第四章 液压缸
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第四章 液压缸(双活塞液压缸)ppt课件
缸筒固定式双活塞杆液压缸，活塞杆带动工作台运动， 工作台移动范围等于活塞有效行程的3倍，占地面积大； 活塞固定式双杆活塞缸，缸筒带动工作台运动，工作台 移动范围等于活塞有效行程2倍，占地面积小。
.
2
因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，所以当 输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相 等。则缸的运动速度V和推力F分别为：
vqAv (D42qd2)v （4.1）
F4(D 2d2)p (1p2)m （4.2）
式中:
p 1、 p 2 —分别为缸的进、回油压力；
、 v m —分别为缸的容积效率和机械效率； D 、d —分别为活塞直径和活塞杆直径；
q —输入流量； A—活塞有效工作面积。
这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。
4.1.1 活塞式液压缸
活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式， 其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。
4.1.1.1 双杆活塞液压缸
双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体 固定和活塞杆固定两种安装形式，如下图所示。
q P1
A
F
v
P2
(a)缸筒固定式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
.
1
F
Av
P2 P1 q
(b)活塞杆固定式
.
3
.
2
因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，所以当 输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相 等。则缸的运动速度V和推力F分别为：
vqAv (D42qd2)v （4.1）
F4(D 2d2)p (1p2)m （4.2）
式中:
p 1、 p 2 —分别为缸的进、回油压力；
、 v m —分别为缸的容积效率和机械效率； D 、d —分别为活塞直径和活塞杆直径；
q —输入流量； A—活塞有效工作面积。
这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。
4.1.1 活塞式液压缸
活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式， 其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。
4.1.1.1 双杆活塞液压缸
双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体 固定和活塞杆固定两种安装形式，如下图所示。
q P1
A
F
v
P2
(a)缸筒固定式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
.
1
F
Av
P2 P1 q
(b)活塞杆固定式
.
3
液压 第四章液压缸
= p1
π (D − d )
2 2
4Leabharlann − p2πD4
2
2
= ( p1 − p2 )
πD
4
2
− p1
πd
4
因为： 因为：A无>A有 比较上述结果： 比较上述结果：v <v有，F无>F有
无
即活塞杆伸出时，速度较慢，推力较大； 即活塞杆伸出时，速度较慢，推力较大； 活塞杆缩回时，速度较快，推力较小。 活塞杆缩回时，速度较快，推力较小。 因此适用于伸出时承受工作载荷，缩回时为 因此适用于伸出时承受工作载荷， 空载或轻载场合。 空载或轻载场合。 速度比： 速度比：
二、柱塞式液压缸（单作用式） 柱塞式液压缸（单作用式）
特点： ）柱塞与缸体不接触。 特点：1）柱塞与缸体不接触。 2 ）柱塞重量大 水平安装时会下垂， 柱塞重量大,水平安装时会下垂 水平安装时会下垂， 引起单边磨损，故多垂直使用。 引起单边磨损，故多垂直使用。 3）柱塞工作时受恒压。 ）柱塞工作时受恒压。 4）柱塞缸是单作用缸。为得到双向 ）柱塞缸是单作用缸。 运动，常成对使用。 运动，常成对使用。
v有 D2 λv = = 2 v无 D − d 2
无
当活塞杆直径愈小时， 差值愈小。 当活塞杆直径愈小时，v 与v有差值愈小。
③差动连接： 差动连接： 当单杆缸两腔同时通入压力 油时，由于无杆腔的有效 由于无杆腔的有效 面积大于有杆腔的有效面 积，则活塞受到的向右的 作用力大于向左的作用力， 作用力大于向左的作用力， 活塞右移， 活塞右移，并将有杆腔的 油液挤出，流进无杆腔， 油液挤出，流进无杆腔， 加快活塞杆的右移速度。 加快活塞杆的右移速度。 这种连接方式称~。 这种连接方式称 。
其运动速度和推力的计算： 其运动速度和推力的计算：
π (D − d )
2 2
4Leabharlann − p2πD4
2
2
= ( p1 − p2 )
πD
4
2
− p1
πd
4
因为： 因为：A无>A有 比较上述结果： 比较上述结果：v <v有，F无>F有
无
即活塞杆伸出时，速度较慢，推力较大； 即活塞杆伸出时，速度较慢，推力较大； 活塞杆缩回时，速度较快，推力较小。 活塞杆缩回时，速度较快，推力较小。 因此适用于伸出时承受工作载荷，缩回时为 因此适用于伸出时承受工作载荷， 空载或轻载场合。 空载或轻载场合。 速度比： 速度比：
二、柱塞式液压缸（单作用式） 柱塞式液压缸（单作用式）
特点： ）柱塞与缸体不接触。 特点：1）柱塞与缸体不接触。 2 ）柱塞重量大 水平安装时会下垂， 柱塞重量大,水平安装时会下垂 水平安装时会下垂， 引起单边磨损，故多垂直使用。 引起单边磨损，故多垂直使用。 3）柱塞工作时受恒压。 ）柱塞工作时受恒压。 4）柱塞缸是单作用缸。为得到双向 ）柱塞缸是单作用缸。 运动，常成对使用。 运动，常成对使用。
v有 D2 λv = = 2 v无 D − d 2
无
当活塞杆直径愈小时， 差值愈小。 当活塞杆直径愈小时，v 与v有差值愈小。
③差动连接： 差动连接： 当单杆缸两腔同时通入压力 油时，由于无杆腔的有效 由于无杆腔的有效 面积大于有杆腔的有效面 积，则活塞受到的向右的 作用力大于向左的作用力， 作用力大于向左的作用力， 活塞右移， 活塞右移，并将有杆腔的 油液挤出，流进无杆腔， 油液挤出，流进无杆腔， 加快活塞杆的右移速度。 加快活塞杆的右移速度。 这种连接方式称~。 这种连接方式称 。
其运动速度和推力的计算： 其运动速度和推力的计算：
第四章：液压缸(含习题答案)
（1）缸筒内径D按液压缸推力或速度公式计算后，从标准GB/T2348-1993中规 定的系列，选取合适的标准值圆整得到。 （2）单杆活塞缸d由D和往返速比求得。
d D 1 1
v
（3）活塞杆直径d也可按受力情况初选，然后根据校核最后确定。 表4-4 活塞杆直径的选取 活塞杆受力情况 受 拉 受压及拉 受压及拉 受压及拉 工作压力p／MPa — p≤5 5＜p≤7 p＞7 活塞杆直径d d = (0.3～0.5) D d = (0.5～0.55) D d = (0.6～0.7) D d = 0.7D
38-30
第三节 液压缸的设计和计算
液压缸设计步骤
一、液压缸工作压力的确定 根据负载计算工作压力，也可根据用途查表。 二、液压缸内径和活塞杆直径的确定 内径根据工作负载和工作压力确定。必要时校核强度。 三、液压缸其他部位尺寸的确定 四、液压缸的强度和刚度校核
38-31
第三节 液压缸的设计和计算
一、液压缸工作压力p的确定 F=pA
