液压油缸主要零件的连接计算

郭杰

（河北省地矿局第一地质大队，河北 邯郸 056001）

液压油缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用，其中工程机械、矿山机械用量非常大。液压油缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。本文主要分析液压油缸的缸筒和缸盖（及导向套）、活塞和活塞杆连接强度的计算。

缸筒和缸盖（及导向套）、活塞和活塞杆的连接一般分为螺钉连接、螺纹连接、卡键连接、钢丝连接、连体缸盖、焊接缸盖、销钉连接等形式。

1 缸筒和缸盖（及导向套）连接强度的计算

1.1 缸头、缸盖焊接强度的计算

缸头采用对焊时，它的拉应力按下式计算（图1）：

式中：P——液压缸推力，kg；

D1——缸筒外径，cm；

D——缸筒内径，cm；

η——焊接效率，一般可取η＝0.7。

缸盖采用角焊时，它的应力按下式计算（图2）：

式中：h——焊角宽度，cm；

其它符号同上式。

图1

图2

1.2 缸盖连接螺栓的强度计算（图3）

螺纹的拉应力：

螺纹剪应力：

合成应力：

式中：P——液压缸最大推力，kg；

D——液压缸内径，cm；

d0——螺纹直径，cm；

d1——螺纹内径，cm，普通螺纹d1＝d0－1.224t

t——螺距，cm；

Z——螺栓数目；

K——拧紧螺纹系数，一般取K＝1.25～1.5；

K1——螺纹内摩擦系数，一般取K1＝0.12；

［σ］——许用应力，［σ］＝σs／n，kg／cm2；

σs——螺栓材料屈服极限，kg／cm2）；

n——安全系数，一般取n＝1.2～2.5。

图3

1.3 缸盖连接螺纹强度的计算（图4）

螺纹的拉应力：

螺纹的剪切应力：

合成应力：

式中符号同缸盖连接螺栓的强度计算。

1.4 缸盖卡键连接强度的计算

（1）外卡键连接强度的计算（图5）

外卡键的剪切应力（a－a截面）：

外卡键挤压应力（a－b侧面）：

缸筒危险截面拉应力（A－A截面）：

图4

图5

式中：D1——缸筒外径，cm；

D——缸筒内径，cm；

h——卡键厚度，cm；

l——卡键宽度，cm；

其他符号同上式。

（2）内卡键连接强度的计算（图6）

图6

内卡键剪切应力（a－a截面）：

内卡键挤压应力（a－b侧面）：

缸筒危险截面拉应力（A－A截面）：

式中符号同上。

2 活塞和活塞杆连接强度的计算

（1）活塞杆卡键连接强度按下式计算（图7）

式中：τ——剪切应力，Pa；

σ——挤压应力，Pa；

p——工作油压力，Pa；

D——缸筒内径，m；

d1——活塞杆轴径直径，m；

h——卡键高度，m；

l——卡键宽度，m。

图7

（2）活塞杆螺纹连接强度按下式校核

式中：σ合——合成应力，Pa；

σ拉——拉应力，Pa；

τ——剪切应力，Pa；

d1——螺纹底径，m；

d0——螺纹外径，m；

P——活塞拉力，N；

k——螺纹连接摩擦系数，一般取0.07。

4 结语

油缸连接处的设计计算非常重要，要根据油缸的使用工作情况对油缸连接处进行计算，尤其是工况恶劣，压力中、高压时更应对连接处进行校核计算，使设计的油缸更加安全可靠。

［1］机械设计手册编委会，机械设计手册（新版 .第4卷）［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］王益群，高殿荣 .液压工程师技术手册［M］.北京：化学工业出版社，2009.