液压缸技术标准文档格式.docx
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3
GB/T2348－1993
液压气动系统及元件缸内径及活塞杆外径
4
GB/T2349－1980
液压气动系统及元件缸活塞行程系列
5
GB/T2350－1980
液压气动系统及元件―活塞杆螺纹型式和尺寸系列
6
GB/T2879－1986
液压缸活塞和活塞杆动密封沟槽型式、尺寸和公差
7
GB/T2880－1981
液压缸活塞和活塞杆窄断面动密封沟槽尺寸系列和公差
8
GB/T6577－1986
液压缸活塞用带支承环密封沟槽型式、尺寸和公差
9
GB/T6578－1986
液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差
10
JB/T10205－2000
液压缸技术条件
11
GB/T15622－1995
液压缸试验方法
12
GB/T8713－1988
液压缸和气动缸筒用精密内径无缝钢管
13
GB/T9094－1988
液压缸和气缸安装尺寸和安装型式代号
14
GB/T14036－1993
液压缸活塞杆端带关节轴承耳环安装尺寸
15
GB/T14042－1993
液压缸活塞杆端柱销式耳环安装尺寸
3
各部分常用材料及技术要求
3.1缸筒的材料和技术要求
3.1.1材料和毛坯
⑴无缝钢管
若能满足要求，可以采用无缝钢管作缸筒毛坯。
一般常用调质的45号钢。
需要焊接时，常用焊接性能较好的20－35号钢，机械粗加工后再调质。
⑵铸件
对于形状复杂的缸筒毛坯，可以采用铸件。
灰铸铁铸件常用HT200至HT350之间的几个牌号，要求较高者，可采用球墨铸铁QT450-10、QT500-7、QT600-3等。
此外还可以采用铸钢ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570等。
⑶锻件
对于特殊要求的缸筒，应采用锻钢。
3.1.2技术要求
⑴缸筒内径公差等级和表面粗糙度
缸筒与活塞一般采用基孔制的间隙配合。
活塞采用橡胶、塑料、皮革材质密封件时，缸筒内孔可采用H8、H9公差等级，与活塞组成
、
等不同的间隙配合。
缸筒内孔表面粗糙度取Ra0.40~0.10μm。
采用活塞环密封时，缸筒内孔的公差等级一般取H7，它可与活塞组成
等不同的间隙配合，内孔表面粗糙度取Ra0.40~0.20μm。
采用间隙密封，缸筒内孔的公差等级一般取H6，与活塞组成
的间隙配合，表面粗糙度取Ra0.10~0.05μm。
⑵缸筒的形位公差
缸筒内径的圆度、圆柱度误差不大于直径尺寸公差的一半，
缸筒轴线的直线度误差在500mn长度上不大于0.03mm。
缸筒端面对轴线的圆跳动在100mm的直径上不大于0.04mm。
⑶安装部位的技术要求
缸筒端面和缸盖接合面对液压缸轴线的垂直度误差，按直径每100mm不得超过0.04mm，缸筒安装缸盖的螺纹应采用2a级精度的公制螺纹，采用耳环安装方式时，耳环孔的轴线对缸筒轴线的位置度误差不大于0.03mm，垂直度误差在100mm长度上不大于0.1mm。
采用轴销式安装方法时，轴销的轴线与缸筒轴线的位置度误差不大于0.1mm，垂直度误差在100mm长度上不大于0.1mm。
⑷其他技术要求
缸筒内径端部倒角15°
～30°
，或倒R3以上的圆角；
表面粗糙度不差于Ra0.8μm，以免装配时损伤密封件；
缸筒端部需焊接时，缸筒内部的工作表面距离焊缝不得小于20mm；
热处理调质硬度一般为HB241－285；
为了防止缸筒腐蚀、提高寿命，缸筒内径可以镀铬，镀层厚度一般为0.03~0.05mm，然后进行珩磨或抛光。
缸筒外露表面可涂耐油油漆。
3.2活塞的材料和技术要求
3.2.1活塞的材料
无导向环（支承环）的活塞选用高强度铸铁HT200~300，有导向环（支承环）的活塞选用碳素钢20号、35号及45号。
3.2.2活塞的技术要求
采用无密封件的间隙密封式活塞常取为f6；
采用活塞环密封时常取为f6或f7；
采用橡胶、塑料密封件时，常取为f7、f8及f9；
与活塞杆配合的活塞内孔公差等级一般取为H7；
活塞外圆的表面粗糙度要不差于Ra0.32μm，内孔的表面粗糙度要不差于Ra0.8μm。
活塞外径、内孔的圆度，圆柱度误差不大于尺寸公差的1/2。
活塞外径对内孔及密封沟槽的同轴度允差不大于0.02mm。
