第二节 液压缸

缸在左右两个方向上输出的推力相等。 ηm为缸的机械效率。
qv 4qv v A (D2 d 2 )
缸在左右两个方向上输出的速 度相等。ηv为缸的容积效率。
（3）图形符号
2、单活塞杆液压缸 （1）安装方式及图形符号 缸筒固定 活塞杆固定 两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效 行程的两倍。
工作原理：
无杆腔 进油腔 回油腔
有杆腔
工作原理：因两侧有效作用面积或油液压力不等， 活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。
（2）单杆活塞缸速度推力特性 ①无杆腔进油 向右运动速度：
qv 4qv v1 2 A1 D
向右运动推力：
2 2 2 F1 ( p1A1 p2 A2 )m p1 D p2 ( D d )m 4 4
小
结
液压缸用于实现往复直线运动和摆动，是液压系 统中最广泛应用的一种液压执行元件。液压缸有时需 专门设计。 设 计 液 压 缸 的 主 要 内 容
1．根据需要的推力计算液压缸内径及活塞杆 直径等主要参数；
2．对缸壁厚度、活塞杆直径、螺纹连接的强 度及油缸的稳定性等进行必要的校核； 3．确定各部分结构，其中包括密封装置、缸 筒与缸盖的连接、活塞结构以及缸筒的固定形 式等，进行工作图设计。
7. 8. 9. 10. 11.
12. 13. 14.
单杆活塞缸为实现快进、快退往复速度相等，采用 回 路，活塞直径是活塞杆直径的 倍。 在液压传动系统中，当工作台行程较长时常采用 式液 压缸，这是因为 。 双杆活塞缸常用于 的场合。 一般单杆活塞缸差动连接时比其非差动连接同向运动获得的 速度 、推力 。因此，在机床液压系统中常用其 实现运动部件的空行程快进。 柱塞式液压缸只能实现单向运动，其反向行程需借助 或 完成。在龙门刨床、导轨磨床、大型压力机等行程 长的设备中为了得到双向运动，可采用 。 增压缸能将 转变为 供液压系统中某一支油路使用。 油缸的排气口应设置在 。 液压缸中常用的缓冲装置有 、 、 和 。
4、缓冲装置 缓冲装置的原理是在活塞运动接近终点位置时， 增大液压缸的排油阻力，使活塞运动速度降低。此排 油阻力又称为缓冲压力。
间隙缓冲装置（a）
可调节流缓冲装置（b）
可变节流缓冲装置（c）
5、排气装置
排气装置有排气阀和排气塞等。 一般设置在液压缸的最高处。 6、液压缸安装连接形式 脚架式，耳环式，铰轴式。
分析题
1. 在图示的双向差动回路中，A1、A2和A3分别表示活 塞缸左、右腔及柱塞缸的有效工作面积，qP为液压 泵输出流量，如A1>A2，A3+A2>A1，试确定活塞向 左和向右移动的速度表达式。 2. 何谓液压缸的差动连接？差动液压缸的快进、快退 速度相等时，其结构有何特点？ 3. 已知液压缸的活塞有效面积为A，运动速度为v，有 效负载为FL，供给液压缸的流量为q，压力为p。液 压缸的总泄漏量为Δq，总摩檫阻力为Ff。试根据液 压马达的容积效率和机械效率的定义，分析液压缸 的容积效率和机械效率。
③两腔同时通压力油 差动连接 两腔同时供油的瞬间， 油液压力相同，因无杆腔的 有效面积大于有杆腔的有效 面积，产生液压作用力差， 活塞向右运动。
右腔排出的油液(流量为q′)进入左腔，加大了流入 左腔的流量(q+q′)，从而也加快了活塞移动的速度。 向右运动推力：
F3 p1 ( A1 A2 ) m p1
根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。
1、双活塞杆液压缸 活塞两侧都有活 塞杆伸出。 缸左右两腔有效 面积相等。 常用于要求往返运 动速度相同的场合 。
典型液压缸
（1）安装方式
①缸筒固定式：运动部件移动范围是活塞有效
行程的三倍，仅适用于小型机床；
L
L=3l
②活塞杆固定式：运动部件移动范围是活塞有效 行程的两倍 ，常用于大中型设备。
三、液压缸的典型结构
1、 缸体组件 包括缸筒、缸盖、缸底等零件。
缸筒是液 压缸的主体， 其内孔一般采 用镗削、铰孔、 滚压或珩磨等 精密加工工艺 制造，要求表 面粗糙度在 0.1m～0.4m。
缸筒与缸盖的连接
法兰式连接 半环式连接 拉杆式连接
内螺纹连接
外螺纹连接
焊接式连接
2、活塞组件 包括活塞与活塞杆等零件。 活塞与活塞杆的连接最常用的有： 螺纹连接和半环连接形式； 结构：整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。 3、密封装置 间隙密封、摩擦环密封、密封圈密封(O形圈、V形 圈、Y形圈等) 。
L
杆固定时、缸移动
{
软管 空心杆
L=2l
2. 工作原理：
有杆腔 无杆腔 进油腔 回油腔
工作原理：因两侧有效作用面积或油液压力不等， 活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。
（2）双杆活塞缸的速度推力特性
F A( p1 p2 ) m

