液压缸设计与制造

本书是作者三十多年液压缸设计与制造技术和经验的总结。本书按照标准、全面、准确、实用、新颖的原则，编写了液压缸参数及参数计算示例；编著了液压缸及主要零部件的技术要求；对现在液压缸设计与制造中存在的一些常见问题以及重点、难点问题进行了专题论述，并研究了“液压缸”及“液压缸试验方法”中存在的一些问题；根据作者的实践经验并参考了多种文献、资料编写的液压缸机械加工工艺和装配工艺，液压缸试验、使用及其维护方法，以及作者设计、审核、制造、试验、验收、使用和现场维修过的多种液压缸介绍等。

本书是对液压缸设计与制造技术和作者30多年工作经验的总结。本书按照标准、全面、准确、实用、新颖的原则，介绍了液压缸参数及其计算示例；液压缸及主要零部件的技术要求；现在液压缸设计与制造中存在的一些常见问题以及重点、难点问题，液压缸及液压缸试验方法中存在的一些问题；液压缸机械加工工艺和装配工艺，液压缸试验、使用及其维护方法，以及作者设计、审核、制造、试验、验收、安装、使用和现场维修过的多种液压缸等。
本书不但提出了问题，而且能帮助读者解决问题。其中，缸筒小壁厚计算公式的确定，双作用液压缸无杆端缓冲装置设计，针对液压缸行程终端活塞杆偏摆问题的修改设计，可调行程液压缸结构设计、精度设计、优化设计、简化设计、试验方法与精度检验以及缸体和活塞杆机械加工工艺，缸筒车加工用工艺装备设计——定心胀芯设计，液压缸密封性能检测技术等，全部为作者的专门技术，一并在本书中呈献给读者参考、使用，但不包括在各项标准中的使用。
本书可供工作涉及液压缸以及以液压缸为执行部（元）件的液压机械、设备的人员参考和使用，包括从事液压缸及液压机械、设备设计、工艺、加工、装配、试验、验收、安装、使用和现场维护、产品营销的人员以及高等院校相关专业的师生等。

第1章液压缸设计与制造技术基础
1.1液压缸的分类与结构1
1.1.1液压缸的类型及分类1
1.1.2标准液压缸的基本结构3
1.2液压缸参数及参数计算6
1.2.1液压缸参数与主参数6
1.2.2液压缸参数计算公式6
1.2.3液压缸参数计算示例11
1.3液压缸设计与制造技术要求19
1.3.1液压缸的技术要求19
1.3.2缸体（筒）的技术要求22
1.3.3活塞的技术要求28
1.3.4活塞杆的技术要求31
1.3.5缸盖的技术要求35
1.3.6缸底的技术要求37
1.3.7导向套的技术要求39
1.3.8密封装置的技术要求42
1.3.9缓冲装置的技术要求52
1.3.10放气与防松及其他装置的技术要求53
1.3.11安装和连接的技术要求54
1.3.12液压缸装配技术要求73
1.3.13液压缸运行的技术要求79
第2章液压缸设计专题
2.1液压机用液压缸设计与计算81
2.1.1液压机用液压缸的型式及用途81
2.1.2液压机用液压缸的安装和连接型式82
2.1.3主要缸零件结构型式、材料及热处理83
2.1.4受力分析与强度计算85
2.1.5液压缸的一些设计准则89
2.2液压缸设计中的若干常见问题90
2.2.1车-磨件退刀槽问题90
2.2.2缸零件的几处倒圆角问题91
2.2.3密封沟槽槽底和槽棱的圆角半径问题92
2.2.4内六角圆柱头螺钉拧入深度问题92
2.2.5活塞杆螺纹长度及其标注问题94
2.2.6缸筒膨胀量确定问题952.2.7主要缸零件表面质量经济精度问题96
2.2.8活塞杆表面铬覆盖层厚度、硬度技术要求问题97
2.2.9油口标准引用及油口螺纹问题97
2.2.10焊接坡口型式与尺寸问题99
2.3液压缸密封装置（系统）设计禁忌100
2.3.1密封沟槽设计禁忌100
2.3.2密封材料选择禁忌101
2.3.3密封工况确定禁忌101
2.3.4基于密封性能的液压缸密封设计禁忌102
