；因增加螺纹压盖，径向尺寸稍大。如图4所示。 图 4 d) 法兰连接 结构较简单，易加工，易装卸，使用广泛；径向尺寸大，缸筒需增加焊法兰工序，用厚料时原材料浪费大，成本较高。如图5所示。 图 56.4 油缸密封系统确定 油缸密封系统由动密封和静密封两部分组成。6.4.1 动密封 动密封包括活塞密封和活塞杆密封两类。6.4.1.1 活塞密封方式见表
15、3。 表3 活塞密封方式油缸类型密封方式应用场合实例支撑油缸u形圈+格莱圈单向保压严格sumps+ckw山形圈双向保压、尺寸紧凑szhtpm-5山形圈+u形圈行程特别长的油缸szhtpm-5+sumps支腿油缸u形圈+格莱圈单向保压严格sumps+ckw山形圈双向保压、尺寸紧凑szhtpm-5双u形圈(靠背装）双向保压、大缸径sumps+sumps推拉油缸格莱圈高压、高速ckw组合圈高压、高速、工况恶劣szhspgw-4转向油缸格莱圈高压、高速ckw组合圈高压、高速、工况恶劣szhspgw-4山形圈双杆双作用油缸szhtpm-5辅助油缸格莱圈高压、高速ckw双u形圈(靠背装）双向保压、大缸径s
16、umps+sumps特殊油缸u形圈单作用缸、增压缸sumps格莱圈多级缸ckw6.4.1.2 活塞杆密封方式 见表4。表4 活塞杆密封方式使用条件密封方式实例p16mpay形圈ckg16mpap25mpay形圈+斯特封ckg+ckp25mpay形圈+挡圈+斯特封ckg+f4+cks 当对摩擦力要求极其严格，例如伺服缸；动作频率快、性能要求高，例如精密机床用油缸；工作行程较短时，经常采用串联斯特封的形式，如“cks+cks”。 当大型油缸承受高压、高温、重载，工作环境恶劣，对速度稳定性要求不高时，采用v形密封件，如大型冶金设备用油缸。6.4.1.3 防尘密封方式 见表5。表5 防尘密封方式防尘方
17、式图例特点应用无骨架防尘圈 结构简单，安装方便，成本低，但易发生翻转，防尘效果欠佳一般安装在杆头或缸底孔内用于轴套防尘骨架防尘圈 结构简单，安装方便，成本较高工作环境较差情况下使用，如挖机油缸双作用防尘圈 结构简单，安装方便，成本低，并兼有密封功能工作环境较好情况下使用，与串联斯特封组合使用，效果尤佳防尘罩防尘效果好，成本低用于粉尘多的地方6.4.2 静密封方式 见表6。 表6 静密封方式类型方式活塞静密封装1个o形圈，空间足够时，装2个导向套静密封1、 工作压力16mpa时，装1个，空间足够，装2个；2、 工作压力16mpa时，加装挡圈。导向套防水密封1、 螺纹式导向套，在退刀槽处采用1个o
18、形圈作防水密封；2、 卡键式导向套，在卡键挡圈上设计1个o形圈作防水密封。 国外油缸的静密封大量采用一种哑铃形密封件，倒8字形，其实质是两个o形圈固结在一起，不用加挡圈，装配时不会在沟槽里发生扭转，稳定性好，密封性能好，成本较低，设计时可考虑采用。6.5 油缸支撑系统确定6.5.1 支撑环材料确定 油缸支撑系统由活塞支撑和活塞杆支撑两部分组成。 常用的支撑环材料见表7。表7 常用支撑环材料材料名称特征 应用聚甲醛耐疲劳强度、刚性高于一般尼龙，强度、硬度较高。自润滑性、耐磨性、尺寸稳定性较好，吸收杂质颗粒的能力较夹布强，但不及聚四氟乙烯，不耐高温，价格低。油缸中应用较普遍，可承受一定的载荷，无润
