单杆双作用活塞式液压缸
认识液压缸
三位四通换向阀构成的 卸荷回路
三、速度控制回路
控制执行元件运动速度的回路，一般是 采用改变进入执行元件的流量来实现的。
调速回 路
速度控 制回路
速度换 接回路
定量泵的节流 调速回路
变量泵的容积 调速回路
容积节流复合 调速回路
进油节流调 速回路
回油节流调 速回路
旁路节流调 速回路
1．调速回路
用于调节工作行程速度的回路。
型号：O
P、A、B、T四个通口全部封闭，液压缸闭锁， 液压泵不卸荷。
型号：H
P、A、B、T四个通口全部相通，液压缸活塞呈 浮动状态，液压泵卸荷。
型号：Y
通口P封闭，A、B、T三个通口相通，液压缸活 塞呈浮动状态，液压泵不卸荷。
型号：P
P、A、B三个通口相通，通口T封闭，液压泵与 液压缸两腔相通，可组成差动回路。
溢流阀
P
T 1－阀体 2－阀芯 3－弹簧 4－调压螺杆
2．减压阀
作用：降低系统某一支路的油液压力，使同一系统有两 个或多个不同压力。
减压原理：利用压力油通过缝隙（液阻）降压，使出口 压力低于进口压力，并保持出口压力为一定值。缝隙愈小， 压力损失愈大，减压作用就愈强。平时是打开的。
分类：
直动型减压阀 先导型减压阀
1、组成：
缸筒、缸盖、活塞 和活塞杆、密封装 置、缓冲装置和排 气装置
视频：液压缸和液压马达
一、常见液压缸的图形符号
单作用液压缸：只向左或右腔供油。 双作用液压缸：左右腔都供油。
液压缸的类型及符号
二、液压缸典型结构
1．活塞式液压缸 双作用双活塞杆式液压缸 双作用单活塞杆式液压缸
双作用双活塞杆式液压缸 缸体固定式
液压缸1
向套长度为（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。
液压缸的校核
一、 缸筒壁厚的验算
中、高压液压缸一般用无缝钢管做缸筒，大多属薄 壁筒，即D / ＞10。此时，可根据材料力学中薄壁圆筒 的计算公式验算缸筒的壁厚，即
p max D 2[ ]
当D / ＜10时，可用下式校核缸筒壁厚
三、柱塞式液压缸（柱塞缸）
柱塞式液压缸特点：
（1）柱塞式液压缸是单作用液压缸，即靠液压力只能实现 一个方向的运动，回程要靠自重（当液压缸垂直放置 时）或其它外力，因此柱塞缸常成对使用； （2）柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，柱塞 和缸筒的内壁不接触，缸筒内孔只需粗加工即可
（3）柱塞重量往往比较大，水平放置时容易因自重而下垂，
F ( p1 p2 ) Am
（2）不能实现差动连接。
4
( D d )( p1 p2 )m
2 2
（3）缸体固定时，整个工作台的移动范围约等于活塞有效行程的3倍； 活塞杆固定时，整个工作台的移动范围约等于液压缸有效行程的2倍。
应用：
两个方向力和速度一样的场合。
图形符号：
缸筒固定式
4
3
F2 7771 (N )
F3 = 7466 (N)
v2 0.102(m / s) v3 = 0.106(m / s)
三、柱塞式液压缸（柱塞缸）
活塞式液压缸的缸体内壁要求精加工，当 液压缸较长时加工就显得比较困难，因此在行 程较长时多采用柱塞缸。柱塞缸的内壁不需要 精加工，因为柱塞不和缸体接触，运动时靠缸 盖上的导向套导向，结构简单，制造方便，成 本低，特别适合行程较长的场合。
3 液压油缸
Y型圈
带支撑的Y型圈
缓冲装置
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，导致液压缸损坏。缓冲的 原理是当活塞或缸筒接近行程终端时，在排油腔内增大回油阻 力，从而降低液压缸的运动速度，避免活塞与缸盖相撞。
活塞式液压缸
单活塞杆液压缸的差动连接：
差动连接时，液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积，与非 差动连接无杆腔进油工况相比，
在输入油压力和流量不变的条件下， 活塞杆伸出速度较大，而推力较小。 实际应用中，液压传动系统常通过 控制阀来改变单活塞杆液压缸的油 路连接，使它有不同的工作方式。 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。
半环式连接：连接强度高，但结构复 杂，装拆不便，半环连接多用于高压 和振动较大的场合。
活塞组件的密封
活塞装置主要用来防止液压油的泄漏，良好的密封是液压缸 传递动力、正常动作的保证，根据两个需要密封的耦合面间有 无相对运动，可把密封分为动密封和静密封两大类。 设计或选用密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并 随压力的增加能自动提高密封性，除此以外，摩擦阻力要小、 耐油、抗腐蚀、耐磨、寿命长、制造简单、拆装方便。 常见的密封方法有以下几种。
Y型圈
带支撑的Y型圈
Y形密封圈