注意： ① v3>v1， v3>v2 ； F3<F1 ，F3<F2 ，差 动连接是一种减小推力而获得较高 速度的方法。 ② A1=2A2，则差动液压缸在左右两个 运动方向上速度相等时，推力也相 等。（向左运动：有杆腔通压力油 ，无杆腔排油回油箱）
q 4qVV v1 A1 πD 2
v2
4qVV q A2 π D 2 d 2
38-10
第一节 液压缸的类型及特点
二、柱塞式液压缸 单作用式液压缸大多是柱塞式的，单向液压驱动，靠外力回程。
推力：
π 2 F pA m p d m 4
输出速度：
qV V 4 qV V v A πd 2
d D 1 1
v
（3）活塞杆直径d也可按受力情况初选，然后根据校核最后确定。 表4-4 活塞杆直径的选取 活塞杆受力情况 受 拉 受压及拉 受压及拉 受压及拉 工作压力p／MPa — p≤5 5＜p≤7 p＞7 活塞杆直径d d = (0.3～0.5) D d = (0.5～0.55) D d = (0.6～0.7) D d = 0.7D
38-30
第三节 液压缸的设计和计算
液压缸设计步骤
一、液压缸工作压力的确定 根据负载计算工作压力，也可根据用途查表。 二、液压缸内径和活塞杆直径的确定 内径根据工作负载和工作压力确定。必要时校核强度。 三、液压缸其他部位尺寸的确定 四、液压缸的强度和刚度校核
38-31
第三节 液压缸的设计和计算
一、液压缸工作压力p的确定 F=pA
注意： ① v3>v1， v3>v2 ； F3<F1 ，F3<F2 ，差 动连接是一种减小推力而获得较高 速度的方法。 ② A1=2A2，则差动液压缸在左右两个 运动方向上速度相等时，推力也相 等。（向左运动：有杆腔通压力油 ，无杆腔排油回油箱）
q 4qVV v1 A1 πD 2
v2
4qVV q A2 π D 2 d 2
38-10
第一节 液压缸的类型及特点
二、柱塞式液压缸 单作用式液压缸大多是柱塞式的，单向液压驱动，靠外力回程。
推力：
π 2 F pA m p d m 4
输出速度：
qV V 4 qV V v A πd 2
液压缸
活塞式液压缸
活塞式液压缸由缸体、活塞和活塞杆、端盖等 主要部件组成。 活塞式液压缸通常有单杆和双杆两种形式。又 有缸体固定、活塞移动与活塞杆固定、缸体移动 两种运动方式。
双杆活塞缸
结构特点： 结构特点：活塞两侧均装有活塞杆，两侧有效 工作面积一样。
双杆活塞式液压缸， 双杆活塞式液压缸，活塞两侧都装有活 塞杆，由于两腔的有效面积相等， 塞杆，由于两腔的有效面积相等，故供油压力 和流量不变时， 和流量不变时，活塞往返的作用力和运动速度 都相等， 都相等，即 ：
柱塞缸(单作用)
●单向液压驱动，回程靠外力（垂直放 置时的重力或弹簧的弹力等外力）。
柱塞上的作用力：
F = pA = p
π
4
d2
柱塞的速度：
v= q A = 4q
柱塞式液压缸
πd 2
双柱塞缸（两个柱塞缸合用）
●双向液压驱动
摆动式液压缸
•摆动式液压缸也称摆动马达。 当它通入液压油时， 它的主轴输出小于360°的摆动运动。
π 2 π 2 2 F2 = p1 A2 − p2 A1 = p1 ( D − d ) − p2 D 4 4 q 4q υ2 = = A2 π( D2 − d 2 )
比较两种形式，即无杆腔进油（活塞杆伸出） 时，推力大，速度低，有杆腔进油时（活塞杆缩 回），推力小，速度高。
适用于往返运动速度及推力不同的场合， 一个方向有较大负载但运行速度较低，另一 个方向空载快速退回。
气体的来源
气体对液压系统的影响
排气方法 1 、 排气孔 对要求不高的液压缸将油口设置在 液压缸最高处，使空气随油液排往油箱。 2 、 排气阀和排气塞 对速度平稳性要求高的液 压缸，则要求设置排气阀或排气塞排气。
第四章 液压缸(差动连接)PPT课件
两腔进油, 差动联接
A1
A2
F3
P1
v3
q
(c)差动联接
当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔
有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向
右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，
活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，
使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活
塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。
A1 A2 F3
P1
v3
P1
v3
q
等效
q
(c)差动联接
差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截 面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则 较小。
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。
3
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
1
A1
A2
F3
两腔进油,差动联接
A1 A2 F3
P1
v3
P1
v3
q
等效
q
(c)差动联接
活塞的运动速度为：
v3 A1 qA2v 4dq2v
（4.8）
在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接A 2)m4d2p1m
（4.9）
2
A1
A2
F3
两腔进油,差动联接
A1
A2
F3
P1
v3
q
(c)差动联接
当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔
有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向
右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，
活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，
使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活
塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。
A1 A2 F3
P1
v3
P1
v3
q
等效
q
(c)差动联接
差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截 面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则 较小。
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。
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A1
A2
F3
两腔进油,差动联接
A1 A2 F3
P1
v3
P1
v3
q
等效
q
(c)差动联接
活塞的运动速度为：
v3 A1 qA2v 4dq2v
（4.8）
在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接A 2)m4d2p1m
（4.9）
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A2
F3
两腔进油,差动联接
第4章液压缸
第4章液压缸液压缸是液压系统的执行元件，它将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往复运动或小于300o的摆动。
液压缸结构简单，配置灵活，设计、制造比较容易，使用维护方便，被广泛应用于各种机械设备中。