19、滑或少润滑条件下仍能工作。夹布酚醛机械性能高，耐油性好，热稳定性好，使用温度广（-40135c),但冲击韧性低，质脆。用于重载荷、油温较高、活塞杆表面经过热处理的油缸中，一般在有润滑的条件下使用。填充聚四氟乙烯（f-4）自润滑性好，耐热，耐寒（-180250c），摩擦系数极小，机械性能低，刚性差，流动性大，可吸附一定的颗粒。用于轻载荷、侧向力不大、行程较短、动作频率较快、性能要求较高的场合，常作为油缸辅助支撑。铸造铜合金（zqal9-4等）强度高，耐磨性、耐蚀性好，成本高用于重载、长行程、偏载大、性能要求高的油缸球磨铸铁（qt450等)强度高，耐磨性好，成本较低，但因其铸造缺陷问题，易对油液形
20、成污染重载荷、尺寸要求较紧凑的油缸中使用。无油轴承（三层复合自润滑材料）该材料以钢板为基体，青铜为中间层,以塑料为表面的自润滑材料，既有金属的刚性，又有塑料的自润滑性，尺寸稳定，干摩擦性能好，强度高，耐磨用在性能较高的场合（例如挖机油缸），可有效地克服因支撑环材料而造成的爬行抖动。降低启动压力，是替代非金属支撑环的理想材料。 设计时，应根据油缸实际使用工况选择支撑环材料。 a) 工作时侧向受力且缸径360时，应在活塞外圆表面堆铜焊。如图6所示。图 6(1环形垫圈槽，2 活塞本体，3 铜熔焊镀层，4 内螺纹，5 焊接工艺环槽) 其制造工艺包括以下步骤：(1) 在活塞本体外圆表面车环形垫圈槽和焊接
21、工艺环槽；(2) 在焊接工艺环槽上采用铜焊粘结剂和铜条在火焰枪的高温条件下进行焊接，焊接温 度达到铜的熔点温度，从而在焊接工艺环槽内形成一层铜熔焊镀层，并使铜熔焊镀层高于活塞本体外圆表面0.8mm-1.2mm(优选1mm)；(3) 通过精加工，使铜熔焊镀层表面光清洁度达到设计要求；(4) 在环形垫圈槽中安放起密封作用的橡胶垫圈。焊接工艺环槽的结构如图7所示。 图 7 采用铜条焊层的活塞外圆表面的承载能力是一般普通支承环的8倍，普通聚四氟乙稀材料支承环支承能力约为15n/mm2，采用铜条焊层处理技术后的承载能力达到120n/ mm2。这种加工工艺使活塞表面成功获得一层单边厚度约3mm的铜材料组织
22、结构，不管偏载的情况有多复杂，都能彻底解决液压缸在运行时拉伤缸筒的问题，大大延长油缸的使用寿命。b) 工作时侧向受力且杆径200时，应考虑采用内嵌铜套式导向套。如图8、9所示。 图8 (1紧定螺钉，2螺纹，3内嵌铜套，4密封垫圈槽，5支撑环，6固定螺孔)图 9 (6 紧定螺孔，13 半圆形螺旋油槽，12导向套本体) 如图8、9所示，导向套本体内壁设有内嵌铜套，内嵌铜套外端设有紧定螺钉，内嵌铜套内表面设有螺旋油槽，内嵌铜套内表面的螺旋油槽截面为半圆形，螺距、槽深分别优先为24mm，0.8mm。 其制造工艺包括以下步骤： (1) 按图纸要求加工好导向套本体； (2) 按图纸要求加工青铜套，注意内孔
23、应留0.4-0.5mm左右的精加工量，外圆注意控制好尺寸，保证与导向套本体为过盈或过渡配合。 (3) 用油压机将铜套压人导向套本体内，端面打紧定螺钉； (4) 精车铜套内孔，拉螺旋油槽。 由于内嵌铜套内表面的螺旋油槽内充满了润滑油，对活塞杆和内嵌铜套的相对运动起到了润滑作用，减少了活塞杆与内嵌铜套内表面之间的摩擦力，减少了活塞杆、内嵌铜套和支撑环的单边磨损，削弱了单边磨损效应；消除了滑动面间的断油现象，解决了液压油缸在侧向载荷作用下的爬行和抖动问题，提高了活塞杆的最大载荷。 c) 工作时侧向受力且杆径200时，可考虑采用sf-1无油轴承，特别是当杆径小时，安装较方便。6.5.2 支撑环参数确定