端面对轴线的垂直度允差不大于0.04/100。
3.3活塞杆材料和技术要求
3.3.1常用材料
活塞杆一般用优质碳素结构钢制成。
对于有腐蚀性气体场合采用不锈钢制造。
活塞杆一般用棒料，现在大部采用冷拉棒材。
为了提高硬度、耐磨性和耐腐蚀性，活塞杆的材料通常要求表面淬火处理，淬火深度为0.5～1mm，硬度通常为HRC50～60，然后表面再镀硬铬，镀层厚度为0.03～0.05mm。
表1活塞杆常用材料性能
材料
机械性能
热处理
表面处理
类别
牌号
抗拉强度
σb（MPa）
屈服强度σs（MPa）
延伸率
（%）
碳素钢
35
520
320
调质
镀铬
45
600
340
调质或加高频淬火
55
640
380
铬钼钢
35CrMo
1000
850
不锈钢
Cr18Ni9
500
200
淬火
3.3.2技术要求
⑴活塞杆外径尺寸公差多为f8，也有采用f7、f9的。
⑵直线度≤0.02／100mm。
⑶圆度等几何精度误差一般不大于外径公差的一半。
⑷与活塞内孔配合的轴颈与外圆的同轴度允差不能大于0.01~0.02mm；
安装活塞的轴肩与活塞杆轴线的垂直度允差不大于0.04/100mm。
⑸活塞杆端部的卡键槽、螺纹及缓冲柱塞与杆径同轴度允差不大于0.01～0.02mm。
缓冲柱塞最好采用活塞杆本身的端头部。
⑹表面粗糙度一般为Ra0.16～0.63μm，精度要求高时，取为Ra≤0.l～0.2μm。
3.4端盖的材料和技术要求
缸盖与缸底常用45号钢锻造或铸造毛坯。
需要焊接结构的，采用焊接性能较好的35号钢。
中低压缸可用HT200、HT250、HT300等灰口铸铁材料。
缸盖内孔一般尺寸公差采用H7、H8的精度等级、表面粗糙度通常取为Ra1.6～3.2μm。
缸盖内孔与凸缘止口外径的圆度、圆柱度误差不大于直径尺寸公差的一半。
内孔和凸缘止口的同轴度允差不大于0.03mm，相关端面对内孔轴线的圆跳动在直径100mm上不大于0.04mm。
第六章
液压基本回路
主要内容：
一、一、
速度控制回路
（一）
（一）
调速回路：
油缸：
v=q/A液压马达:
n=q/Vm
1.节流调速回路；
2.容积调速回路；
3.容积节流调速回路
（二）
（二）
速度换接回路
（三）（三）
快速回路
二、二、
压力控制回路
调压回路
减压回路
卸荷回路
（四）（四）
保压回路
（五）（五）
增压回路
…
三、三、
方向控制回路
换向回路
锁紧回路
四、四、
多缸动作控制回路
顺序动作回路
同步动作回路
防干扰回路
第一节速度控制回路
速度控制回路是研究液压系统的速度调节和变换问题，常用的速度控制回路有调速回路、快速回路、速度换接回路等，本节中分别对上述三种回路进行介绍。
一、调速回路
调速回路的基本原理从液压马达的工作原理可知，液压马达的转速nM由输入流量和液压马达的排量Vm决定，即nM=q/Vm，液压缸的运动速度v由输入流量和液压缸的有效作用面积A决定，即v=q/A。
通过上面的关系可以知道，要想调节液压马达的转速nM或液压缸的运动速度v，可通过改变输入流量q、改变液压马达的排量Vm和改变缸的有效作用面积A等方法来实现。
由于液压缸的有效面积A是定值，只有改变流量q的大小来调速，而改变输入流量q，可以通过采用流量阀或变量泵来实现，改变液压马达的排量Vm，可通过采用变量液压马达来实现，因此，调速回路主要有以下三种方式：
1）节流调速回路：
由定量泵供油，用流量阀调节进入或流出执行机构的流量来实现调速；
2）容积调速回路：
用调节变量泵或变量马达的排量来调速；
3）容积节流调速回路：
用限压变量泵供油，由流量阀调节进入执行机构的流量，并使变量泵的流量与调节阀的调节流量相适应来实现调速。
此外还可采用几个定量泵并联，按不同速度需要，启动一个泵或几个泵供油实现分级调速。
1、节流调速回路
图7—1
节流调速原理。
节流调速回路是通过调节流量阀的通流截面积大小来改变进行执行机构的流量，从而实现运动速度的调节。
如图7—1所示，如果调节回路里只有节流阀，则液压泵输出的油液全部经节流阀流进液压缸。
改变节流阀节流口的大小，只能改变油液流经节流阀速度的大小，而总的流量不会改变，在这种情况下节流阀不能起调节流量的作用，液压缸的速度不会改变。
1）进油节流调速回路
进油调速回路是将节流阀装在执行机构的进油路上，起调速原理如图7-2（a）所示.