4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸按结构特点，分为活塞缸、柱塞缸、组合缸和摆动缸四类。
其中，活塞缸和柱塞缸用以实现直线运动，输出推力和速度；摆动缸用以实现小于300°的转动，输出转矩和角速度。
组合缸具有较特殊的结构和功用。
工程中以活塞缸应用最为广泛。
液压缸按作用方式和供油方向不同，可分为单作用式和双作用式两种。
单作用液压缸只能从一个方向供油，液压作用力只能使活塞（或柱塞）作单方向运动，反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重等）实现，如图4.1所示；双作用液压缸可从两个方向供油，由液压作用力实现两个方向的运动，如图4.2所示。
图4.1 单作用液压缸(a)无弹簧式(b)弹簧式(c)柱塞式图4.2 双作用液压缸(a)单杆式(b)双杆式4.1.1活塞式液压缸在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸，称活塞缸。
活塞缸可分为双杆式和单杆式两种结构。
按其安装方式的不同，又分为缸体固定式和活塞杆固定式两种。
1.双杆活塞缸双杆活塞缸是活塞两端都带有活塞杆的液压缸，其工作原理如图4.3所示。
双杆活塞缸的特点是当两活塞杆直径相同，分别向两腔的供油压力和流量都相等时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等，即具有等推力、等速度特性。
因此，这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合，如各种磨床。
（a）（b）(c)图4.3双杆活塞缸(a)缸体固定(b)活塞杆固定(c)职能符号1-缸体2-活塞3-活塞杆4-工作台图4.3(a)为缸体固定式结构简图。
缸体1固定在机床床身上，工作台4与活塞杆3相连。
缸体的两端设有进、出油口，动力由活塞杆传出，进油腔位置与活塞运动方向相反。
当油液从a口进入缸左腔时，推动活塞2带动工作台向右运动，缸右腔中的油液从b口回油；反之，右腔进压力油，左腔回油时，活塞带动工作台向左运动。
第4章-液压缸-用.
＝b(D8q2－ vd2 ) b—叶片宽度；D—缸体内径；d—摆动轴直径
2.双叶片式摆动缸 在径向尺寸和工作压力相同的条件下，是单叶片式摆动缸输出转矩 的2倍，但回转角度相应减少，一般不超过150°。
特点和应用： 结构紧凑、输出转矩大，但密封困难。 一般只用于中、低压系统中的往复摆动， 转位或间歇运动的场合。 如：机床回转夹具、送料装置等。
1A 2
18 0
A 1
1 0 0
2.速度计算
缸1 q v1A1
v1A q11 1 0 6 0 1 1 0 0 341.6m/m in
缸2 q1出v1A2 q2进 v2A1
v 2 v 1 A A 1 2 A A 1 2v 1 1 8 0 0 0 1 .6 m /m in 1 .2 8 m /m in
（3）柱塞重量往往比较大，水平放置时容易因自重而下 垂，造成密封件和导向件单边磨损，故柱塞式液压缸垂直使 用较为有利；
（4）当柱塞行程特别长时，仅靠导向套导向不够，可在 缸筒内设置各种不同形式的辅助支承，起到辅助导向的作用。
推力Ｆ F＝pA＝ｐ４ ｄ２
速度ｖ ｖ＝q＝ 4q A d2
2.应用 柱塞式液压缸的主要特点是柱塞与缸筒无配合要求，缸筒 内孔不需精加工，甚至可以不加工。 运动时由缸盖上的导向套来导向，所以它特别适用在行程 较长的场合。
三、摆动式液压缸 摆动式液压缸是输出转矩并实现往复摆动的执行元件。 当通入压力油时，它的主轴能输出小于3600的摆动运动。
单叶片式 双叶片式
1-定子块；2-缸体；3-摆动轴；4-叶片
1.单叶片式摆动缸
当摆动缸进出油口压力为ｐ1和ｐ2，输入流量为 ｑ时，输出转矩Ｔ和角速度ω各为
T＝ b 8(D2－ d2)(p1－ p2)m
2.双叶片式摆动缸 在径向尺寸和工作压力相同的条件下，是单叶片式摆动缸输出转矩 的2倍，但回转角度相应减少，一般不超过150°。
特点和应用： 结构紧凑、输出转矩大，但密封困难。 一般只用于中、低压系统中的往复摆动， 转位或间歇运动的场合。 如：机床回转夹具、送料装置等。
1A 2
18 0
A 1
1 0 0
2.速度计算
缸1 q v1A1
v1A q11 1 0 6 0 1 1 0 0 341.6m/m in
缸2 q1出v1A2 q2进 v2A1
v 2 v 1 A A 1 2 A A 1 2v 1 1 8 0 0 0 1 .6 m /m in 1 .2 8 m /m in
（3）柱塞重量往往比较大，水平放置时容易因自重而下 垂，造成密封件和导向件单边磨损，故柱塞式液压缸垂直使 用较为有利；
（4）当柱塞行程特别长时，仅靠导向套导向不够，可在 缸筒内设置各种不同形式的辅助支承，起到辅助导向的作用。
推力Ｆ F＝pA＝ｐ４ ｄ２
速度ｖ ｖ＝q＝ 4q A d2
2.应用 柱塞式液压缸的主要特点是柱塞与缸筒无配合要求，缸筒 内孔不需精加工，甚至可以不加工。 运动时由缸盖上的导向套来导向，所以它特别适用在行程 较长的场合。
三、摆动式液压缸 摆动式液压缸是输出转矩并实现往复摆动的执行元件。 当通入压力油时，它的主轴能输出小于3600的摆动运动。
单叶片式 双叶片式
1-定子块；2-缸体；3-摆动轴；4-叶片
1.单叶片式摆动缸
当摆动缸进出油口压力为ｐ1和ｐ2，输入流量为 ｑ时，输出转矩Ｔ和角速度ω各为
T＝ b 8(D2－ d2)(p1－ p2)m
第四章 液压缸(柱塞式)
A
缸 筒
柱 塞 p q （ a ） 图4.3柱塞式液压缸
2柱塞式液压缸是 单作用的它的回程 Q V需要借助自重或弹簧
等其它外力来完成。 如果要获得双向运动，
4Q V 2 d
p1
d
可将两柱塞液压缸成
对使用为减轻柱塞的 重量，有时制成空心 d p2 Q
d 2 m
柱塞。成对连接推力
为：
F ( p1 p2 )
4
图4.3柱塞式液压缸
式中：d—柱塞直径，p1—进油压力，p2—另一缸的回油压力。
3
4.1.2 柱塞式液压缸
当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本 增加。 某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸 正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。
A
缸 筒
图4.3柱塞式液压缸
柱 塞 p q
（ a ）
1
如图 4.3 （ a ）所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、 导套、密封圈和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内 壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好， 成本低。
缸 筒
柱 塞 p q （ a ） 图4.3柱塞式液压缸
2柱塞式液压缸是 单作用的它的回程 Q V需要借助自重或弹簧
等其它外力来完成。 如果要获得双向运动，
4Q V 2 d
p1
d
可将两柱塞液压缸成
对使用为减轻柱塞的 重量，有时制成空心 d p2 Q
d 2 m
柱塞。成对连接推力
为：
F ( p1 p2 )
4
图4.3柱塞式液压缸
式中：d—柱塞直径，p1—进油压力，p2—另一缸的回油压力。
3
4.1.2 柱塞式液压缸
当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本 增加。 某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸 正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。
A
缸 筒