24、6.5.2.1 支撑环厚度确定 非金属支撑环的厚度一般为2.5mm，铜支撑环厚度一般取5mm。6.5.2.2 支撑环宽度确定 支撑环宽度的计算公式为： 式中： t 导向环宽度，mm ； f 安全系数，一般取2-3 ； d 活塞杆直径，mm ； pr 材料承载能力，n/mm2 ； 常用非金属支撑环材料的pr值： 填充聚四氟乙烯-15；聚甲醛-60；酚醛夹布-90 fc 侧向载荷，mm ， a) 对于细长油缸，侧向载荷主要由挠度引起 l1 油缸最小导向长度，mm ，； s 油缸工作行程，mm ； d 油缸缸径，mm ； 参数参照6.1.3.1 b) b) 对于活塞杆为球头或耳环（内装关节轴承）
25、式时，fcfsin15= 0.26f。 c) 对于活塞杆为耳环（内装衬套）式时，它的侧向载荷主要由以下两部分组成： 1.耳环孔与销轴间隙引起的侧向力 见图10。 图10 由图10可以得出： 单边间隙，mm ； f 载荷力，n ；l 耳环宽度，mm 由上式可以看出：侧向力的大小与载荷、间隙成正比，与耳环宽度成反比。因此设计加工时，在保证安装方便的前提下，应尽量减少间隙、增加耳环宽度，以减少侧向力。 2.耳环孔中心与活塞杆中心不垂直引起的侧向力 见图11。 图11 由图11可以得出： f 销轴对耳环的力，n ；fz 轴向分力，n ； 耳垂直度误差偏角， 由上式可以看出：侧向力与误差偏角成正比，所以
26、设计加工时，垂直度误差应控制在0.05-0.1，以减少侧向力。当耳环与活塞杆采用焊接时，耳环孔因留加工余量，待焊接后，以活塞杆为基准加工到位；当耳环与活塞杆采用螺纹连接时，应控制螺纹加工精度为6-7级，必要的时候，添加定位止口配合以保证垂直度要求。如图12所示。图121活塞杆 2耳环 添加定位止口的另外一个好处是：改善耳环的受力状况。当耳环由于偏载而受到较大弯矩作用的时候，把危险截面由原来的螺纹退刀槽a面转移到了定位止口b面，大大提高了耳环的抗弯强度。 综上所述： 一般地，当导向套或活塞长度尺寸足够时，支撑环宽度应尽量取大值，且至少安排两道。为少支撑环种类规格，增强通用性，现规定如下： 对于活
28、）或zcupb10sn10。 6.6 油缸装置确定 油缸装置由缓冲装置和排气装置两部分组成。 6.6.1 缓冲装置确定当活塞速度达到0.1-0.3m/s时，可以考虑设置缓冲装置；当活塞速度大于0.3m/s时，必须设置缓冲装置。根据缓冲过程中油液通道是否改变其节流面积，缓冲装置常分为恒节流型，变节流型和自调节流型三大类，其中恒节流型应用最为普遍。 6.6.1.1 恒节流型缓冲装置 恒节流型缓冲装置包括以下两种： a) 圆柱头环隙缓冲装置 见图13。 图13 工作原理：当开始进入导向套凹腔时，缓冲腔油液只能通过间隙挤压出去。因此，活塞受到一个很大的阻力，缸的运动速度减慢。这种缓冲装置的特点
