液压系统设计中液压缸配合公差选择的理论依据

　　液压传动在国民经济的各部门中都得到了广泛的应用,是因为液压传动具有许多独特的优点:例如,工程机械、压力机械采用液压传动是取其结构简单,输出力大;航空工业采用液压传动是取其重量轻、体积小;机床上采用液压传动是取其在工作过程中能无极变速,易于实现自动控制,能实现换向频繁的往复运动等优点。

　　1 影响液压缸配合公差的主要因素

　　在液压系统设计中,液压缸设计是必不可少的一环。其中,液压缸缸筒与活塞之间配合公差的选择很重要,会直接影响液压缸工作的总效率。

　　液压缸工作的总效率是其容积效率v和机械效率m的乘积,即=vm。

　　其中,容积效率v是考虑因泄漏对液压缸效率的影响;机械效率m是考虑因液压缸工作时工作部件的摩擦功率损耗。

　　由于液压缸工作时,液压缸缸筒与活塞之间既相对运动,又需要相对密封,这样两者之间采取的配合只能使间隙配合,这种配合关系决定了泄漏不可避免。从减少泄漏的观点来看,减少两者之间的间隙有利于提高液压缸工作的容积效率v,但减小间隙的同时就会增大活塞与缸筒内孔壁间的摩擦阻力,随之摩擦功率损耗则有所提高,机械效率m下降,液压缸工作的总效率并不是随着间隙的减小而提高。由此可以看出,在选择液压缸的配合公差时,如何处理好这一对矛盾是解决问题的关键。

　　2 确定液压缸配合公差的理论依据

　　通过以上分析,可知在选择液压缸的配合公差时,必然存在一个最佳间隙,使得液压缸工作时总的功率损耗最小,效率最高。选择配合公差的关键在于确定最佳间隙。

　　如图1所示为一液压缸缸筒与活塞同心且存在有间隙h,p1>p2,Rmh。假设缸筒不动,活塞以速度u0从左向右运动,根据牛顿的液体内摩擦定律:

　　式中Lu--比例常数,称为黏性系数或黏度

　　du/dy--速度梯度,即液层相对速度对液层距离的变化率

　　由于摩擦阻力总是与压差流动方向相反,所以在计算功率损失时Ff应取负号。

　　则由摩擦力引起的功率损失Pf为:

　　这是从能量损失的观点出发,理论上推得的最佳间隙值,其平均泄漏量

　　但是,在确定液压缸的配合公差时,除了要保证最佳间隙,还要考虑液压缸工作时缸筒和活塞因热胀冷缩引起的间隙大小的变化。当温度升高时,对于缸筒和活塞两种线胀系数分别为A1和A2的材料,若A1>A2则间隙会增大,反之则会减小。

　　另外,缸筒内壁的表面粗糙度值对活塞和密封元件寿命有较大的影响。粗糙度较小的光洁表面,摩擦阻力小,不易出现爬行现象,同时降低了功耗。所以,缸筒内壁的表面粗糙度值要求较高,一般不低于0.2。