油缸导向套与活塞杆间隙的分析计算

黄泉清 郑永强 曹银苟 陈素芳

（郑州四维矿业机械有限责任公司，河南 郑州 450000）

目前液压支架油缸的设计中，为保证密封件最佳性能，控制最大挤出间隙，通常将导向套孔定为柱径d+0.5,公差为±0.1，但在实际应用中，由于油缸一般都会承受不同程度的偏载力，当最小金属配合间隙偏小时，就可能造成导向套与活塞杆金属相接触，从而拉伤活塞杆的镀层。为了得到更合理的间隙尺寸，并给设计提供更好的理论依据，我们对导向套与活塞杆的间隙进行了详细的分析与计算。

1 计算分析依据

1.1 基本数据

表1 导向环参数

1.2 最小金属配合间隙Fmin与最大挤出间隙Fmax的存在

由于各组成之间配合间隙和各组成件自身尺寸公差的存在，可能出现活塞杆或活柱偏向一侧，导致活塞杆或活柱与导向套不同轴，这样就会有最小间隙Fmin与最大间隙Fmax的存在，如图1。

图1 导向环沟槽尺寸示意图

图中：D2——导向环槽径；D3——导向套孔径；d1——杆径；Fmin——最小配合间隙；Fmax——最大挤出间隙。

2 计算分析过程

从图1中可以看出：当S、D3最小，D2最大时，存在最小配合间隙 Fmin；当 S、d1最小，D2，D3最大时，存在最大挤出间隙Fmax。

我们由此导出

因为D2，D3，d1，S的基本尺寸相互关联，若设定d1的基本尺寸为d,D3基本尺寸为d+δ,则可以表示如表2。

表2 尺寸替代表

由此Fmin，Fmax公式可简化为

从公式中可以看出，EIs、ESD2、EIs越小越好，D3、d1 的公差越小越好，由于S的公差由供应商决定，目前保证在-0.1～+0.05范围，计算时我们将|EIs|设定为 0.1。

这样，通过调整δ值，D3、D2及d1的公差值，我们可以得到最Fmin及Fmax的最佳配置。

经过进一步的分析，我们现用液压支架油缸的杆(柱)径集中在45～480之间，导向环槽孔D2公差采用H8～H10，公差值在0.054～0.155之间。根据行业目前的机加工水平及要求，内孔公差值可以控制在0.1以内，杆径下公差值可以控制0.15以内。

我们现设定 D2上偏差值 ESD2为 0.1，EId1下偏差值为0.15，以上公式可进一步简化为：

现在，我们只需要确定δ值、D3的公差值就可以得到Fmin及Fmax的最佳配置。

目前的设计中，δ 值定为 0.5，公差为±0.1,保证了密封件最佳性能，但Fmin数值偏小，不利于保护活塞杆的镀层。见图2（Fmin3）。

图2 偏差图1

图2中：

Fmin1——δ 值设定为0.5，D2上偏差值ESD2设定为0.1，改变EID3（-0.1～0.2），Fmin曲线；Fmin2——δ 值设定为0.7，EID3设定 为 0, 改 变 ESD2（H7～H10），Fmin 曲 线 (250～310 杆 径)；Fmin3——δ值设定为0.5，EID3设定为-0.1,改变ESD2（H7～H10），Fmin 曲线(250～310 杆径)。

从图2中Fmin1可以看出，当δ值设定为0.5，EID3增加到0，Fmin才到最小值0.1，考虑到导向环的磨损，δ值应调大。

图2中Fmin2是将δ值调到0.7后，导向套内孔只要在H10公差内，Fmin一直在合理范围内。

因此，我们将 δ 值调到 0.7，EID3设定为 0.1，对 Fmax 进行检验，见图 3（Fmax2），发现 Fmax 在 0.65～0.82 范围内变化，能满足密封件性能。

图3 偏差图2

图3中，Fmax1——δ值设定为0.5，ESD2设定为0.1，EId1设定为0.15，改变ESD3（0.1～0.4），Fmax曲线；Fmax2——δ值设定为 0.7，EID3设定为 0.1,改变 ESD2（H7～H10），Fmax 曲线。 (250～310杆径)；Fmax3——δ值设定为0.7，EID3设定为0.1,改变EId1（f7～f10），Fmax 曲线。 (250～310 杆径)。

3 结论

通过以上分析，我们应对现有设计做出调整，将ESD2控制在 0.1 以内，｜EId1｜控制 0.15 以内，δ 值定为 0.7，具体调整如下：

表3 计算结果

为了更有效地保护活塞杆的镀层，我们对导向套的结构进行了改进，将导向套D2设计为台阶孔。见图4，这样既保证了最大挤出间隙Fmax，又减少了金属的接触面积，有效地保护了活塞杆的镀层。

图4 导向套沟槽尺寸示意图

[1]王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1999.

[2]广延洪、汪德涛.密封件使用手册[M].北京：机械工业出版社，1994.

[3]丁绍南.液压支架设计[M].北京：世界图书出版社，1992.