29、是：结构简单，开始缓冲时效果显著，但整个缓冲过程中缓冲效果逐渐减弱；对零部件的加工精度要求高，特别是值既不能太大也不能太小，太大无缓冲效果，太小则缓冲柱塞容易“憋劲”。适用于惯性较小、速度较低的场合。 设计时，一般取=0.1，缓冲参数按油缸缓冲设计计算进行设计选取。 b) 单向节流阀缓冲装置 见图14。 图14 工作原理：当缓冲柱塞进入缸盖内孔时，排油腔被封堵，油液只能通过节流阀排油，排油腔缓冲压力升高，使活塞制动减速。调节节流阀的通流面积，可以改变回油流量，从而改变活塞速度。单向阀的作用是当活塞返程时，能迅速向油缸供油，以避免活塞推力不足而启动缓慢或困难的现象发生。由于安装了节流阀，制动
30、力可根据负载进行调节，因此适用范围广。但它同样有圆柱形环隙式缓冲装置的缺点，且加装了单向节流阀，成本较圆柱头环隙缓冲装置高。 设计时，缓冲柱塞与缸盖应为滑动配合，值应较圆柱头环隙缓冲装置小。 在系列化的油缸设计中，由于事先无法知道活塞的运行速度以及运动部分的质量和载荷，因此为了使结构简单，降低成本，多采用恒节流型缓冲装置。尤其是单向节流阀缓冲装置，应用更为普遍，如力士乐油缸。图14为这种装置在拖泵摆阀油缸上的应用。 6.6.1.2 变节流型缓冲装置 在恒节流缓冲装置的基础上，为了使节流面积随缓冲行程的增大而减小，使动能的吸收更加均匀，通过改进缓冲柱塞，可实现变节流缓冲。常用的主要有抛物线、、圆锥形、双圆锥形、两级缓冲、多级缸筒、多孔柱塞等结构型式。 见图15。 （a） 抛物线 （b）铣槽 （c）阶梯形 （d）圆锥形（e）双圆锥形 （f）两级缓冲 （g）多孔缸筒 （f）多孔柱塞图15 其中，（a）抛物线缓冲效果最好，需要数控机床或仿形车床加工，成本较高，应用较少； （b）节流槽形，直接由铣床铣出，加工方便，应用较多； （c）阶梯形，车床上车出三个台阶，加工方便，缓冲压力峰值较小，不及恒节流 圆柱形的一半，国外parker油缸无杆腔缓冲经常采用； （d）圆锥形，缓冲效果和阶梯型差不多，应用较少； （e）双圆锥形，缓冲效果好于圆锥形，挖机油缸上经常采用； （f）多孔缸筒和（g）多孔柱
32、塞用于对精度要求更高的液压设备，合理布置小孔的 数量和各排间的距离，缓冲效果可更接近于理想抛物线的水平。其中（g）多孔柱塞的 原理已应用于我司客户重庆新明和的产品设计中，并加以改进，后面将做重点介绍。 图16为节流槽和双圆锥形组合的变节流型在挖机油缸上的应用。 图16 从图16可以看出，缓冲销的形状为双圆锥形，并且铣出3条轴向沟槽，节流面积随 缓冲行程的增大而逐渐减小，缓冲压力变化较平稳，缓冲效果较好。 在重庆新明和油缸设计中，采用了一种新型的节流型缓冲装置，见图17。 图17 这种新型的节流缓冲机构，根据应用场合的不同可设计成恒节流缓冲与变节流缓冲两种型式，如图17，在图17a中，当活塞3向
33、缸盖7方向运动时，缓冲块5在挡圈6和弹簧4的作用下也随着活塞3向缸盖方向运动。当缓冲块与缸盖平面复合时，无杆腔内形成缓冲油腔。被封闭的油液只能从节流孔排出，从而实现节流缓冲。图17b是在图17a的基础上加以改进的，在缓冲块的进油管上增设小孔，当活塞3向缸盖7方向运动时，通过改变节流孔的数量来改变节流面积，从而达到变节流的效果。从图17可以看出，当活塞反向运动时，活塞也不会因推力不足而产生起动缓慢或困难的现象。新型节流型缓冲装置的特点： 采用圆锥形弹簧与变节流缓冲结构。圆锥形弹簧与圆柱形弹簧相比，具有较大的横向稳定性。振动频率是变值，可防止共振现象的产生。避免了出现压力脉冲和过高的缓冲腔压力峰值