2.3.5基于带载动摩擦力的液压缸密封设计禁忌103
2.3.6基于液压缸运行性能的液压缸密封设计禁忌103
2.4液压缸缸筒小壁厚计算公式的确定104
2.4.1各缸筒壁厚计算公式及其比较104
2.4.2各缸筒壁厚计算公式存在的主要问题115
2.4.3对行业标准中缸筒壁厚的计算的讨论117
2.4.4缸筒壁厚及小壁厚计算公式的确定120
2.5液压缸螺纹连接强度计算方法122
2.5.1液压缸压力工况的确定122
2.5.2螺纹连接强度计算公式123
2.5.3计算公式中各系数的选取125
2.5.4许用应力的确定126
2.5.5工程计算实例129
2.6液压缸密封工况的初步确定131
2.6.1液压缸密封规定工况132
2.6.2液压缸密封工况133
2.6.3液压缸密封额定工况的初步确定134
2.7伺服液压缸密封技术要求比较与分析及密封件选择135
2.7.1伺服液压缸密封技术要求比较与分析135
2.7.2伺服液压缸密封件选择138
2.8一种数控同步液压板料折弯机用液压缸活塞杆密封系统的问题及重新设计139
2.8.1液压缸活塞杆密封系统存在的主要问题139
2.8.2液压缸活塞杆密封系统的重新设计140
2.9闸式液压剪板机双作用液压缸无杆端缓冲装置设计142
2.9.1液压缸缓冲装置技术条件143
2.9.2双作用液压缸无杆端固定式缓冲装置的设计计算145
2.9.3三种双作用液压缸缓冲装置结构设计比较与分析149
2.9.4一种闸式液压剪板机用双作用液压缸缸回程的相关问题152
2.9.5一种闸式液压剪板机用双作用液压缸缸回程速度的工程计算155
2.10液压联合冲剪机用液压缸行程终端活塞杆偏摆问题及修改设计158
2.10.1液压缸偏摆问题原因分析 159
2.10.2缸零件几何精度要求及图样修改意见159
2.10.3主要缸零件修改图样及缸总装图样技术要求162
2.11液压上动式板料折弯机用两种结构的可调行程液压缸比较分析163
2.11.1两种结构的可调行程液压缸结构简述163
2.11.2两种结构的可调行程液压缸结构比较分析164
2.11.3两种结构的可调行程液压缸材料利用率比较分析167
2.11.4两种结构的可调行程液压缸各零件加工工艺性比较分析169
2.11.5两种结构的可调行程液压缸总体评价170
2.12一种液压上动式板料折弯机用可调行程液压缸简优化设计170
2.12.1可调行程液压缸优化设计171
2.12.2可调行程液压缸简化设计173
第3章液压缸制造专题
3.1液压缸制造中的若干常见问题176
3.1.1缸零件加工及装配中的基准问题176
3.1.2缸零件加工中的装夹问题177
3.1.3缸零件加工工序问题178
3.1.4研中心孔问题178
3.1.5滚压孔工艺质量问题179
3.1.6缸筒珩磨纹理问题180
3.1.7滚压孔和珩孔工艺选择问题181
3.1.8活塞杆镀前、镀后抛光及检验问题182
3.2液压缸缸盖静密封泄漏问题分析及其处理183
3.2.1缸盖静密封泄漏问题及分析183
3.2.2缸盖静密封泄漏问题的处理184
3.3缸筒车加工用定心胀芯的设计与使用186
3.3.1缸筒加工采用工艺装备的意义186
3.3.2定心胀芯的设计与使用187
3.3.3定心胀芯的特点189
3.4一种液压上动式板料折弯机用可调行程液压缸设计精度与加工精度分析189
3.4.1可调行程液压缸图样及其设计说明189
3.4.2可调行程液压缸设计精度与加工精度分析206
3.5一种液压上动式板料折弯机用可调行程液压缸机械加工工艺和装配工艺211
3.5.1可调行程液压缸缸零件机械加工工艺211
3.5.2可调行程液压缸装配工艺216
3.6液压上动式板料折弯机用可调行程液压缸精度检验中的若干问题218
