CN1088806C - 具有用于连接缸衬套的封闭件的可旋紧的用压力介质操纵的工作缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可旋紧的用压力介质操纵的有一些用于连接缸衬套的封闭件的工作缸。本发明的目的是发展一种可旋紧的用压力介质工作的工作缸，它能在高压领域即使在一种腐蚀性的环境中也能可靠密封地工作，并能经济地生产，以及通过主要采用无切屑加工技术可方便地制造和具有由此带来的优点。按本发明为达到此目的采取的措施是，密封通过压合相互形状一致的弹性导引封闭件密封面(10)、底部封闭件密封面(11)、缸衬套密封面(12)和内衬套密封面(22)实现，它们制在参与旋紧的零件上，即导引封闭件(2)、底部封闭件(3)和缸衬套(4)，它们在密封面(10；11；12；22)附近的区域内通过滚压螺纹和在压紧部分上的密封倒角无切屑成形，密封倒角最好有在6°至12°之间的斜度，其中零件上在弹性范围内的压力应大到使由于工作压力引起的轴向和径向位移在弹性范围内进行，在这种情况下，建立工作关系的密封面(10；11；12；22)的材料的弹性模量，在温度为0°至200℃范围内时，其值在60至250×10³N/mm³±10%范围内，以及，极限负荷由所使用材料具体的屈服极限确定在200N/mm²至1050N/mm²之间。

Description

具有用于连接缸衬套的封闭件的可旋紧的用压力介质操纵的工作缸

本发明涉及一种具有用于连接缸衬套的封闭件的可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，它可使用在能量传输领域内借助于流动介质(液体、气体)作为压力介质用于机械的移动运动，它尤其适用于中等腐蚀的高压领域。

由DE OS 19215 43已知可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，尤其是液压式差动活塞或柱塞，它的装有至少一个活塞的缸衬套设有位于底部或头部的封闭件，封闭件旋紧在缸衬套的外螺纹上并通过在内螺纹上的密封环可靠密封地封闭。

此外已知按EP 060 17 36 A1的可旋紧的工作缸，在那里安装封闭件用的螺纹制在缸衬套的内表面上，以及密封借助于密封件实现。

与此同时也将可旋紧的工作缸设计为有缸衬套内螺纹或缸衬套外螺纹，它们的密封通过弹性密封装置实现，密封装置布置在缸衬套的环形端面内，或也可以如在DE 35 17 137 A1中所表示的那样作为导引封闭件的端面密封装置。

所有已知的可旋紧的工作缸都是通过置入弹性密封件来满足缸衬套密封要求的。

在这些方案中的缺点是在高压领域易出故障，以及结构复杂并因而需要昂贵的切削加工。

按螺旋结构的用压力介质工作的线性马达要求高水平的加工技术，因此生产成本很高。尽管如此尤其在腐蚀性居中的高压领域它们只能有限地采用。若工作缸的零件加镀层以抵抗腐蚀性介质，则它们在高压介质作用下也容易损坏，而且为制造此复合体需要附加的费用。

已知的这些技术方案为制造工作缸的各个零件需要技术水平高的人员，所以提高了已知技术方案的生产成本。

所建议的方案区别于这种有限的使用范围，它没有这些缺点。

本发明的目的是发展一种可旋紧的用压力介质工作的工作缸，它能在高压领域即使在一种腐蚀性的环境中也能可靠密封地工作，并能经济地生产，以及通过主要采用无切屑的加工技术可方便地制造和具有由此带来的优点。

按本发明，为实现此目的提供了这样一种可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，它有一个能够接纳一个活塞的缸衬套、一个导引封闭件和一个底部封闭件，封闭件用于连接缸衬套，其特征为：在所述封闭件内和所述缸衬套的每一端部上设有设计成密封倒角的各自的密封面，每个密封面有在6°至12°之间的斜度，并且，在所述封闭件内和所述衬缸套的上述端部上靠近所述各自的密封面的位置设有各自的螺纹；在所述密封件内和所述缸衬套上的包括所述各自的密封面的部位由具有以下物理参数的材料制成：在温度为0℃至200℃的范围内，弹性模量在60至250×10³N/mm²±10范围内，以及，极限负荷由所使用的材料的具体的屈服极限确定在200N/mm²至1050N/mm²之间；以及，当封闭件借助于所述螺纹拧在所述缸衬套的端部时，所述密封件的密封面和所述缸衬套的端部上的密封面相互压紧相互作用，以防止流体在所述封闭件和所述缸衬套之间泄漏。