图4.3柱塞式液压缸
柱 塞 p q
（ a ）
1
如图 4.3 （ a ）所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、 导套、密封圈和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内 壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好， 成本低。
第四章液压缸
第四章 液压执行元件
4.1液压缸的工作原理
一、液压缸的组成
液压缸组成：活塞2、缸体1、活塞杆3、端盖4、 密封5
二、液压缸的工作原理
缸筒固定，一腔连续地输入压力油，当油的 压力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞以速 度连续向另一腔运v 1 动，活塞杆对外界做功；反之 亦然。
活塞杆固定，一腔连续地输入压力油时，则 缸筒向另一方向运动；反之亦然。
柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需 成对使用。柱塞缸能承受一定的径向力。
（1）单柱塞缸
●单向液压驱动，回程靠外力。
（2）双柱塞缸
●双向液压驱动
（3）参数计算
推力：F pApd2
4
速度：v
q A
4q
d2
●柱塞粗、受力好。
●简化加工工艺（缸体内孔和柱塞没有配合，不 需精加工；柱塞外圆面比内孔加工容易。）
由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞 缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次 伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺 寸很小。
除双作用伸缩液压缸外，还有单作用伸缩液压 缸，它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠 液压作用力。
4.3液压缸的结构
液压缸按结构组成可以分为缸体组件、活塞 组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等
1、缸体组件
缸体组件包括缸筒 、缸盖和一些连接零 件。缸筒可以用铸铁 （低压时）和无缝钢 管（高压时）制成。
缸筒和缸盖的常见连接方式如图所示。从加工的工艺 性、外形尺寸和拆装是否方便不难看出各种连接的特点。图 a)是法兰连接，加工和拆装都很方便，只是外形尺寸大些。 图b)是半环连接，要求缸筒有足够的壁厚。图 c）是拉杆式 连接，拆装容易，但外形尺寸大。图d）是螺纹连接，外形 尺寸小，但拆装不方便，要有专用工具。图 e）是焊接连接 ，结构简单，尺寸小，但可能会有因焊接有一些变形。
4.1液压缸的工作原理
一、液压缸的组成
液压缸组成：活塞2、缸体1、活塞杆3、端盖4、 密封5
二、液压缸的工作原理
缸筒固定，一腔连续地输入压力油，当油的 压力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞以速 度连续向另一腔运v 1 动，活塞杆对外界做功；反之 亦然。
活塞杆固定，一腔连续地输入压力油时，则 缸筒向另一方向运动；反之亦然。
柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需 成对使用。柱塞缸能承受一定的径向力。
（1）单柱塞缸
●单向液压驱动，回程靠外力。
（2）双柱塞缸
●双向液压驱动
（3）参数计算
推力：F pApd2
4
速度：v
q A
4q
d2
●柱塞粗、受力好。
●简化加工工艺（缸体内孔和柱塞没有配合，不 需精加工；柱塞外圆面比内孔加工容易。）
由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞 缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次 伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺 寸很小。
除双作用伸缩液压缸外，还有单作用伸缩液压 缸，它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠 液压作用力。
4.3液压缸的结构
液压缸按结构组成可以分为缸体组件、活塞 组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等
1、缸体组件
缸体组件包括缸筒 、缸盖和一些连接零 件。缸筒可以用铸铁 （低压时）和无缝钢 管（高压时）制成。
缸筒和缸盖的常见连接方式如图所示。从加工的工艺 性、外形尺寸和拆装是否方便不难看出各种连接的特点。图 a)是法兰连接，加工和拆装都很方便，只是外形尺寸大些。 图b)是半环连接，要求缸筒有足够的壁厚。图 c）是拉杆式 连接，拆装容易，但外形尺寸大。图d）是螺纹连接，外形 尺寸小，但拆装不方便，要有专用工具。图 e）是焊接连接 ，结构简单，尺寸小，但可能会有因焊接有一些变形。
第四章 液压缸
21
πd2
4
q 4q 速度： 速度：v = = 2 A πd
●柱塞粗、受力好。柱塞重量大自重造成单边磨损，
组合式液压缸
伸缩缸工作原理: 伸缩缸工作原理: 活塞或柱塞伸出时，从大到小， 活塞或柱塞伸出时，从大到小， 速度逐渐增大，推力逐渐减小。 速度逐渐增大，推力逐渐减小。 活塞或柱塞缩回时，从小到大。 活塞或柱塞缩回时，从小到大。
得： D=√4q/ΠV2＋d2 ※求出D后，按国标圆整为标准尺寸。
52
液压缸活塞杆直径d的计算（ 液压缸活塞杆直径d的计算（二）
（1）按工作压力和设备类型确定： 按工作压力和设备类型确定：
表4－1、表4－2
（2）按液压缸的往复速度比λv 确定： 确定：
v2 D2 λv = = 2 2 v1 D − d
34
35
36
37
38
39
40
41
42
缓冲装置
缓冲的必要性: 缓冲的必要性: ∵ 在质量较大、速度较高(v>12m/min），由于 惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖， 产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至 使液压缸损坏。 ∴ 常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓 冲装置或在系统中设置缓冲回路。
12
有杆腔进油参数计算
1）推力 ）
F2 = ( p1 A2 − p2 A1 ) = [ p1 (
π D2
4
−
πd2
4
) − p2
π D2
4
]
=[
π D2
4
( p1 − p2 ) −
πd2
4
p1 ]
2）运动速度 ）
qv 4 qv v2 = = A2 π ( D 2 − d 2 )
πd2
4
q 4q 速度： 速度：v = = 2 A πd
●柱塞粗、受力好。柱塞重量大自重造成单边磨损，
组合式液压缸
伸缩缸工作原理: 伸缩缸工作原理: 活塞或柱塞伸出时，从大到小， 活塞或柱塞伸出时，从大到小， 速度逐渐增大，推力逐渐减小。 速度逐渐增大，推力逐渐减小。 活塞或柱塞缩回时，从小到大。 活塞或柱塞缩回时，从小到大。
得： D=√4q/ΠV2＋d2 ※求出D后，按国标圆整为标准尺寸。
52
液压缸活塞杆直径d的计算（ 液压缸活塞杆直径d的计算（二）
（1）按工作压力和设备类型确定： 按工作压力和设备类型确定：
表4－1、表4－2
（2）按液压缸的往复速度比λv 确定： 确定：
v2 D2 λv = = 2 2 v1 D − d
34
35
36
37
38
39
40
41
42
缓冲装置