Y形圈的密封作用取决于它的唇边对耦合圆的紧密接触程度， 在压力油作用下，唇边对耦合面产生较大的接触压力，从而达 到密封的目的；当液压力升高时，唇边与藕合面贴得更紧，接 触压力更高，密封性能更好。 Y形圈安装时，唇口端面应对着压力高的一侧，当压力变化较 大、滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈。
液压缸的结构
液压油缸分类
§1
§2
液压缸的类型及其特点
摆动式液压缸
液压缸是液压传动系统中的执行元件，它是将 液压能转换为机械能的能量转换装置，用于驱动工 作机构作直线往复运动或往复摆动。
液压缸结构简单、工作可靠，在各种机械的液
压系统中广泛应用。
§1 液压缸的类型及其特点
p61
液压缸(oil cylinder) 有多种形式，按其作用 方式分类，分为单作用式和双作用式两大类。 单作用式液压缸(hydraulic cylinder)是指利用 液压油推动活塞(柱塞)作一个方向运动，而反向运 动则依靠重力或弹簧力等实现。
p62
（简单定义差动连接——双作用单杆油缸左右两腔相
互接通并同时输入压力油时，称为差动连接。)
v3
F3
d
q q
q
q v3 A3
差动连接的意义： 采用差动连接时，不增大油泵的供油量却可得到
较大的速度。
② 活塞反向运动，其速度v2 差动连接不能使运动反向，反向必须非差动连接。
因此要进行如下油路设计， （见右图） 反向速度v2为：
按其安装方式不同，又分缸固定式和活塞杆固定
式两种：
活塞缸
单作用
双作用
双作用双活塞杆
双作用单活塞杆
1、单作用活塞式液压缸 (one-way cylinder) 单作用活塞缸——工作时靠压力油推动，返回时靠 自重(或弹簧)的作用实现。
1）(职能) 图形符号
2、双作用活塞式液压缸(double-acting cylinder)
如上图a)所示，柱塞式液压缸只能单方向向右运动， 反向退回时靠外力，如弹簧力、重力等完成。若要求 往复工作运动时，常将柱塞缸成对使用，即由两个柱 塞缸分别完成相反方向运动。如图b)所示。
双作用单杆活塞式液压缸设计说明书样本
目录设计题目---------------------------------------------------------------------------2液压缸的选型---------------------------------------------------------------------2液压缸主要参数的计算液压缸主要性能参数-----------------------------------------------------2缸筒内径( 缸径) 计算--------------------------------------------------2缸壁壁厚的计算------------------------------------------------------------2流量的计算------------------------------------------------------------------3底部厚度计算---------------------------------------------------------------4最小导向长度的确定------------------------------------------------------4主要零部件设计与校核缸筒的设计------------------------------------------------------------------5缸筒端盖螺纹连接的强度计算-----------------------------------------6缸筒和缸体焊缝连接强度的计算--------------------------------------6活塞设计----------------------------------------------------------------------7活塞的密封-------------------------------------------------------------------8活塞杆杆体的选择----------------------------------------------------------8活塞杆强度的校核----------------------------------------------------------8液压缸稳定性校核----------------------------------------------------------9活塞杆的导向、密封和防尘---------------------------------------------9致谢-----------------------------------------------------------------------------10参考文献-------------------------一.设计题目双作用单杆活塞式液压缸设计主要设计参数:系统额定工作压力: p= 25( Mpa) 驱动的外负载: F =50( KN)液压缸的速度比: λ=1.33 液压缸最大行程: L =640 (mm)液压缸最大伸出速度: λ=4 (m/min) 液压缸最大退回速度: v t =5.32(m/min)缸盖连接方式: 螺纹连接液压缸安装方式: 底座安装缓冲型式: 杆头缓冲二.液压缸的选型液压缸是液压装置中将液压能转换为机械能, 实现直线往复运动或摆动往复运动的执行元件。