图7—2（a）进油节流调速回路
A.A.
回路的特点
因为是定量泵供油，流量恒定，溢流阀调定压力为pt，泵的供油压力p0，进入液压缸的流量q1由节流阀的调节开口面积a确定,压力作用在活塞A1上，克服负载F，推动活塞以速度v=q1/A1向右运动。
因为定量泵供油，q1小于qB，所以p0=溢流阀调定供油压力pt=const
活塞受力平衡方程：
p1A1=F+p2A2
进入油缸的流量
q1=Ka▽pm
▽p=pb-F/A1
q1=Ka（pb-F/A1）m
B.B.
进油节流调速回路的速度-负载特性方程为
（7-1）
式中：
k为与节流口形式、液流状态、油液性质等有关的节流阀的系数；
a为节流口的通流面积；
m为节流阀口指数（薄壁小孔，m=0.5）。
由式（7-1）可知，当F
增大,a一定时，速度v减小。
C.进油节流调速回路的速度-负载特性曲线
图7-2（c）速度负载特性
D.进油节流调速回路的优点是：
液压缸回油腔和回油管中压力较低，当采用单杆活塞杆液压缸，使油液进入无杆腔中，其有效工作面积较大，可以得到较大的推力和较低的运动速度，这种回路多用于要求冲击小、负载变动小的液压系统中。
E.回路效率
η=FV/qBp0
qBp0=p0q1+p0qY
=p1q1+▽pq1+p0qY如图：
p1q1=FV有用功率
▽pq1节流损失
pbqY——溢流损失
所以在20%左右
2）２）
回油节流调速回路：
回油节流调速回路将节流阀安装在液压缸的回油路上，其调速原理如图7-2（b）所示。
图7-2（b）回油节
A.回路的特点
因为是定量泵供油，流量恒定，溢流阀调定压力为pt，泵的供油压力p0，进入液压缸的流量q1，液压缸输出的流量q2，q2由节流阀的调节开口面积a确定,压力p1作用在活塞A1上，压力p２作用在活塞A２上，推动活塞以速度v=q1/A1向右运动，克服负载F做功。
因ｖ＝q１／A１＝q２／A２
q1＝q２A１／A２
q1小于qB，所以p0=溢流阀调定供油压力pt=const＝p1
p2=（p1A1–F）/A2
F=0时p2=p1A1/A2＞p1
q２=Ka▽pm
▽p＝p２=（p1A1－F）/A２
q２=Ka[（p1A1－F）/A２]m
B.回油节流调速回路的速度-负载特性方程为：
（7—2）
由式（7-1）可知，当F增大,a一定时，速度v减小。
C.C.
回油节流调速回路的速度-负载特性曲线如图7—2c
D.D.
回油节流调速回路的优点：
节流阀在回油路上可以产生背压，相对进油调速而言，运动比较平稳，常用于负载变化较大，要求运动平稳的液压系统中。
而且在a一定时，速度v随负载F增加而减小。
E.回路效率
η=FV/qBpb
qBpb=pbq1+pbqY
=q1（Ｆ＋A２p２）／Ａ１+▽pq1+pbqY
＝ｖＦ＋ｑ２ｐ２＋ｐｂｑｙ 如图：
ｑ２ｐ２
＝▽pq２_______节流损失
所以在20%左右
如图7—2（a）、（b）所示，将节流阀串联在回路中，节流阀和溢流阀相当于并联的两个液阻，定量泵输出的流量qB不变，经节流阀流入液压缸的流量q1和经溢流阀流回油箱的流量
q的大小，由节流阀和溢流阀液阻的相对大小决定。
节流阀通过改变节流口的通流截面，可以在较大范围内改变其液阻，从而改变进入液压缸的流量，调节液压缸的速度。
3）３）
旁路节流调速回路
这种回路由定量泵、安全阀、液压缸和节流阀组成，节流阀安装在与液压缸并联的旁油路上，其调速原理如图7-3所示。
图7—3旁路节流调速回路
定油泵输出的流量qB，一部分（q1）进入液压缸，一部分（q2）通过节流阀流回油箱。
溢流阀在这里起安全作用，回路正常工作时，溢流阀不打开，当供油压力超过正常工作压力时，溢流阀才打开，以防过载。
溢流阀的调节压力应大于回路正常工作压力，在这种回路中，缸的进油压力p1等于泵的供油压力pB，溢流阀的调节压力一般为缸克服最大负载所需的工作压力的p1max1.1~1.3倍.