缓冲的必要性: 缓冲的必要性: ∵ 在质量较大、速度较高(v>12m/min），由于 惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖， 产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至 使液压缸损坏。 ∴ 常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓 冲装置或在系统中设置缓冲回路。
12
有杆腔进油参数计算
1）推力 ）
F2 = ( p1 A2 − p2 A1 ) = [ p1 (
π D2
4
−
πd2
4
) − p2
π D2
4
]
=[
π D2
4
( p1 − p2 ) −
πd2
4
p1 ]
2）运动速度 ）
qv 4 qv v2 = = A2 π ( D 2 − d 2 )
第四章液压缸(流体传动)
11
重庆大学机械工程学院
4.1 类型及特点
1.活塞缸 单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。两端进出油口A和B都
可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。
1-缸底2-弹簧挡圈3-套环4-卡环5-活塞6- 型密封圈7-支承环8-挡圈9- 形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环
4.2 液压缸的典型结构
径向销式连接 用锥销1把活塞2固连在活塞杆3上。特别适用于双出杆式
活塞。
32
重庆大学机械工程学院
4.2 液压缸的典型结构
缓冲装置 作用：防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起 噪音，影响工件精度或使液压缸损坏。 前后端盖上设缓冲装置 缓冲原理：
利用节流方法在液压缸的 回油腔产生阻力，减小速 度，避免撞击。
螺母连接
结构简单，适用负载较小，受力无冲击 的缸中，安装方便可靠，但在活塞杆上车 螺纹将削弱其强度。
30
重庆大学机械工程学院
4.2 液压缸的典型结构
卡环式连接 活塞杆上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环3以夹紧 活塞4，半环3由轴套2套住，而轴套2的轴向位置用弹簧卡 圈1来固定。
31
重庆大学机械工程学院
缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra<0.08m，以 减少密封件的摩擦。
27
重庆大学机械工程学院
4.2 液压缸的典型结构
缸盖
通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端， 盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。
28
重庆大学机械工程学院
4.2 液压缸的典型结构
活塞 活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞应有一
第4章液压缸
同时，外伸速度逐次增大，当负载恒定时，液压缸的工作压力逐级增高。 空载缩回的顺序是从小活塞到大活塞，收缩后液压缸总长度较短，占用空 间较小，结构紧凑。收缩缸常用于工程机械和其它行走机械，如起重机伸 缩臂液压缸、自卸汽车举升液压缸等。
第4章 液压缸
图4-12 伸缩缸
第4章 液压缸 2. 齿条活塞缸
第4章 液压缸
图4-5 单杆活塞缸的运动范围
第4章 液压缸
单杆活塞缸还有另外一种非常重要的工作方式，即两腔同时通入压力
油，如图4-6所示，这种油路连接方式称为差动连接。在忽略两腔连通油路 压力损失的情况下，差动连接时液压缸两腔的油液压力相等。但由于无杆 腔受力面积大于有杆腔，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞杆作 伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，加快了活塞杆的伸出速 度。 差动连接时，有杆腔排出流量 q' v3 A2 ，进入无杆腔后，无杆腔流量 为
齿条活塞缸又称无杆式液压缸，它由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮
组成，如图4-13所示。活塞的往复移动经齿轮齿条机构转换成齿轮轴的周
期性往复转动。它多用于自动生产线、组合机床等的转位或分度机构中。
图4-13 齿条活塞缸
4.1.1 活塞式液压缸
1、双杆活塞缸
图4-1所示为双杆活塞缸的原理图。活塞两侧均装有活塞杆。当两活塞 杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向的运动速 度和推力也都相等，即
第4章 液压缸
q 4q A (D 2 - d 2) F p1 - p 2）A (p1 - p 2)(D 2 - d 2) （ 4
第4章 液压缸
液压缸往复运动时的速度比为
v2 D2 2 2 v v1 D - d
第4章 液压缸
图4-12 伸缩缸
第4章 液压缸 2. 齿条活塞缸
第4章 液压缸
图4-5 单杆活塞缸的运动范围
第4章 液压缸
单杆活塞缸还有另外一种非常重要的工作方式，即两腔同时通入压力
油，如图4-6所示，这种油路连接方式称为差动连接。在忽略两腔连通油路 压力损失的情况下，差动连接时液压缸两腔的油液压力相等。但由于无杆 腔受力面积大于有杆腔，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞杆作 伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，加快了活塞杆的伸出速 度。 差动连接时，有杆腔排出流量 q' v3 A2 ，进入无杆腔后，无杆腔流量 为
齿条活塞缸又称无杆式液压缸，它由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮
组成，如图4-13所示。活塞的往复移动经齿轮齿条机构转换成齿轮轴的周
期性往复转动。它多用于自动生产线、组合机床等的转位或分度机构中。
图4-13 齿条活塞缸
4.1.1 活塞式液压缸
1、双杆活塞缸
图4-1所示为双杆活塞缸的原理图。活塞两侧均装有活塞杆。当两活塞 杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向的运动速 度和推力也都相等，即
第4章 液压缸
q 4q A (D 2 - d 2) F p1 - p 2）A (p1 - p 2)(D 2 - d 2) （ 4
第4章 液压缸
液压缸往复运动时的速度比为
v2 D2 2 2 v v1 D - d
第四章液压缸
第四章 液压缸第一节 液压缸的分类和特点液压缸按结构特点的不同可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。
按作用方式不同，可分为单作用式和双作用式两种。
1.活塞式液压缸 活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。
(1)双杆式活塞缸。
活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。
根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。
如图4-5(a)所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。
它的进、出口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为l 时，整个工作台的运动范围为3l ，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用图4-5(b)所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传出。
