第二节 液压缸

L
杆固定=2l
2. 工作原理：
无杆腔 进油腔 有杆腔
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
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。
工作原理：
无杆腔 进油腔
有杆腔
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）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
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。
（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、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。
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
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
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。
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
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：

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。
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 。
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) 。
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。
pb pa Km
增压比为大活塞与小柱塞的面积比：
D2 K 2 d
增压缸作为中间环节，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。
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。
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