油缸導向套與活塞桿間隙的分析計算

黃泉清 鄭永強 曹銀茍 陳素芳

（鄭州四維礦業機械有限責任公司，河南 鄭州 450000）

目前液壓支架油缸的設計中，為保證密封件最佳性能，控制最大擠出間隙，通常將導向套孔定為柱徑d+0.5,公差為±0.1，但在實際應用中，由于油缸一般都會承受不同程度的偏載力，當最小金屬配合間隙偏小時，就可能造成導向套與活塞桿金屬相接觸，從而拉傷活塞桿的鍍層。為了得到更合理的間隙尺寸，并給設計提供更好的理論依據，我們對導向套與活塞桿的間隙進行了詳細的分析與計算。

1 計算分析依據

1.1 基本數據

表1 導向環參數

1.2 最小金屬配合間隙Fmin與最大擠出間隙Fmax的存在

由于各組成之間配合間隙和各組成件自身尺寸公差的存在，可能出現活塞桿或活柱偏向一側，導致活塞桿或活柱與導向套不同軸，這樣就會有最小間隙Fmin與最大間隙Fmax的存在，如圖1。

圖1 導向環溝槽尺寸示意圖

圖中：D2——導向環槽徑；D3——導向套孔徑；d1——桿徑；Fmin——最小配合間隙；Fmax——最大擠出間隙。

2 計算分析過程

從圖1中可以看出：當S、D3最小，D2最大時，存在最小配合間隙 Fmin；當 S、d1最小，D2，D3最大時，存在最大擠出間隙Fmax。

我們由此導出

因為D2，D3，d1，S的基本尺寸相互關聯，若設定d1的基本尺寸為d,D3基本尺寸為d+δ,則可以表示如表2。

表2 尺寸替代表

由此Fmin，Fmax公式可簡化為

從公式中可以看出，EIs、ESD2、EIs越小越好，D3、d1 的公差越小越好，由于S的公差由供應商決定，目前保證在-0.1～+0.05范圍，計算時我們將|EIs|設定為 0.1。

這樣，通過調整δ值，D3、D2及d1的公差值，我們可以得到最Fmin及Fmax的最佳配置。

經過進一步的分析，我們現用液壓支架油缸的桿(柱)徑集中在45～480之間，導向環槽孔D2公差采用H8～H10，公差值在0.054～0.155之間。根據行業目前的機加工水平及要求，內孔公差值可以控制在0.1以內，桿徑下公差值可以控制0.15以內。

我們現設定 D2上偏差值 ESD2為 0.1，EId1下偏差值為0.15，以上公式可進一步簡化為：

現在，我們只需要確定δ值、D3的公差值就可以得到Fmin及Fmax的最佳配置。

目前的設計中，δ 值定為 0.5，公差為±0.1,保證了密封件最佳性能，但Fmin數值偏小，不利于保護活塞桿的鍍層。見圖2（Fmin3）。

圖2 偏差圖1

圖2中：

Fmin1——δ 值設定為0.5，D2上偏差值ESD2設定為0.1，改變EID3（-0.1～0.2），Fmin曲線；Fmin2——δ 值設定為0.7，EID3設定 為 0, 改 變 ESD2（H7～H10），Fmin 曲 線 (250～310 桿 徑)；Fmin3——δ值設定為0.5，EID3設定為-0.1,改變ESD2（H7～H10），Fmin 曲線(250～310 桿徑)。

從圖2中Fmin1可以看出，當δ值設定為0.5，EID3增加到0，Fmin才到最小值0.1，考慮到導向環的磨損，δ值應調大。

圖2中Fmin2是將δ值調到0.7后，導向套內孔只要在H10公差內，Fmin一直在合理范圍內。

因此，我們將 δ 值調到 0.7，EID3設定為 0.1，對 Fmax 進行檢驗，見圖 3（Fmax2），發現 Fmax 在 0.65～0.82 范圍內變化，能滿足密封件性能。

圖3 偏差圖2

圖3中，Fmax1——δ值設定為0.5，ESD2設定為0.1，EId1設定為0.15，改變ESD3（0.1～0.4），Fmax曲線；Fmax2——δ值設定為 0.7，EID3設定為 0.1,改變 ESD2（H7～H10），Fmax 曲線。 (250～310桿徑)；Fmax3——δ值設定為0.7，EID3設定為0.1,改變EId1（f7～f10），Fmax 曲線。 (250～310 桿徑)。

3 結論

通過以上分析，我們應對現有設計做出調整，將ESD2控制在 0.1 以內，｜EId1｜控制 0.15 以內，δ 值定為 0.7，具體調整如下：

表3 計算結果

為了更有效地保護活塞桿的鍍層，我們對導向套的結構進行了改進，將導向套D2設計為臺階孔。見圖4，這樣既保證了最大擠出間隙Fmax，又減少了金屬的接觸面積，有效地保護了活塞桿的鍍層。

圖4 導向套溝槽尺寸示意圖

[1]王國法.液壓支架技術[M].北京：煤炭工業出版社，1999.

[2]廣延洪、汪德濤.密封件使用手冊[M].北京：機械工業出版社，1994.

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