本发明的优点在于，工作缸在高压领域不容易发生故障。它的制造不那么复杂以及不需要昂贵的切削加工。

此外，此工作缸可在腐蚀性介质中使用，在恰当选择材料的情况下不需要为获得防腐蚀性能而为工作缸加镀层。采用将工作缸设计为螺旋压紧连接构件的结构，取消了昂贵的焊接，并可以没有困难地更换已磨损的构件。通过特殊的无切屑式加工密封面，使密封面上允许有高的面压力。构件的加工和装配简便，这些工作可由未经专业培训的非熟练人员完成。

下面借助于附图通过实施例说明本发明，附图中：

图1为通过可旋紧的用压力介质工作的工作缸的一个剖面，其中工作缸具有外螺纹和在外衬套端面处的密封面的缸衬套，

图2为图1所示密封位置“X”的局部，

图3为具有外螺纹和在外衬套端面处的密封面的缸衬套局部剖视图，

图4为具有内螺纹和在内衬套端面处带衬垫的密封面的缸衬套的局部剖视图，

图5为具有内螺纹和在外衬套端面处的密封面的缸衬套的局部剖视图，

图6为具有外螺纹和在内衬套端面处的密封面的缸衬套局部剖视图，

图7为具有外螺纹和在外衬套端面处的密封面的缸衬套局部剖视图。

图1表示具有外螺纹和在外衬套端面处的密封面的缸衬套，图中表示一个可旋紧的用压力介质工作的工作缸1，它由导引封闭件2、底部封闭件3、缸衬套4和有活塞杆6的差动活塞5组成。为了活塞杆6的密封设有一刮油密封装置7和导引密封装置8。

螺纹对9的密封通过导引封闭件密封面10或底部封闭件密封面11与设计成倒角状的缸衬套密封面12高的轴向金属挤压力实现，挤压力来自于将导引封闭件2和底部封闭件3与缸衬套4旋紧，其中螺纹对9由缸衬套4的外螺纹9.1和导引封闭件2的内螺纹9.2组成。

可旋紧的用压力介质工作的工作缸1按已知的方式通过工作缸压力接头13和工作缸排放接头14投入运行。

图2详细表示了图1的密封部位“X”局部，其中为导引封闭件2配设有空隙15、空隙16、导引封闭件密封面10、螺纹自由空间17，以及缸衬套4由缸衬套密封面12和端部环面18组成，其中导引封闭件2通过导引封闭件密封面10和螺纹对9与缸衬套4在工作上连接起来。活塞杆6表示为已安装好在此***中作为功能构件。

为了在工作状态获得足够的密封，挤压力要保持得如此大，使导引封闭件密封面10、底部封闭件密封面11(未表示，见图1)和缸衬套密封面12能跟随材料晶格联结中的轴向和径向滑移，不会从底部封闭件密封面11和缸衬套密封面12抬离。

为了在要拧紧的零件上产生需要的紧度，设一空隙15。在这种情况下缸衬套4的端部环面18可伸入空隙16内，后者同时还适用于存放低粘度的胶粘剂19；与此同时，螺纹对9的螺纹自由空间17也可填入这种低粘度的胶粘剂19。

螺纹对9、导引封闭件密封面10、底部封闭件密封面11(未表示，见图1)以及缸密封面12按无切屑成形法制造，因此允许在底部封闭件密封面11和缸衬套密封面12上有高的面压力。