34、，使压力的变化为渐变过程； 结构紧凑。由于圆锥形弹簧的可压缩性，节省了传统缓冲柱塞的横向尺寸，减少了缓冲行程。这一特点在结构较紧凑的工程液压缸中有非常大的优势； 从图17可以看出，这种缓冲装置结构简单，加工性优良，成本低。在以后的油缸设计中，此种缓冲装置可以大力推广。6.6.1.3 浮动自调节流型缓冲装置通常有如下三种结构：a） 浮动圈式缓冲结构 见图18。图18 如图18（a）所示，浮动圈式缓冲结构主要由缓冲柱塞、浮动圈、卡键、缸盖等组成。浮动圈为一圆环，采用青铜或40cr制成，外径比缸盖内孔小1mm，厚度比安装槽小1mm，可以径向和轴向浮动。缓冲柱塞为圆锥形，并铣有多条纵向斜槽，斜槽深度由
35、前向后逐渐递减，斜槽数一般为3条，材料应具有一定的硬度，一般采用40cr经表面淬火处理得到。浮动圈内径与缓冲柱塞外径滑配。 如图18(b)、(c)所示，当缓冲柱塞1的头部刚进入浮动圈2内时(a向移动），节流面积较大，浮动圈2尚未移动，pc压力很低，此时，缓冲柱塞1因惯性力的作用继续前进，缓冲腔压力pc 随之上升，当pc值达到一定数值以后，浮动圈2轴向移动，随即靠位在缸盖5的台肩上，若活塞动能尚未被大部吸收，则缓冲柱塞继续伸入浮动圈2内，使油液几乎全部通过斜槽排出，节流面积因斜槽深度的变化逐渐缩小，pc值较平缓地维持在相应的数值间，活塞动能大量而均匀地被吸收，直至缓冲过程结束。 当活塞反向运动时
36、，见图18(a)、(b)所示b向移动，工作压力油将缓冲柱塞1和浮动圈2一齐推动，浮动圈2被推开后，油液不仅通过斜槽，还通过浮动圈的径向浮动间隙和卡键的小孔流入缸筒，推动活塞，加速了返程运动的启动，从而可取消恒节流型缓冲装置中的快速补油单向阀。 在液压系统中，因各种因素会引起油液温度的升高，从而油液粘度随之发生较大的减小，油液粘度下降后吸收能量会显著减少，为此，恒节流型缓冲器和变节流型缓冲装置的缓冲性能均会明显下降；与此显著不同的是浮动自调节流型缓冲装置，油液粘度变化因素对其缓冲性能的影响很小，这是因为浮动圈的移动是取决于一定的pc值。油液稠也好，稀也好，不达到一定的pc值浮动圈2不移动，只有浮
37、动圈2移动后才真正进一步产生缓冲作用，也就是缓冲柱塞真正开始了有效行程sc，浮动圈2的移动快慢、时间、随负载不同，而具一定的自动调节作用。浮动圈式缓冲结构广泛用于无杆腔的缓冲中，例如挖机油缸。b） 浮动衬套式缓冲结构 见图19。 图19 如图19所示，与传统圆柱头环隙缓冲装置相似，只是缓冲柱塞被浮动衬套取代。浮动衬套外径与端盖孔滑动配合，内径与活塞杆由较大间隙存在（单边0.5mm），且轴向尺寸也比衬套安装槽尺寸短1mm，使浮动衬套在活塞杆上可沿径向和轴向作小范围的运动。浮动衬套左端是光整平面，右端有若干通油槽。工作原理：当活塞向左运动进入缓冲行程时，通过端盖与浮动衬套上的圆角，使浮动衬套自动对
38、中，进入端盖。进入端盖后，油液只能通过衬套与活塞杆的间隙流出，使缓冲腔压力上升，推动衬套向左运动，左端面与活塞杆台阶端面贴合，阻断衬套与活塞杆间的油液流动，使油液只能从衬套与端盖间的缓冲节流间隙流过，达到预期的缓冲效果。反向启动时，油液从左腔进入液压缸，液压力首先推动衬套向右运动，衬套右端贴在活塞上，油液可流经衬套与活塞杆的间隙，从衬套右端上的通油槽流入缓冲腔，实现反向快速启动。 浮动衬套结构如图20。 图20 c） 带单向密封圈的浮动衬套式缓冲结构 见图21。图21 如图21所示，增加了一个单向密封圈，活塞杆上开有楔形沟槽，沟槽宽度相对于密封圈宽度是大很多的，单向密封圈的外径与浮动衬套内径配
