第四章 液压缸(柱塞式)
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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
D2
4
( p1 p2 )
d2
4
p1 ]m
4F d 2 p1 D m ( p1 p2 ) p1 p2
※按国标圆整为标准尺寸。
（4）.活塞杆直径 d
1）按λv 确定
D2 v 2 D d2
v 1 dD v
2）按工作压力确定
※按国标圆整为标准尺寸。
（2）.速度和速比
qv 4qv v1 A1 D2 q 4qv v2 v A2 ( D 2 d 2 )
对速度要求高时：由v、q ,确定D ；或已知v、 D ,确定q 。 对速度没有要求：由q、D、d 确定v 。 v2、d 由速比λv 确定
D2 v2 2 速比：v v1 D d2
4.2液压缸的类型、特点和基本参数计算
液压缸的分类
按结构形式分： 活塞缸:又分单杆活塞缸、双杆活塞缸 柱塞缸:又分单柱塞缸和双柱塞缸 摆动缸:又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸 按作用方式分： 单作用液压缸: 一个方向的运动依靠液压作用力实 现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现； 双作用液压缸:两个方向的运动都依靠液压作用力来 实现； 复合式缸:活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸 的组合、活塞缸与机械结构的组合等。
3） 应用 两个方向力和速度一样的场合。
职能符号：
4）安装方式
双杆活塞缸根据安装方式不同又分为活塞杆固 定式和缸筒固定式两种。 注：本章所论及的液压缸，除特别指明外，均以 缸筒固定，活塞杆运动
{
缸固定 L=3 l 杆固定 L=2 l
l——活塞有效工作行程。
当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞 有效行程的三倍；当活塞杆固定时，运动部件 移动范围是活塞有效行程的两倍 。
液压缸原理
F Ap
4
(D2 d 2 ) p
v
q 1 （D 2 d 2 ) 4
式中：p-供油压力；A-活塞有效面积；q-供油量；d-活塞杆 直径；D-活塞直径。
2012-8 东昌学院· 机电工程系 8
2.单活塞杆液压缸
2012-8
东昌学院· 机电工程系
9
(1)结构特点：
这种液压缸的活塞只有一端从缸的端头伸出。其结构组 成与双活塞杆液压缸相似。
27
摆动式液压缸的输出扭矩和转速计算方法如下:
Mt
D 2 d 2
1 D 2 d 2 1 pbrdr pb[( ) ( ) ] pb( D 2 d 2 ) 2 2 2 8
1 pb( D 2 d 2 ) 8
由于存在摩擦， M<Mt
输出角速度：
M 所以机械效率为： Mt
为了实现双向往复运动，即实现两个方向的液压驱动，可 采用双柱塞缸并排安装的方案。
2012-8
东昌学院· 机电工程系
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(6)柱塞只靠钢套支撑而不与缸体接触，这样缸筒易于加工， 故适于做长行程的液压缸。太长，有时需要加辅助导向机 构。
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东昌学院· 机电工程系
25
四、摆动式液压缸
摆动式液压缸是一种作往复旋转运动的执行元件。 符号：
1 2 扇形的面积（中心角α ）为： F ( D d 2 ) 8
2012-8 东昌学院· 机电工程系 28
则摆动油缸（转子叶片）转过α 角所排出的液体体积为：
1 2 V （D d 2 )b 8
V 1 ( D 2 d 2 )b Qt t 8 t 1 2 ( D d 2 )b 8 Qt 2 ( D d 2 )b
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
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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
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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
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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。
简述柱塞式液压缸的工作原理和用途
简述柱塞式液压缸的工作原理和用途
柱塞式液压缸是一种常见的液压执行元件，它的工作原理是利用液压系统中的液体压力来推动柱塞行进，完成力的传递和动作。
柱塞式液压缸由柱塞、油缸、密封装置和连接件等组成。
油缸中装有液压油，当液压油通过管道进入柱塞的一侧时，压力会将柱塞推动向另一侧，从而产生线性运动。
柱塞的线性运动可用于推动其他机械部件，实现各种工作任务。
柱塞式液压缸的用途非常广泛。
它常见于各种工程机械、冶金设备、煤矿机械、船舶、农机等。
它可以用于举升、推拉、弯曲、剪切等工作，具有传动力大、动作平稳、响应迅速等优点。
同时，柱塞式液压缸具有自锁性能，即使在液压系统停止工作时，它也能保持位置不会发生位移。
因此，柱塞式液压缸在工业中有着广泛的应用。
液压-第04章液压执行元件
可以看出，液压马达总的输出转矩等于处在马达压 力腔半圆内各柱塞瞬时转矩的总和。
由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总
的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是 脉动的，通常只计算马达的平均转矩。
Ft Ft Ft FN
Ft
F F
13
4.1.3 低速大扭矩液压马达
低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常 这类马达在结构形式上多为径向柱塞式,其特点是：最低转 速低，大约在5~10转/分；输出扭矩大，可达几万牛顿米； 径向尺寸大，转动惯量大。
动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不
大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况。
9
柱塞式马达的工作原理