图3表示缸衬套4通过可更换的衬垫20和螺纹对9与导引封闭件2的工作连接，其中在需要时可在螺纹自由空间17内加入低粘度的胶粘剂19。

图4表示具有内螺纹21和内衬套密封面22的缸衬套4。

图5表示具有内螺纹21和缸衬套密封面12的缸衬套4。

图6表示具有外螺纹9.1和内衬套密封面22的缸衬套4。

图7表示具有外螺纹9.1和缸衬套密封面12的缸衬套4，其中为外螺纹9.1配设一切槽23。

此方案的基础是工作缸1的导引封闭件2和底部封闭件3与缸衬套4旋紧，缸衬套在端部有倒角，它们作为缸衬套密封面12压靠在导引封闭件2和底部封闭件3内的例如一致的导引封闭件密封面10和底部封闭件密封面11上，在这种情况下沿轴向同心地作用在参与旋紧的构件上的压紧力如此之大，使在工作状态下由于工作缸内部的内压的作用引起的压力减小，仍能继续保证互相压紧的材料的弹性范围。

不允许背离这一弹性范围，为的是获得保证可靠密封地封闭的剩余压紧力。

参与压紧的零件用铁合金制造，它的金属成分必需根据具体的使用要求。

如图4至7所示原则上有四种可能的实施方案。

这些方案的每一种都可以例如将在导引封闭件2和底部封闭件3内一致的导引封闭件密封面10设计为可更换的衬垫20，所以实施类型增加了这些可能性的数量。这些实施方案各有特殊的优点，这取决于要考虑的具体情况。

这样一种将工作缸1设计为螺纹压紧连接构件的结构，使昂贵的焊接成为多余，并在适当选择材料时也可没有困难地采用其他的压力介质。

此外，在压紧件的重要部分采用无切屑加工方法防止产生有害的缺口应力集中。

在这一方面业已证明在冷变形时产生的材料机械性能的改变是有利的，因为在这种情况下出现的晶***移导致增加强度和减小应变。

在本方案中这一因加工带来的效果有利于促使减少材料的消耗。提高导引封闭件密封面10、底部封闭件密封面11、缸衬套密封面12和内衬套密封面22附近区域的强度，允许有更高的面压力，因此这些密封面沿径向的尺寸可以减小。

此方案与零件加工方法的关系取决于在工作状态下力的作用。

因此，在导引封闭件密封面10、底部封闭件密封面11、缸衬套密封面12和内衬套密封面22上的正应力必须大，但在这些密封面附近区域内的应变必须小，以便在此密封区内互相滑动的零件的轴向和径向位移减到最小程度。

参与压紧的零件的无切屑成形，至少在这些密封面10；11；12和22附近区域内通过在压紧部分上挤压螺纹和密封倒角，产生的效果是使如此成形的零件在密封面附近区域内它的材料的结构因晶格位移应变小于毗邻这些压紧部分的普通的晶体结构，后者没有经受无切屑成形。

其结果是，总的所期望的应变在所使用材料的弹性范围内，但强度特征值对这里所公开的密封方法起有利的作用。

在密封面内表示为压缩应变的形状变化的影响可借助于计算公式

按已知的方法确定。

式中：F_p＝由于旋紧在密封面上的作用力l_o＝参与压紧的零件总长度E＝弹性模量A＝倾斜8°的压紧环面(位置10；11；12；20；22)＝沿作用力方向的形状改变系数

在滚压时仍留在导引封闭件密封面10、底部封闭件密封面11、缸衬套密封面12和内衬套密封面22内的微轮廓形状，当受到比互相贴靠的密封面10；11；12；22的压紧力更大的压力作用而在此轮廓形状处形成密封剂泄漏时会危及此密封。因此通过旋紧在导引封闭件密封面10、底部封闭件密封面11、缸衬套密封面12和内衬套密封面22上作用的力必须满足下列计算公式：

F_p≥〔D_k+2(s-2)²×0.785〕p_B×υ其中：p_B＝工作缸内的工作压力D_k＝工作缸的活塞直径s＝缸衬套的壁厚υ＝安全系数

在弹性范围内的相应的关系便可由下式给出： $\frac{(e+1)\×E\×A}{l_o}>[D_k+2{(s-2)}^2\×0.785]p_B\×\mathrm{\υ}$