这种安装形式中，工作台的移动范围只等于液压缸有效行程l 的两倍(2l)，因此占地面积小。
进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软管连接。
由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等，当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。
当活塞的直径为D ，活塞杆的直径为d ，液压缸进、出油腔的压力为p 1和p 2，输入流量为q 时，双杆活塞缸的推力F 和速度v 为：F=A(p 1-p 2)=π (D 2-d 2) (p 1-p 2) /4 (4-18)v=q/A=4q/π(D 2-d 2) (4-19)式中：A 为活塞的有效工作面积。
双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。
(2)单杆式活塞缸。
如图4-6所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。
图4-6单杆式活塞缸由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为：F 1=(p 1A 1-p 2A 2)=π［(p 1-p 2)D 2-p 2d 2］/4 (4-20)F 1=(p 1A 1-p 2A 2)=π［(p 1-p 2)D 2-p 2d 2 ］/4 (4-21)v 1=q/A 1=4q/πD 2 (4-22)v 2=q/A 2=4q/π(D 2-d 2) (4-23)由式(4-20)～式(4-23)可知，由于A 1＞A 2,所以F 1＞F 2，v 1＜v 2。
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A
缸 筒
柱 塞 p q （ a ） 图4.3柱塞式液压缸
17
柱塞式液压缸是 单作用的，它的回程
Q
V
需要借助自重或弹簧
等其它外力来完成。 如果要获得双向运动，
4Q V 2 d
p1
d
可将两柱塞液压缸成
对使用为减轻柱塞的 重量，有时制成空心 柱塞。
图4.3柱塞式液压缸
d
p2 Q
18
4.1.3 伸缩式液压缸
差动液压缸计算举例
例4.1：已知单活塞杆液压缸的缸筒内径D=100mm，活 塞 杆 直 径 d=70mm ， 进 入 液 压 缸 的 流 量 q=25min ， 压 力 P1=2Mpa ， P2=0 。液压缸的容积效率和机械效率分别为 0.98、0.97，试求在图4.2(a)、(b)、4.3所示的三种工况下， 液压缸可推动的最大负载和运动速度各是多少？并给出运 动方向。
28
4.2.3 活塞组件
活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。
活塞与活塞杆的连接形式
如图 4.9 所示，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，除此之外还有整体式结构、焊接 式结构、锥销式结构等。
1 2 3 4 5
(a)
(b)
1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈； 4一弹簧圈；5一螺母
套筒活塞 活塞
缸体
伸出 伸缩式单作用缸 缩回
19
伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程
长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起 重机的伸缩臂等。
伸出 缩回
20
4.1.4 齿条活塞缸
齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构 组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。 ω
10 8 12 11 9 7 6 5 4 3 2
23
4.2.1 缸体组件
4.2.1.1 缸筒与端盖的连接
法兰式
半环式
外螺纹式
拉杆式
焊接式
图4.8缸体与缸盖的连接结构
内螺纹式
24
(1）法兰式连接
（ 2 ）半环式连接，分 为外半环连接和内半环 连接两种连接形式。
25
（3）螺纹式连接
内螺纹连接
外螺纹连接
26
（4）拉杆式连接
（5）焊接式连接
27
缸筒 是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞 孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度 在0.1m~0.4m。 端盖 装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承 受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的 强度。 导向套 对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些 液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。 缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参 考液压设计手冊。
4
( D 2 d 2 )( p1 p 2 ) m （4.2）
F
A A — 分别为缸的进、回油压力； F
v
—分别为缸的容积效率和机械效率； v D 、d —分别为活塞直径和活塞杆直径； P2 q P1 P1 q P2 q —输入流量； A—活塞有效工作面积。
(a)缸筒固定式 (b)活塞杆固定式
第四章 液压缸
1
本章提要
本章主要内容为： • • • • 液压缸的类型及特点 液压缸的设计计算 液压缸的典型结构 液压缸的密封
通过本章的学习，要求掌握液压缸设计中
应考虑的主要问题，包括结构类型的选择和参 数计算等，为液压缸设计打下基础。
2
A
V
液压缸（油缸） 主要用于实现机构的 直线往复运动，其结 构简单，工作可靠， 应用广泛。
D
q
P1
P2
v1
(a)无杆腔进油
活塞的运动速度 v1 和推力 F1 分别为:
q 4q v1 v v 2 A1 D
（4.3） （4.4）
8
2 F1 ( p1 A1 p2 A2 )m [ D ( p1 p2 ) d 2 p2Байду номын сангаас]m 4
A1
A2
有杆腔进油
P2
P1
在图4.2（c）中，液压缸差动连接，可推动的负载力为：
F3
4
d p1 m
2
4
0.07 2 2 10 6 0.097 6466 ( N )
液压缸向左运动，其运动速度为：
4q 4 25 103 0.98 v3 v 0.106(m / s) 2 2 d 0.07 60
（a )
（b )
（c）
a)压环
b)V型圈 图4.11 V形密封圈
c)支承环
33
34
（3） Y（Yx）形密封圈 Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种摩擦 阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。 Y形圈主要用于往 复运动的密封。根据截面长宽比例的不同， Y形圈可分为宽 断面和窄断面两种形式，图4.12所示为宽断面Y形密封圈。
A
F
A
F
A
F
v
Q
P
v
Q
P
v
Q
P
单杆液压缸
双杆液压缸
柱塞式液压缸
4
4.1.1 活塞式液压缸
活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式， 其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。