39、合，内径与活塞杆沟槽有较大间隙，可在沟槽内运动，浮动衬套左端开有通油槽。 工作原理：进入缓冲行程后，油液通过衬套和单向密封圈与活塞杆的间隙流出，缓冲腔压力上升，从而推动单向密封圈向右运动紧贴在沟槽右侧楔形面上，油液流动受阻，只能通过衬套与端盖间的缓冲节流通道流出。反向启动时，油压先推动单向密封圈向左运动，打开浮动衬套与活塞杆形成的通油道，实现快速启动。 图22为这种缓冲结构在挖机动臂油缸上的应用。 图22 综上所述，浮动自调节流型缓冲装置有如下特点： 1. 有浮动件。浮动件可在径向及轴向作适当的运动。在径向的运动，可用来弥补油缸因制造、使用出现的不同轴误差。 2. 浮动件沿轴向运动到两个极限位
40、置，可改变油路的通断情况，起着传统缓冲结构中的单向阀作用。 3. 采用传统缓冲结构的节流缓冲原理，可用原有成熟的缓冲设计方法。 4. 只要将衬套加工成不同的节流形式，如变截面的槽，沿轴向钻若干节流孔等，就可达到不同的缓冲效果。设计、加工都极便利，且可靠。 在设计时，应注意： 1. 由于存在较大径向间隙，应考虑浮动件进人缓冲行程的引导问题，解决浮动件的自动对中，浮动件与缸盖的倒角高度应大于单边径向间隙。 2. 浮动件与安装部位的间隙应适中，间隙太小，不能有效地补偿不同轴及解决反向启动问题，不利于充分发挥浮动缓冲的优势。间隙过大，不但会使浮动件进入缓冲行程时的引导出现困难，也会在缓冲起始过程中，浮
41、动件作单向阀使用的单向关闭时间延长，影响缓冲有效行程。间隙一般取单边0.5mm。 3. 进人缓冲行程时，浮动件需沿轴向运动一定距离后，才能切断浮动间隙内的流动，进入缓冲节流，这时活塞已有一定位移，也就是说，浮动缓冲的上述优点，是在略有牺牲缓冲行程的基础上获得的。为此，进行缓冲设计时，浮动缓冲结构的缓冲行程应比传统缓冲结构的行程长一些。 正式由于浮动缓冲的上述优点，要求在今后设计中，尽量采用此种缓冲结构。 除了节流型缓冲装置外，常用的还有弹簧缓冲装置和卸压缓冲装置，下面作简要介绍。6.6.1.4 弹簧缓冲装置 节流型缓冲装置和弹簧缓冲装置都是利用能量转换方法来实现缓冲，不同的是，节流 型缓冲装置
42、是将动能转换成油液的热能，再随油液流动流回油箱；而弹簧缓冲装置则是动能转换成弹簧压力能。 由于活塞的运行速度以及运动部分的质量和载荷通常很大，因此，需要弹簧有很大的刚度，才能尽可能多的吸收掉动能，这必然给装配带来困难；在实际应用中，因负载等工作参数及使用条件、环境等的不可预知性，很难对弹簧参数进行精确计算，弹簧的缓冲效果同样不可预知；由于国内弹簧材料以及热处理等方面的缺陷，弹簧缓冲装置的寿命通常很短。因此，在设计中除客户要求（并提供弹簧相应参数）外，尽量不要采用。6.6.1.5 卸压缓冲装置 当活塞运动到终端，使油缸高压腔油液流回油箱的缓冲方法，称为卸荷缓冲法，见图23。 如图23所示，当活塞
