郭杰

（河北省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)，河北 邯鄲 056001）

液壓油缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。用它來實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其中工程機(jī)械、礦山機(jī)械用量非常大。液壓油缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。本文主要分析液壓油缸的缸筒和缸蓋（及導(dǎo)向套）、活塞和活塞桿連接強(qiáng)度的計(jì)算。

缸筒和缸蓋（及導(dǎo)向套）、活塞和活塞桿的連接一般分為螺釘連接、螺紋連接、卡鍵連接、鋼絲連接、連體缸蓋、焊接缸蓋、銷釘連接等形式。

1 缸筒和缸蓋（及導(dǎo)向套）連接強(qiáng)度的計(jì)算

1.1 缸頭、缸蓋焊接強(qiáng)度的計(jì)算

缸頭采用對(duì)焊時(shí)，它的拉應(yīng)力按下式計(jì)算（圖1）：

式中：P——液壓缸推力，kg；

D1——缸筒外徑，cm；

D——缸筒內(nèi)徑，cm；

η——焊接效率，一般可取η＝0.7。

缸蓋采用角焊時(shí)，它的應(yīng)力按下式計(jì)算（圖2）：

式中：h——焊角寬度，cm；

其它符號(hào)同上式。

圖1

圖2

1.2 缸蓋連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算（圖3）

螺紋的拉應(yīng)力：

螺紋剪應(yīng)力：

合成應(yīng)力：

式中：P——液壓缸最大推力，kg；

D——液壓缸內(nèi)徑，cm；

d0——螺紋直徑，cm；

d1——螺紋內(nèi)徑，cm，普通螺紋d1＝d0－1.224t

t——螺距，cm；

Z——螺栓數(shù)目；

K——擰緊螺紋系數(shù)，一般取K＝1.25～1.5；

K1——螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取K1＝0.12；

［σ］——許用應(yīng)力，［σ］＝σs／n，kg／cm2；

σs——螺栓材料屈服極限，kg／cm2）；

n——安全系數(shù)，一般取n＝1.2～2.5。

圖3

1.3 缸蓋連接螺紋強(qiáng)度的計(jì)算（圖4）

螺紋的拉應(yīng)力：

螺紋的剪切應(yīng)力：

合成應(yīng)力：

式中符號(hào)同缸蓋連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算。

1.4 缸蓋卡鍵連接強(qiáng)度的計(jì)算

（1）外卡鍵連接強(qiáng)度的計(jì)算（圖5）

外卡鍵的剪切應(yīng)力（a－a截面）：

外卡鍵擠壓應(yīng)力（a－b側(cè)面）：

缸筒危險(xiǎn)截面拉應(yīng)力（A－A截面）：

圖4

圖5

式中：D1——缸筒外徑，cm；

D——缸筒內(nèi)徑，cm；

h——卡鍵厚度，cm；

l——卡鍵寬度，cm；

其他符號(hào)同上式。

（2）內(nèi)卡鍵連接強(qiáng)度的計(jì)算（圖6）

圖6

內(nèi)卡鍵剪切應(yīng)力（a－a截面）：

內(nèi)卡鍵擠壓應(yīng)力（a－b側(cè)面）：

缸筒危險(xiǎn)截面拉應(yīng)力（A－A截面）：

式中符號(hào)同上。

2 活塞和活塞桿連接強(qiáng)度的計(jì)算

（1）活塞桿卡鍵連接強(qiáng)度按下式計(jì)算（圖7）

式中：τ——剪切應(yīng)力，Pa；

σ——擠壓應(yīng)力，Pa；

p——工作油壓力，Pa；

D——缸筒內(nèi)徑，m；

d1——活塞桿軸徑直徑，m；

h——卡鍵高度，m；

l——卡鍵寬度，m。

圖7

（2）活塞桿螺紋連接強(qiáng)度按下式校核

式中：σ合——合成應(yīng)力，Pa；

σ拉——拉應(yīng)力，Pa；

τ——剪切應(yīng)力，Pa；

d1——螺紋底徑，m；

d0——螺紋外徑，m；

P——活塞拉力，N；

k——螺紋連接摩擦系數(shù)，一般取0.07。

4 結(jié)語

油缸連接處的設(shè)計(jì)計(jì)算非常重要，要根據(jù)油缸的使用工作情況對(duì)油缸連接處進(jìn)行計(jì)算，尤其是工況惡劣，壓力中、高壓時(shí)更應(yīng)對(duì)連接處進(jìn)行校核計(jì)算，使設(shè)計(jì)的油缸更加安全可靠。

［1］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新版 .第4卷）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］王益群，高殿榮 .液壓工程師技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.