3.6.1可调行程液压缸精度检验中的术语和定义问题218
3.6.2行程定位精度和行程重复定位精度检验问题221
第4章液压缸产品设计
4.1液压机用液压缸227
4.1.18000kN塑料制品液压机主缸227
4.1.28000kN塑料制品液压机侧缸228
4.1.3一种液压机用液压缸229
4.1.42000kN成型液压机用液压缸 229
4.1.56000kN公称拉力的液压缸 230
4.1.61.0MN平板硫化机修复用液压缸231
4.2液压剪板机、板料折弯机用液压缸232
4.2.1液压闸式剪板机用液压缸232
4.2.2液压摆式剪板机用液压缸232
4.2.3液压上动式板料折弯机用液压缸233
4.2.4数控同步液压板料折弯机用液压缸234
4.3机床和其他设备用液压缸235
4.3.1机床用拉杆式液压缸235
4.3.2一种往复运动用液压缸236
4.3.390 °回转头用制动缸237
4.3.4一种设备倾斜用液压缸237
4.3.5一种穿梭液压缸238
4.3.6二辊粉碎机用串联液压缸239
4.3.7双出杆射头升降用液压缸240
4.3.8一种增压器241
4.3.9一种设备上带防爆阀的翻转液压缸242
4.3.10汽车地毯发泡模架用摆动液压缸242
4.4工程用液压缸243
4.4.1单耳环安装的工程液压缸244
4.4.2中耳轴安装的工程液压缸244
4.4.3一种前法兰安装的工程液压缸245
4.4.4另一种前法兰安装的工程液压缸246
4.4.5后法兰安装的工程液压缸246
4.4.6带支承阀的工程液压缸247
4.5阀门、启闭机、升降机用液压缸248
4.5.1阀门开关用液压缸248
4.5.2启闭机用液压缸249
4.5.3液压剪式升降机用液压缸250
4.5.4四导轨升降机用液压缸251
4.6钢铁、煤矿、石油机械用液压缸251
4.6.1一种使用磷酸酯抗燃油的冶金设备用液压缸251
4.6.2采用铜合金支承环的冶金设备用液压缸252
4.6.3辊盘式磨煤机用液压缸253
4.6.4双向式液压缸254
4.6.5石油机械用液压缸255
4.7带位（置）移传感器的液压缸255
4.7.1带接近开关的拉杆式液压缸255
4.7.2带位移传感器的重型液压缸256
4.7.3带位移传感器的双出杆缸257
4.7.4带位移传感器的串联缸258
4.8带缓冲装置的液压缸259
4.8.1两端带缓冲装置的拉杆式液压缸259
4.8.2两端带缓冲装置的液压缸260
4.9伺服液压缸261
4.9.11000kN公称拉力的伺服液压缸261
4.9.22000kN缸输出力的双出杆伺服液压缸262
4.10高压开关操动机构用液压缸263
4.11汽车及其他车辆用液压缸263
4.11.1汽车钳盘式液压制动器上的液压缸263
4.11.2汽车用支撑液压缸264
4.11.3汽车用转向液压缸265
4.11.4带液压锁的支腿液压缸265
4.12伸缩液压缸266
4.12.1带支承阀的二级伸缩缸266
4.12.2四级伸缩缸267
第5章液压缸试验、使用及其维护
5.1液压缸试验269
5.1.1液压缸试验项目和试验方法269
5.1.2液压缸试验装置273
5.1.3液压缸试验的若干问题274
5.1.4液压缸密封性能试验295
5.2液压缸使用301
5.2.1液压缸的使用工况301
5.2.2液压缸使用的技术要求302
5.3液压缸维护303
5.3.1液压油液污染度评定与控制303
5.3.2液压缸失效模式与风险评价305
5.3.3液压缸在线监测与故障诊断306
5.3.4液压缸维修与保养311
附录
附录A液压缸设计与制造相关标准目录314
附录B缸的图形符号318
附录C公称压力系列及压力参数代号321