4.1.1.1 双杆活塞液压缸
双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体 固定和活塞杆固定两种安装形式，如图4．1所示。
11
两腔进油,差动联接
A1
A2
F3
A1 A2
F3
P1
v3
等效
P1
v3
q
(c)差动联接
q
活塞的运动速度为： q 4q v3 v v 2 （4.8） A1 A2 d 在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液 压缸的推力为：
F3 p1 ( A1 A2 ) m
4
F2
q
v2
(b)有杆腔进油
活塞的运动速度 v2 和推力 F2 分别为:
q 4q v2 v v 2 2 A2 (D d )
（4.5）
2 F2 ( p1 A2 p2 A1 )m [ D ( p1 p2 ) d 2 p1 ]m 4
（4.6）
9
v2 > v1 , F1 >F2 ；液压缸 比较上述各式，可以看出：
14
在图4.2（b）中，液压缸为有杆腔进压力油，无杆腔回
油压力为零，可推动的负载为：
F2
4
( D 2 d 2 ) p1 m
4
(0.12 0.07 2 ) 2 10 6 0.97 7771( N )
液压缸向左运动，其运动速度为：
4q 4 25 103 0.98 v2 m 0.102(m / s) 2 2 2 2 (D d ) (0.1 0.07 ) 60
30
（1）O形密封圈
( a )
（a）普通型
（b )
（b）有挡板型
图4.10 O型密封圈的结构原理
31
O形圈密封的原理：任何形状的密封圈在安装时，必 须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力 增大，且易于损坏。因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表 面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。 在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤
6
这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。
4.1.1.2单活塞杆液压缸
单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双
向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连
接方式如图4.2所示。
A1
A2
d
F1
A1
A2
D
F2
q
P1
P2
v1
P2
P1
q
v2
(a)无杆腔进油
(b)有杆腔进油
7
A1
A2
d
F1
无杆腔进油
q
(c)差动联接
当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔
有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向 右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动， 活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出， 使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活 塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。
往复运动时的速度比为：
v2 D2 2 2 v1 D d
（4.7）
上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近1， 在两个方向上的速度差值就愈小。 A1 A1 A A d
2
D
F1
2
F2
q
P1
P2
v1
P2
P1
q
v2
10
(a)无杆腔进油
(b)有杆腔进油
A1
A2
F3
两腔进油 , 差动联接
P1
v3
F p1 Q d p2
p p1 p2
压力p 流量Q 作用力F 速度V
液压缸
液压功率 机械功率
液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和
力。 液压缸和液压马达都是液压执行元件， 其职能是将液 压能转换为机械能。
3
4.1
液压缸的类型及特点
液压缸的分类
按供油方向分：单作用缸和双作用缸。 按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸。 按活塞杆形式分：单杆活塞式缸、双杆活塞式缸。
解：在图4.2（a）中，液压缸无杆腔进压力油，回油 腔压力为零，因此，可推动的最大负载为： 2 F1 D p1 m 0.12 2 10 6 0.97 15237 ( N ) 4 4
缸 筒
柱 塞 p q （ a ） 图4.3柱塞式液压缸
17
柱塞式液压缸是 单作用的，它的回程
Q
V
需要借助自重或弹簧
等其它外力来完成。 如果要获得双向运动，
4Q V 2 d
p1
d
可将两柱塞液压缸成
对使用为减轻柱塞的 重量，有时制成空心 柱塞。
图4.3柱塞式液压缸
d
p2 Q
18
4.1.3 伸缩式液压缸
差动液压缸计算举例
例4.1：已知单活塞杆液压缸的缸筒内径D=100mm，活 塞 杆 直 径 d=70mm ， 进 入 液 压 缸 的 流 量 q=25min ， 压 力 P1=2Mpa ， P2=0 。液压缸的容积效率和机械效率分别为 0.98、0.97，试求在图4.2(a)、(b)、4.3所示的三种工况下， 液压缸可推动的最大负载和运动速度各是多少？并给出运 动方向。
28
4.2.3 活塞组件
活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。
活塞与活塞杆的连接形式
如图 4.9 所示，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，除此之外还有整体式结构、焊接 式结构、锥销式结构等。
1 2 3 4 5
(a)
(b)
1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈； 4一弹簧圈；5一螺母
套筒活塞 活塞
缸体
伸出 伸缩式单作用缸 缩回
19
伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程
长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起 重机的伸缩臂等。
伸出 缩回
20
4.1.4 齿条活塞缸
齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构 组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。 ω
10 8 12 11 9 7 6 5 4 3 2
23
4.2.1 缸体组件
4.2.1.1 缸筒与端盖的连接
法兰式
半环式
外螺纹式
拉杆式
焊接式
图4.8缸体与缸盖的连接结构
内螺纹式
24
(1）法兰式连接
（ 2 ）半环式连接，分 为外半环连接和内半环 连接两种连接形式。
25
（3）螺纹式连接
内螺纹连接
外螺纹连接
26
（4）拉杆式连接
（5）焊接式连接
27