43、4向左侧运动时，且活塞4左侧端面未经过节流孔1,无杆腔泄压，腔内压力无法打开单向阀2，从而油液无法从节流孔1经过油管抵达缓冲腔3，此时无杆腔无缓冲效果。但当图示位置活塞4右侧端面经过节流孔1时，有杆腔油液压力大于单向阀的开启压力，（单向阀的开启压力通常设定很小的压力值具体根据系统压力而定）。单向阀2开启，油液通过节流孔1经过油管进人缓冲腔（高压腔与低压腔相通），同时作用在活塞4上，阻止活塞4向终端运动，从而达到缓冲的目的。 图24为卸压缓冲装置在混凝土泵车主油缸上的应用。 在我司客户重庆新明和的同步缸设计中，也应用到了卸压缓冲装置，工作原理同上。以上对常用缓冲装置进行了详细阐述，其中浮动式缓冲
44、装置和变节流型缓冲装置应是往后我司油缸设计中优先采用的（客户有具体要求的除外）。 6.6.2 排气装置确定 国内双作用油缸一般未设置排气装置，试压时直接通过油口排气；靠重力回程的多级套筒缸一般应单独设置排气口，并用螺塞与组合垫密封好。 国外油缸常用的排气装置还有紧定螺钉与钢球组合的形式。6.7 油缸内部油路及其接口件确定6.7.1 油缸进出油方式确定 油缸内部油路取决于进出油孔的位置。进出油孔位置一般布置在缸筒尾部(含缸底）、缸筒头部及活塞杆头部3个部位。油缸的进出油方式有3种：缸筒两端进出油；缸筒、活塞杆分别进出油；活塞杆进出油。6.7.2 油路接口件确定为避免缸筒焊接变形，油缸上应尽可能减
45、少油路接口件的焊接，原则上不允许有过油钢管的焊接。油路接口件包括以下5种：1. 油咀通过螺纹与外部油管接头相连；2. 油口通过螺纹与外部油管接头相连，螺纹与油孔成90；3. 油块通过标准法兰和螺钉固紧油管，与外部油路连接；4. 阀座直接与平衡阀（液压锁）相连接；5. 油座油管的中间过渡接口件。6.8 油缸装配总图绘制规范6.8.1 总图中包括的内容a) 应具有足以表明装配结构和位置关系的主视图及视图。必要时，画出油缸与外部连接件的连接示意图；b) 油缸的主要参数（如：缸径、杆径、行程、安装距、工作压力、试验压力等）；c) 主要装配尺寸和关键零部件之间的配合尺寸；d) 需要在装配时加工保证的
46、尺寸、公差和要求；e) 油缸外形轮廓尺寸；f) 技术要求和零部件明细表。6.8.2 总图绘制规范绘制总图时，在执行国家制图标准的同时，另特殊规范如表10所示。 表10 总图绘制要求项目内容或示意图主视图放置要求缸底端至于图纸左侧，杆头端至于图纸右侧主要参数放置位置置于装配总图右上角，紧靠图幅边框，如右图所示主参数表缸径/mm杆径/mm行程/mm安装距/mm 工作压力/mpa试验压力/mpa起动压力/mpa内泄露量mpa/5min内容缸径杆径行程 安装距工作压力 试验压力 起动压力 内泄露量尺寸标注重要尺寸(附公差) 主尺寸缸径、杆径、行程、安装距等 装配尺寸1.关键零部件之间的配合尺寸：活
47、塞与活塞杆 的配合尺寸、导向套与缸筒的配合尺寸等。2.重要的相对位置尺寸：油路接口件相对于缸 筒的位置尺寸等。 安装尺寸 耳环安装孔尺寸、法兰安装孔尺寸、铰轴安装 尺寸、安装螺纹尺寸、球头直径等 外形尺寸 油缸外形轮廓尺寸零件编号标注样式在指引线的水平线） 所有零部件必须按照顺时针方向编号，并排列整齐；2） 自制件与外购件（标准件、密封件等）采用分层排序；3） 焊接件、组合件只占用一个序号，各子件在装配图中不单独列序；4） 对称件应各自列序并命名，不得公用一个序号；5） 部分件如卡键等均以整体名义列序，数量为1。明细表内容要求1）借用件应在备注栏注明，被借用产品应是本企业在