4）采用调速阀的节流调速回路前面介绍的三种基本回路其速度的稳定性均随负载的变化而变化，对于一些负载变化较大，对速度稳定性要求较高的液压系统，可采用调速阀来改善起速度-负载特性。
图7—4调速阀进油节流调速回路
采用调速阀也可按其安装位置不同，分为进油节流、回油节流、旁路节流三种基本调速回路。
图7-4为调速阀进油调速回路。
图7-4（a）为回路简图，图7-4（b）为其速度—负载特性曲线图。
其工作原理与采用节流的进油节流阀调速回路相似。
在这里当负载F变化而使p1变化时，由于调速阀中的定差输出减压阀的调节作用，使调速阀中的节流阀的前后压差Δp保持不变，从而使流经调速阀的流量q1不变，所以活塞的运动速度v也不变。
其速度—负载特性曲线如图7-4（b）所示。
由于泄漏的影响，实际上随负载F的增加，速度v有所减小。
在此回路中，调速阀上的压差Δp包括两部分：
节流口的压差和定差输出减压口上的压差。
所以调速阀的调节压差比采用节流阀时要大，一般Δp≥5×
105Pa，高压调速阀则达10×
105Pa。
这样泵的供油压力pB相应地比采用节流阀时也要调得高些，故其功率损失也要大些。
这种回路其他调速性能的分析方法与采用节流阀时基本相同。
综上所述，采用调速阀的节流调速回路的低速稳定性、回路刚度、调速范围等，要比采用节流阀的节流调速回路都好，所以它在机床液压系统中获得广泛的应用。
2.容积调速回路
容积调速回路是通过改变回路中液压泵或液压马达的排量来实现调速的。
其主要优点是功率损失小（没有溢流损失和节流损失）且其工作压力随负载变化，所以效率高、油的温度低，适用于高速、大功率系统。
按油路循环方式不同，容积调速回路有开式回路和闭式回路两种。
开式回路中泵从油箱吸油，执行机构的回油直接回到油箱，油箱容积大，油液能得到较充分冷却，但空气和脏物易进入回路。
闭式回路中，液压泵将油输出进入执行机构的进油腔，又从执行机构的回油腔吸油。
闭式回路结构紧凑，只需很小的补油箱，但冷却条件差。
为了补偿工作中油液的泄漏，一般设补油泵，补油泵的流量为主泵流量的10%～15%。
压力调节为3×
105～10×
容积调速回路通常有三种基本形式：
变量泵和定量液动机的容积调速回路；
定量泵和变量马达的容积调速回路；
变量泵和变量马达的容积调速回路。
（1）变量泵和定量液动机的容积调速回路。
这种调速回路可由变量泵与液压缸或变量泵与定量液压马达组成。
其回路原理图如图7-5所示，图7-5（a）为变量泵与液压缸所组成的开式容积调速回路；
图7-5（b）为变量泵与定量液压马达组成的闭式容积调速回路。
图7-5变量泵定量液动机容积调速回路
（a）开式回路（b）闭式回路（c）闭式回路的特性曲线
其工作原理是：
图7-5（a）中活塞5的运动速度v由变量泵1调节，2为安全阀，4为换向阀，6为背压阀。
图7-5（b）所示为采用变量泵3来调节液压马达5的转速，安全阀4用以防止过载，低压辅助泵1用以补油，其补油压力由低压溢流阀6来调节。
其主要工作特性：
1①
速度特性：
当不考虑回路的容积效率时，执行机构的速度nm或（Vm）与变量泵的排量VB的关系为：
nm=nBVB/Vm或vm=nBVB/A（7-5）
上式表明：
因马达的排量Vm和缸的有效工作面积A是不变的，当变量泵的转速nB不变，则马达的转速nm（或活塞的运动速度）与变量泵的排量成正比，是一条通过坐标原点的直线，如图7-5（c）中虚线所示。
实际上回路的泄漏是不可避免的，在一定负载下，需要一定流量才能启动和带动负载。
所以其实际的nm（或Vm）与VB的关系如实线所示。
这种回路在低速下承载能力差，速度不稳定。
②转矩特性、功率特性：