缸筒 是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞 孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度 在0.1m~0.4m。 端盖 装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承 受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的 强度。 导向套 对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些 液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。 缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参 考液压设计手冊。
4
( D 2 d 2 )( p1 p 2 ) m （4.2）
F
A A — 分别为缸的进、回油压力； F
v
—分别为缸的容积效率和机械效率； v D 、d —分别为活塞直径和活塞杆直径； P2 q P1 P1 q P2 q —输入流量； A—活塞有效工作面积。
(a)缸筒固定式 (b)活塞杆固定式
第四章 液压缸
1
本章提要
本章主要内容为： • • • • 液压缸的类型及特点 液压缸的设计计算 液压缸的典型结构 液压缸的密封
通过本章的学习，要求掌握液压缸设计中
应考虑的主要问题，包括结构类型的选择和参 数计算等，为液压缸设计打下基础。
2
A
V
液压缸（油缸） 主要用于实现机构的 直线往复运动，其结 构简单，工作可靠， 应用广泛。
D
q
P1
P2
v1
(a)无杆腔进油
活塞的运动速度 v1 和推力 F1 分别为:
q 4q v1 v v 2 A1 D
（4.3） （4.4）
8
2 F1 ( p1 A1 p2 A2 )m [ D ( p1 p2 ) d 2 p2Байду номын сангаас]m 4
A1
A2
有杆腔进油
P2
P1
在图4.2（c）中，液压缸差动连接，可推动的负载力为：
F3
4
d p1 m
2
4
0.07 2 2 10 6 0.097 6466 ( N )
液压缸向左运动，其运动速度为：
4q 4 25 103 0.98 v3 v 0.106(m / s) 2 2 d 0.07 60
（a )
（b )
（c）
a)压环
b)V型圈 图4.11 V形密封圈
c)支承环
33
34
（3） Y（Yx）形密封圈 Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种摩擦 阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。 Y形圈主要用于往 复运动的密封。根据截面长宽比例的不同， Y形圈可分为宽 断面和窄断面两种形式，图4.12所示为宽断面Y形密封圈。
A
F
A
F
A
F
v
Q
P
v
Q
P
v
Q
P
单杆液压缸
双杆液压缸
柱塞式液压缸
4
4.1.1 活塞式液压缸
活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式， 其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。
4.1.1.1 双杆活塞液压缸
双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体 固定和活塞杆固定两种安装形式，如图4．1所示。
11
两腔进油,差动联接
A1
A2
F3
A1 A2
F3
P1
v3
等效
P1
v3
q
(c)差动联接
q
活塞的运动速度为： q 4q v3 v v 2 （4.8） A1 A2 d 在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液 压缸的推力为：
F3 p1 ( A1 A2 ) m
4
F2
q
v2
(b)有杆腔进油
活塞的运动速度 v2 和推力 F2 分别为:
q 4q v2 v v 2 2 A2 (D d )
（4.5）
2 F2 ( p1 A2 p2 A1 )m [ D ( p1 p2 ) d 2 p1 ]m 4
（4.6）
9
v2 > v1 , F1 >F2 ；液压缸 比较上述各式，可以看出：
14
在图4.2（b）中，液压缸为有杆腔进压力油，无杆腔回
油压力为零，可推动的负载为：
F2
4
( D 2 d 2 ) p1 m
4
(0.12 0.07 2 ) 2 10 6 0.97 7771( N )
液压缸向左运动，其运动速度为：
4q 4 25 103 0.98 v2 m 0.102(m / s) 2 2 2 2 (D d ) (0.1 0.07 ) 60
30
（1）O形密封圈
( a )
（a）普通型
（b )
（b）有挡板型
图4.10 O型密封圈的结构原理
31
O形圈密封的原理：任何形状的密封圈在安装时，必 须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力 增大，且易于损坏。因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表 面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。 在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤
6
这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。
4.1.1.2单活塞杆液压缸
单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双
向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连
接方式如图4.2所示。
A1
A2
d
F1
A1
A2
D
F2
q
P1
P2
v1
P2
P1
q
v2
(a)无杆腔进油
(b)有杆腔进油
7
A1
A2
d
F1
无杆腔进油
q
(c)差动联接
当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔
有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向 右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动， 活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出， 使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活 塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。
往复运动时的速度比为：
v2 D2 2 2 v1 D d
（4.7）
上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近1， 在两个方向上的速度差值就愈小。 A1 A1 A A d
2
D
F1
2
F2
q
P1
P2
v1
P2
P1
q
v2
10
(a)无杆腔进油
(b)有杆腔进油
A1
A2
F3
两腔进油 , 差动联接
P1
v3
F p1 Q d p2
p p1 p2
压力p 流量Q 作用力F 速度V
液压缸
液压功率 机械功率
液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和
力。 液压缸和液压马达都是液压执行元件， 其职能是将液 压能转换为机械能。
3
4.1
液压缸的类型及特点
液压缸的分类
按供油方向分：单作用缸和双作用缸。 按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸。 按活塞杆形式分：单杆活塞式缸、双杆活塞式缸。
解：在图4.2（a）中，液压缸无杆腔进压力油，回油 腔压力为零，因此，可推动的最大负载为： 2 F1 D p1 m 0.12 2 10 6 0.97 15237 ( N ) 4 4