48、制成熟产品，不得借 用试制产品或一次性产品；2）无图件应注明，密封件应标注制造厂家；3）零件单件净重。技术要求文本样式1）参照国家标准规定；2）各条内容以分号隔开，最后以句号结尾。通用要求1. 装配前各零件必须清洗干净，不得有飞边、毛刺、焊渣、铁锈等残留物质； 各滑动表面不允许有碰伤、损伤、和划伤等缺陷；2. 所有密封件密封表面不允许有挂伤、擦伤、拉毛等缺项；3. 序号（）紧定螺钉装配前应涂抹螺纹锁固胶，装配后点铆防松；试验检测4. 装配完成后，按标准gb/t15622-2005液压缸试验方法进行试验（应注 明试验的压力、持续时间、应达到的目的）；防护要求5. 油缸试验合格后应将腔内油液排尽，
49、密封好所有油口；涂装要求6. 外露配合面涂油防锈，非配合面先涂（）底漆，再涂（）面漆；特殊要求7. 如标记的位置及标记内容，出厂运输防护要求等。7 油缸标准零件设计7.1 缸筒设计 设计要求见表11。 表11 缸筒设计要求项目设计要求示 意 图定义形成油缸密封腔体的主零件，活塞的运行通道命名见油缸标准零件命名规范（附录d）设计原则1、缸径一般由客户提供，如客户未提供，则应根据所提供的参数计算并圆整至油缸主 参数优选表（附录a）中油缸缸径系列优选值； 2、缸径确定后，以缸径、工作压力等为设计依据，根据标准qb/hc00-2013液压缸设计计 算计算出缸筒壁厚和外径理论值，对照缸筒材料规格优选表（
50、附录b）确定油缸 外径 、选择合适的标准材料规格；3、缸筒外圆原则上不加工（三种情况除外：a、有减重要求的；b、与零件如铰轴、法 兰等有配合要求的配合面；c、客户提供原图外径与标准材料有出入且不可协调时）项目设计要求示 意 图设计原则4、缸筒内孔一般不镀铬，但当活塞上装有活塞环或工作介质为油水混合时，需镀铬以提高 耐磨和耐腐蚀性能，且镀铬前缸筒需珩磨处理以提高铬层附着力（如泵车主油缸）；5、缸尾端焊接剖口按环缝焊接坡口设计规范（附录g）设计；6、根据缸径选择选择缸筒头部结构形式： 1）缸径90时，只采用螺纹结构（一般内螺纹，缸筒壁厚薄时采用外螺纹）； 2）90缸径125时，采用卡键式或内螺
51、纹结构； 3）125缸径200时，采用卡键式或内螺纹结构（应增加台阶孔或采用分体式）； 4）200缸径320时，采用卡键式结构； 5）缸径320时，采用法兰式结构。7、当缸筒上油路接口件为油咀时，油孔直径根据油咀大小选择： 1）m141.5或g1/4，孔径取6或8，依缸径大小而定； 2）m181.5或g3/8，孔径取10； 3）m221.5或g1/2，孔径取12； 4）m272或g3/4，孔径取16； 5）m332或g1，孔径取20； 6）m422或g1-1/4，孔径取25； 7）m482或g1-1/2，孔径取30； 8）m502，孔径取32； 9）m602或g2，孔径取38。 当缸筒上油路接口件为油块或阀座时，缸筒油孔直径不应小于油路接口件孔的直径； 缸筒上油管的通径同样不能小于油路接口件孔的直径，且管的壁厚1.5。8、油孔内侧须倒圆r0.5并抛光，且当缸筒车有台阶孔时，尽量使油孔与台阶孔相交；9、配置螺纹式导向套时，须在缸筒上设计螺纹防水装置及导向套防松装置；
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