附录D（资料性附录）缸筒材料强度要求的小壁厚δ0的计算322
参考文献

在液压系统中，功率是通过在密闭回路内的受压液体来传递和控制的。液压缸是这类系统中的部（元）件之一，它是将液压功率转换成直线机械力和运动的装置。液压缸由一些运动的缸零件组成，即由在缸筒中运行的活塞和与活塞同轴并联为一体的活塞杆等组成。
在GB/T 17446—2012《流体传动系统及元件词汇》中没有“液压缸”、“液压油缸”或“油缸”，只有“缸”这个术语，即提供直线运动的执行元件。而执行元件是将流体能量转换成机械功的元件，所以将液压缸定义为“将流体能量转换成直线机械功的装置”为科学。
液压缸的分类是一件困难的事。到目前为止，只有在JB/T 10205—2010《液压缸》中有一个明确分类，即液压缸以工作方式划分为单作用缸和双作用缸两类。在其他标准如JB/T 2184—2007《液压元件型号编制方法》中列出了7种液压缸；在GB/T 17446—2012《流体传动系统及元件词汇》和GB/T 17446—1998《流体传动系统及元件术语》（已被代替）中定义了20多种液压缸；在GB/T 9094—2006《液压缸气缸安装尺寸和安装型式代号》中规定了64种安装型式等。
仅依据JB/T 10205—2010《液压缸》没有办法设计出一台液压缸，且忽略其中的问题不说，单就其规范性引用文件中缺少静密封件沟槽一点来说，任何一台双作用液压缸都不可能没有静密封。因此，实际设计液压缸时还必须依据（参照）若干相关标准和参考文献来进行。
与其他液压元件或装置比较，液压缸的设计、制造相对简单、容易，但要真正设计、制造出一台好的液压缸却是很难。就其工况而言，比液压阀、液压泵都难确定准；况且，液压缸经常为单件或小批量生产，其材料、热处理、设备、工艺、工艺装备、装配、检验等很难做到尽善尽美，任何一个细小的失误都可能引起一个大的事故。以液压机用液压缸为例，如果密封系统设计不合理或设计、制造中零部件几何精度没处理好而造成内、外泄漏，仅需频繁更换密封圈一项就会造成很大人力、物力上的浪费；现场曾发生过因热处理造成带凸缘的活塞杆端裂纹而引起早期疲劳断裂，液压机滑块脱落造成人身伤害事故。作者的亲身经历告诫每位设计者：设计时必须考虑周全，遵守标准，小心谨慎，落笔千斤，责任重于泰山。
现在液压缸的制造比过去更容易，表现在有符合JB/T 11718—2013《液压缸缸筒技术条件》规定的商品缸筒可以选用，但随之而来的就是前后端盖的连接和密封问题，如果处理不好，可能会造成批量废品。因此，液压缸的机械制造工艺就显得十分重要。根据液压缸生产实践经验总结设计出的加工工艺及工艺装备，对正确指导生产、保证产品质量十分必要。
液压缸的装配是需要专门技术的。因生产批量原因，液压缸装配一般不能采用完全互换法装配，经常需要采用分组选配、调整、修配法等装配工艺配合法。因此，不仅需要操作者熟知图样和装配工艺，还应熟练掌握测量技术、装配尺寸链计算、钳工技术等知识。在液压缸装配中，各密封件的装配尤为重要。就此意义上讲，一台好的液压缸不但是设计出来的，也是装配出来的。
内、外泄漏量大可能是一台液压缸质量变差的先、直观的表象，液压缸的实际使用寿命也经常由泄漏量多少来判定。因此，液压缸密封装置或密封系统的设计尤为重要。但各密封件的组合的确是一个系统工程，如果组合不好，不但不能提高使用寿命，反而会降低使用寿命，这方面作者有很多经验教训。
目前，依据本书所列任何一本参考文献（包括各版本手册）都很难完成对一台液压缸的设计、加工、装配、试验。因此，笔者给自己和同行写了这样一本全面、准确、实用且符合现行标准的关于液压缸设计与制造的书。
因个人能力和学识水平所限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正。

著者