当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞被顶 出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为 轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分 力使缸体产生转矩。
Ft Ft Ft Ft FN
由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效 率，等于机械效率与容积效率的乘积。
8
4.1.2
高速液压马达
一般来说，额定转速高于 500r/min 的马达属于高 速马达，额定转速低于 500r/min 的马达属于低速马达。
高速液压马达基本型式：齿轮式、叶片式和轴向 柱塞式等。 它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启
（2.32）
马达的实际输出转矩小于理论输出转矩： pV T m （2.33） 2 因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机 械效率。
7
• 功率和总效率 马达的输入功率为
N i pq
马达的输出功率为 N o 2nT 马达的总效率为
（2.34） （2.35） （2.36）
由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总
的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是 脉动的，通常只计算马达的平均转矩。
Ft Ft Ft FN
Ft
F F
13
4.1.3 低速大扭矩液压马达
低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常 这类马达在结构形式上多为径向柱塞式,其特点是：最低转 速低，大约在5~10转/分；输出扭矩大，可达几万牛顿米； 径向尺寸大，转动惯量大。
动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不
大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况。
9
柱塞式马达的工作原理
当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞被顶 出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为 轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分 力使缸体产生转矩。
Ft Ft Ft Ft FN
由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效 率，等于机械效率与容积效率的乘积。
8
4.1.2
高速液压马达
一般来说，额定转速高于 500r/min 的马达属于高 速马达，额定转速低于 500r/min 的马达属于低速马达。
高速液压马达基本型式：齿轮式、叶片式和轴向 柱塞式等。 它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启
（2.32）
马达的实际输出转矩小于理论输出转矩： pV T m （2.33） 2 因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机 械效率。
7
• 功率和总效率 马达的输入功率为
N i pq
马达的输出功率为 N o 2nT 马达的总效率为
（2.34） （2.35） （2.36）
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。
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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
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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 )
《液压传动》(课件)-第四章精选全文
4．缓冲装置
图 液压缸缓冲装置的形式
缓冲装置有两种形式：一种为节流式， 它是指在液压缸活塞运动至接近缸盖时，使低 压回油腔内的油液，全部或部分通过固定节流 或可变节流器，产生背压形成阻力，达到降低 活塞运动速度的缓冲效果，图中的（a）， （b），（d），（e），（f）均属于此类。
另一类为卸载式，如图（c）所示，它是 指在活塞运动至接近缸盖时，双向缓冲阀2的 阀杆先触及缸盖，阀杆沿轴向被推离起密封作 用的阀座，液压缸两腔通过缓冲阀2的开启而 高低压腔互通，缸两腔的压差迅即减小而实现 缓冲。
当解锁压力油卸除之后又能自动锁紧。
1—锁紧套筒；2—活塞杆； 3—活塞
图套筒式锁紧装置
二、刹片式锁紧装置
如图所示，在液压缸的端盖上带有一 制动刹片1，它在碟形弹簧 2 的作用下被紧 紧地压在活塞杆 3 上，依靠摩擦力抵消轴 向力，从而使活塞杆锁紧在任意位置上。
当解锁压力油进入 A 腔后，在液压力 的作用下，将制动刹片顶开，使之脱离活 塞杆，达到解锁的目的。
F1
F2
(p1
p2 )A m
π 4
(D2
d2 )( p1
p2 )m
（4-1）
v1
v2
q A
v
（4-2）
式中， A ——液压缸的有效面积； ηm ——液压缸的机械效率； ηv——液压缸的容积效率； D ——活塞直径； d ——活塞杆直径； q ——输入液压缸的流量；
p1 ——进油腔压力；
p2 ——回油腔压力。
图（b）所示为半环连接，缸筒壁部因开了环形槽而削弱了 强度，因此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻， 常用于无缝钢管或锻钢制造的缸筒上。
图（c）所示为螺纹连接，缸筒端部结构复杂，外径加工时 要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重 量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。
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
液压气动技术基础 第4章
4.1 液压缸的工作原理与结构
三、液压缸结构设计中的几个基本问题