为防止旋紧的零件松动，所有的实施方案都可以在螺纹自由空间17和用于容纳轴向进入的缸衬套4的空隙15内部填有低粘度的胶粘剂19。

为了保证牢固和可靠密封地旋紧，用于容纳缸衬套4的空隙16应有足够的纵向裕度。

无切屑加工密封面满足下列条件：

R_Z≤0.4μm

适用于无密封装置连接的材料的弹性模量，当温度在0°至200°范围内时，其值在60至250×10³N/mm²±10％范围内。

极限负荷在这里由所使用材料的屈服极限决定，在本方案的情况下在200N/mm²至1050N/mm²之间，这取决于所使用材料的质量。

务必将负荷保持在此极限值以内，以保证遵守此方案的原则。

在这里适用下式： $\frac{-\mathrm{\ϵ}\×E}{l}\≤{\mathrm{\υ}}_{0.2}$ 式中：-ε＝负应变E＝弹性模量l＝压缩应变的长度

               符号表1    可旋紧的用压力介质操纵的工作缸2    导引封闭件3    底部封闭件4    缸衬套5    差动活塞6    活塞杆7    刮油密封装置8    导引密封装置9    螺纹对9.1  螺纹9.2  内螺纹10   导引封闭件密封面11   底部封闭件密封面12   衬套密封面13   工作缸压力接头14   工作缸排放接头15   空隙16   空隙17   螺纹自由空间18   端部环面19   低粘度胶粘剂20   可更换的衬垫21   在内部的螺纹22   内衬套密封面23   切槽

Claims (6)

1.可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，它有一个能够接纳一个活塞(5)的缸衬套(4)、一个导引封闭件(2)和一个底部封闭件(3)，封闭件用于连接缸衬套，其特征为：

在所述封闭件(2；3)内和所述缸衬套(4)的每一端部上设有设计成密封倒角的各自的密封面(10；11；12；22)，每个密封面有在6°至12°之间的斜度，并且，在所述封闭件(2；3)内和所述衬缸套(4)的上述端部上靠近所述各自的密封面的位置设有各自的螺纹(9；9.1；9.2)；

在所述密封件(2；3)内和所述缸衬套(4)上的包括所述各自的密封面的部位由具有以下物理参数的材料制成：在温度为0℃至200℃的范围内，弹性模量在60至250×10³N/mm²±10范围内，以及，极限负荷由所使用的材料的具体的屈服极限确定在200N/mm²至1050N/mm²之间；以及

当封闭件(2；3)借助于所述螺纹(9；9.1；9.2)拧在所述缸衬套(4)的端部时，所述密封件(2；3)的密封面和所述缸衬套的端部上的密封面相互压紧相互作用，以防止流体在所述封闭件(2；3)和所述缸衬套(4)之间泄漏。

2.按照权利要求1所述的具有用于连接缸衬套的封闭件的可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，其特征为：缸衬套密封面(12)和内衬套密封面(22)制在缸衬套(4)端部它的外表面或内表面上，以及，导引封闭件(2)和底部封闭件(3)上有关的导引封闭件密封面(10)和底部封闭件密封面(11)位置一致地定位在这些零件内。

3.按照权利要求1或2所述的具有用于连接缸衬套的封闭件的可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，其特征为：在导引封闭件(2)和底部封闭件(3)内的导引封闭件密封面(10)和底部封闭件密封面(11)内可***单独制造的可更换的衬垫(20)，它们位置一致地定位在装入导引封闭件(2)和底部封闭件(3)内的缸衬套上缸衬套密封面(12)和内衬套密封面(22)的位置上。

4.按照权利要求1或2所述的具有用于连接缸衬套的封闭件的可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，其特征为：外螺纹(9.1)在一切槽(23)后立即过渡为锥形的缸衬套密封面(12)。

5.按照权利要求1或2所述的具有用于连接缸衬套的封闭件的可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，其特征为：在位置一致的导引封闭件密封面(10)、底部封闭件密封面(11)和缸衬套密封面(12)后面各设有一空隙(15)和一空隙(16)用于使缸衬套(4)可旋紧在导引封闭件(2)和底部封闭件(3)内。

6.按照权利要求1或2所述的具有用于连接缸衬套的封闭件的可旋紧的用压力介质操纵的工作缸，其特征为：所述密封面(10；11；12；22)的粗糙深度不超过R_Z＝0.4μm。

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