4
( D 2 d 2 )( p1 p2 ) m
（3）单杆活塞缸的应用
差动连接用于实现快速进给运动； 无杆腔进油用于实现工作进给运动； 有杆腔进油用于实现快速退回运动。 如果要求：差动快进速度v3＝有杆腔供油的 快退速度v2 。则：
D 2d
（二）柱塞液压缸
1、柱塞缸的特点
（1）缸筒内孔不需精加工，只柱塞与缸盖上的导向套有配合要 求，需精加工，简化了工艺。特别适用于行程较长的场合：导轨 磨床，龙门刨床。 （2）为减轻重量，减少单边磨损，柱塞常做成空心。 （3）只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。 （4）工作时柱塞总是受压，须有足够刚度。

4
d 2 m
向右运动速度：
qv ( D d )v3 qv q 4 v3 D 2 A1 4 整理，得： qv 4qv v3 A杆 d 2
2 2

差动连接的有效工作面积为活塞杆的截面积。 差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下， 实现快速运动的有效办法。
②有杆腔进油 向左运动速度：
qv 4qv v2 A2 ( D 2 d 2 )
2 2 2 F2 ( p1A2 p2 A1 )m p1 ( D d ) p2 D m 4 4
往返速比：
向左运动推力：
v2 1 v v1 d 2 1 D
习题
3-4
3-5
思考题
填空题
1. 液压缸是 元件，它输出的通常是 或 。 2. 液压缸根据结构特点大体分为三大 、 、 ； 单叶片摆动缸回转角小于 度，双叶片摆动缸的回转角小 于 度。 3. 常把输出扭矩并实现往复摆动的执行元件称为 。 4. 当应用双活塞杆液压缸驱动机床工作台作往复运动时，如将 活塞杆与工作台联接，缸体固定，工作台运动所占空间的长 度为活塞有效行程的 倍，这种情况一般用于 床。 5. 单杆液压缸差动连接时，若活塞杆直径变小，其推力 变 ，速度变 。 6. 在供油压力、流量一定时，柱塞缸的承载能力决定于 ， 而速度与其成 关系。
2、柱塞缸的速度推力特性
q v 4 q v 柱塞运动速度： v2 A d 2
柱塞推力：
3、图形符号
F2 pA m p

4
d 2 m
（三）摆动式液压缸
摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一 般只用于中、低压系统中往复摆动的辅助装置，如送 料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。 摆动缸动画 摆动缸有: 单叶片式 双叶片式
直线往复运动 旋转运动
用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机 械手等。 (2)齿条活塞缸的速度推力特性
8 8qv 输出角速度： 2 D Di 式中： Δp 为缸左右两腔压力差，D 为活塞直径， D i为齿轮分度圆直径。
输出转矩：TM p

D 2 Di m
3、增压缸（增压器） 增压缸是活塞缸 与柱塞缸组成的复合 缸，但它不是能量转 换装置，只是一个增 压器件。 小柱塞缸输出的压力：
pb pa Km
增压节，用在低压系统要求有局部 高压油路的场合。其增压能力是在降低有效流量的基 础上得到的。
4、增速缸 是活塞缸与柱塞缸组成的 复合缸。活塞缸的活塞内腔是柱塞
缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸 筒上。
(1) a进油、b补油、c回油时， 活塞向右快进； (2) a和b同时进油、c回油时，活塞向右慢进； (3) c 进油、 a和b回油时，活塞向左快退。 增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流量的 前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。
二、其他形式液压缸
1、伸缩液压缸 由两个或多 个活塞式缸套装 而成。
双作用伸缩液压缸 单作用伸缩液压缸
当通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；缩回 时，活塞则由小到大依次收回。各级压力和速度可按 活塞缸的有关公式计算。 特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。
2、齿条活塞液压缸 (1) 活塞缸与齿轮齿条 机构组成的复合式缸。
第二节 液压缸
将液压能转变为直线运动或摆动的机械能。 液压缸的分类
活塞缸
按结构形式分： 柱塞缸 摆动缸 单作用液压缸 按作用方式分：
单杆式 双杆式
单叶片 双叶片 一个方向由 液压驱动， 另一方向靠 弹簧力、重 力等实现
双作用液压缸
两个方向均由液压驱动
一、常用液压缸及其速度推力特性
（一）活塞式液压缸
1、单叶片式摆动缸
摆动角度较大，可达300°。
b 2 输出转矩： T ( R2 R12 ) p1 p2 m 2 2qv 输出角速度： 2 b( R2 R12 )
2、双叶片式摆动缸 摆动角度一般小于150°。但在相同条件下， 输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速度是 单叶片缸的一半。