1、缸体与缸盖的连接 • 拉杆连接：前、后端盖装载缸体两边，用四根拉杆（螺栓） 拉杆连接： 将其紧固。这种连接结构简单、装拆方便，但外形尺寸较 大，重量较大，通常只用于较短的液压缸。 • 法兰连接：在无缝钢管的缸体上焊上法兰盘，再用螺钉与 法兰连接： 端盖紧固。这种连接结构简单，加工和装拆都方便，缺点 连接端部较大，外形尺寸大。但是尺寸和重量比拉杆连接 要小，应用广泛。 • 内半环连接：内半环连接结构紧凑，重量小，工作可靠， 内半环连接： 但缸体铣出了半环槽后，消弱了其强度，所以相应要加大 缸体的壁厚。
4.1 液压缸的工作原理与结构
2、单活塞杆液压缸 1）无杆腔进油时：
4.1 液压缸的工作原理与结构
2、单活塞杆液压缸 2）有杆腔进油时：
活塞运动速度v2与v1之比称为速比 速比， 速比 用λv表示，则
或
4.1 液压缸的工作原理与结构
2、单活塞杆液压缸 3）液压缸差动连接时：
单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，利用两端面积差 进行工作的连接形式,称为液压缸的差动连接 液压缸的差动连接。 液压缸的差动连接
4.1 液压缸的工作原理与结构
二、液压缸的结构
4、活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬 活塞杆 处理并抛光。 5、缓冲装置：为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生 缓冲装置： 缓冲装置 碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏，常在液 压缸前后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行程 终点时速度减慢下来终至停止。 6、放气装置：在安装过程中或停止工作的一段时间后，空气 放气装置： 放气装置 将渗入液压系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低 速时产生爬行、颤抖现象，换向时易引起冲击，因此在液 压缸结构上要能及时排除缸内留存的气体。 7、密封装置是 用以防止油液的泄漏，液压缸常采用O形密封 密封装置是 密封装置 圈和Y形密封圈。
液压传动-第4章 液压缸
(3)当其差动连接时， 作用力：F3=p(A1-A2)=p.(πd2/4) 速度: v3=(Q+Q2)/A1=(Q+v3.A2)/A1 所以 ： v3=Q/(A1-A2)=4Q/πd2
图4-3 差动连接的单活塞杆液压缸
2、双活塞杆液压缸
双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，如图所示。其 组成与单活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接， 活塞与缸筒内壁之间采用间隙密封。
缓冲的原理是使活塞相对缸筒接近行程终端时，在排 油腔内产生足够的缓冲压力，即增大回油阻力，从而降低 缸的运动速度，避免活塞与缸盖高速直接相撞。
液压缸中使用的缓冲装置，常见的有环状 间隙式，节流口可调式或外加缓冲回路等。
i
环状间隙式缓冲装置
节流口可调式缓冲机构
2、液压缸的排气 为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸的
1
二、液压缸的校核
（2）液压缸活塞杆的稳定性验算
只有当液压缸活塞杆的计算长度l≥10d时，才进行 液压缸纵向稳定性的验算。验算可按材料力学有关公式 进行，此处不再赘述。
二、液压缸结构设计中的几个基本问题
1、液压缸的缓冲
当液压缸拖动负载的质量较大、速度较高时，一般应 在液压缸中设缓冲装置，必要时还需在液压传动系统中设 缓冲回路，以免在行程终端发生过大的机械碰撞，致使液 压缸损坏。
4、液压杆其他尺寸参数
液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞 长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度 和特殊要求的其他长度确定。
其中活塞长度B=（0.6-1.0）D；导向套长 度A=（0.6 -1.5）d。为减少加工难度，一般
液压缸缸筒长度不应大于内径的20-30倍。
5、液压缸的校核
（1） 缸筒壁厚δ的验算
液压与气压传动知识要点第4章
液压与气压传动
第4章 执行元件
3.活塞缸的安装形式和选用 3.活塞缸的安装形式和选用
液压与气压传动
第4章 执行元件
二、柱塞缸
1.柱塞缸的工作原理 1.柱塞缸的工作原理 柱塞缸只能制成单作用缸， 柱塞缸只能制成单作用缸，为了实现双向 运动，柱塞缸常成对使用。 运动，柱塞缸常成对使用。 柱塞缸适宜垂直安装 垂直安装， 柱塞缸适宜垂直安装，可利用负载的重力实现 回程。 回程。
液压与气压传动
第4章 执行元件
（1）法兰式连接 在无缝钢管的缸体上焊上法兰盘， 在无缝钢管的缸体上焊上法兰盘，再用螺钉 与端盖紧固。这种联接结构简单， 与端盖紧固。这种联接结构简单，加工和装拆 都很方便，这种结构应用较广， 都很方便，这种结构应用较广，中压液压缸均 采用这种结构。 采用这种结构。 半环式连接（卡键连接） （2）半环式连接（卡键连接） 外半环连接 内半环连接
（1）单叶片摆动缸：最大回转角小于280° 1 单叶片摆动缸：最大回转角小于280° 280 双叶片摆动缸：最大回转角小于180 180° （2）双叶片摆动缸：最大回转角小于180°
动画
液压与气压传动
第4章 执行元件
摆动缸的摆动轴输出转矩T和角速度ω分 别为： 别为： Zb 2 ( D − d 2 )( p1 − p2 )ηcm T=
液压与气压传动
第4章 执行元件
（5）焊接式连接 5 优点：结构简单，尺寸小，工艺性好； 优点：结构简单，尺寸小，工艺性好； 缺点：清洗缸体内孔较困难， 缺点：清洗缸体内孔较困难，由于焊接可能 造成缸体变形。 造成缸体变形。 一般短行程液压缸多用焊接， 一般短行程液压缸多用焊接，不少液压缸 的底盖都采用焊接。 的底盖都采用焊接。 对于自制的中小型非标准液压缸， 对于自制的中小型非标准液压缸，一般采 用法兰连接、螺纹连接和焊接结构。 用法兰连接、螺纹连接和焊接结构。
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
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。
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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 ）
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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。