当不考虑回路的损失时，液压马达的输出转矩Tm（或缸的输出推力F）为Tm=VmΔp/2π或F=A（pB-p0）。
它表明当泵的输出压力pB和吸油路（也即马达或缸的排油）压力p0不变，马达的输出转矩Tm或缸的输出推力F理论上是恒定的，与变量泵的VB无关。
但实际上由于泄漏和机械摩擦等的影响，也存在一个“死区”，如图7-5（c）所示。
此回路中执行机构的输出功率：
Pm=（pB-p0）qB=（pB-p0）nBvB或Pm=nmTm=VBnBTm/Vm（7-6）
式（7-6）表明：
马达或缸的输出功率Pm随变量泵的排量VB的增减而线性地增减。
其理论与实际的功率特性亦见图7-6（c）。
③调速范围：
这种回路的调速范围，主要决定于变量泵的变量范围，其次是受回路的泄漏和负载的影响。
采用变量叶片泵可达10，变量柱塞泵可达20。
综上所述，变量泵和定量液动机所组成的容积调速回路为恒转矩输出，可正反向实现无级调速，调速范围较大。
适用于调速范围较大，要求恒扭矩输出的场合，如大型机床的主运动或进给系统中。
（2）定量泵和变量马达容积调速回路。
定量泵与变量马达容积调速回路如图7-6所示。
图7-6（a）为开式回路：
由定量泵1、变量马达2、安全阀3、换向阀4组成；
图7-6（b）为闭式回路：
1、2为定量泵和变量马达，3为安全阀，4为低压溢流阀，5为补油泵。
此回路是由调节变量马达的排量Vm来实现调速。
①速度特性：
在不考虑回路泄漏时，液压马达的转速nm为：
nm=qB/Vm
式中qB为定量泵的输出流量。
可见变量马达的转速nm与其排量Vm成正比，当排量Vm最小时，马达的转速nm最高。
其理论与实际的特性曲线如图7-6（c）中虚、实线所示。
由上述分析和调速特性可知：
此种用调节变量马达的排量的调速回路，如果用变量马达来换向，在换向的瞬间要经过“高转速—零转速—反向高转速”的突变过程，所以，不宜用变量马达来实现平稳换向。
②转矩与功率特性：
液压马达的输出转矩：
Tm=Vm（pB-p0）/2π
液压马达的输出功率：
Pm=nmTm=qB（pB-p0）
马达的输出转矩Tm与其排量Vm成正比；
而马达的输出功率Pm与其排量Vm无关，若进油压力pB与回油压力p0不变时，Pm=C，故此种回路属恒功率调速。
其转矩特性和功率特性见图7-6（c）所示。
图7-6定量泵变量马达容积调速回路
（a）开式回路（b）闭式回路（c）工作特性
综上所述，定量泵变量马达容积调速回路，由于不能用改变马达的排量来实现平稳换向，调速范围比较小（一般为3～4），因而较少单独应用。
（3）变量泵和变量马达的容积调速回路。
这种调速回路是上述两种调速回路的组合，其调速特性也具有两者之特点。
图7-7所示为其工作原理与调速特性，由双向变量泵2和双向变量马达9等组成闭式容积调速回路。
该回路的工作原理：
调节变量泵2的排量VB和变量马达9的排量Vm，都可调节马达的转速nm；
补油泵1通过单向阀3和4向低压腔补油，其补油压力由溢流阀10来调节；
安全阀5和6分别用以防止正反两个方向的高压过载。
液控换向阀7和溢流阀8用于改善回路工作性能，当高、低压油路压差（pB-p0）大于一定值时，液动滑阀7处于上位或下位，使低压油路与溢流阀8接通，部分低压热油经7、8流回油箱。
因此溢流阀8的调节压力应比溢流阀10的调节压力低些。
为合理地利用变量泵和变量马达调速中各自的优点，克服其缺点，在实际应用时，一般采用分段调速的方法。
图7-7变量泵变量马达的容积调速回路
（a）工作原理（b）调速特性
第一阶段将变量马达的排量Vm调到最大值并使之恒定，然后调节变量泵的排量VB从
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