HSG系列液压缸
HSG ※01系列液压缸
HSG ※01系列液压缸※型号选择
HSG-双作用单杆活塞式液压缸
缸盖连接方式：L=螺纹式（缸径≤Φ80）；K=卡键式（缸径≥Φ
80） 01 –设计序号
–缸径mm/活塞杆径
mm 液压缸行程 E-压力等级16MPa
–缸头、缸筒连接方式：1=缸头耳环带衬套；2=缸头耻环带关节轴承；3=铰轴（用于缸径≥Φ80卡键式连接）；4=端部法兰（用于缸径≥Φ80卡键式连接）；5=中部法兰（用于缸径≥Φ80卡键式连接） 活塞杆端连接方式代号：1=杆端外螺纹；2=杆端内螺纹（缸径≥63）；3=杆端外螺纹杆头耳环带衬套；4=杆端内螺纹杆头耳环带衬套（缸径≥63）；5=杆端外螺纹杆头耳环带关节轴承；6=杆端内螺纹杆头耳环带关节轴承（缸径≥63）；7=整体式活塞杆耳环带衬套（缸径=40、50）；8=整体式活塞杆耳环带关节轴承（缸径=40、50）
0=不带缓冲；1=两端带缓冲；2=缸头端带缓冲；3=杆头端带缓冲 1=内螺纹
活塞杆端连接方式代号：L1=杆端外螺纹；L2=杆端外螺纹▲ 工作介质代号：O=机油、液压油；W=高水基（乳化液） 注：型号说明中凡标有▲的目前均按非标处理。
※基本参数
注： 1.速比Ψ为活塞腔有效面积与活塞杆腔有效面积之比。
2.最大行程原则上是：Ψ=1.33时，S=8D ；Ψ=1.45时，S=10D ；Ψ=2时，S=12D ；（D 为缸径）。
3.最小行程不包括缸头、缸筒连接方式为铰轴及中部法兰型
※外形安装连接尺寸图（活塞杆端为内螺纹连接）
※外形安装连接尺寸图（活塞杆端为外螺纹杆头耳环连接）
※外形安装连接尺寸图（活塞杆端为外螺纹联接）
※外形安装连接尺寸图（活塞杆端为外螺纹杆头耳环连接）。
第4章液压缸
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
第五章液压缸介绍
例：液压刨床
差动缸：单杆活塞缸的
左右两腔都接通高压油 时称为“差动连接”。
F3 p1 ( A1 A2 ) m p1
d2
4
m
q1
pq
qV 4qV v3 A1 A2 d 2
q2
结论：差动连接后，速度大，推力小。 差动连接时活塞 ( 或缸筒 ) 只能向一个方 向运动，要使它反向运动，油路接法须与非 差动式连接相同。
(2)活塞杆外径d： 可根据满足速度或速度比的要求来选择， 也可根据活塞杆受力状况来确定。 按速度比λv确定：
v 1 dD v
按工作压力确定：
※ 按国标圆整为标准尺寸。
(3)缸筒长度L： 根据最大工作行程长度及各种结构需要来 确定，即： L=l+B+A+M+C
式中：l—活塞的最大工作行程； B—活塞宽度，一般为(0.6-1)D; A—活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D; M—活塞杆密封长度，由密封方式定； C—其他长度。
摩擦环密封：依靠套在活塞上的摩擦环在O 形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。 适用于缸筒和活塞之间的密封。
O形密封圈和V形密封圈：利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合 面之间来防止泄漏。缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和 缸盖之间都能使用。
(四)缓冲装置
设计液压缸时，须注意以下几点：
尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在
受压状态下具有良好的稳定性；
考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排 气问题；
正确确定液压缸的安装、固定方式；
液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设 计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、加工、 装配和维修方便； 在保证能满足运动行程和负载力的条件下，应尽 可能地缩小液压缸的轮廓尺寸； 要保证密封可靠，防尘良好。
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4.1.4 其它液压缸
1.增压缸
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。
增压比为大活塞与小柱塞的面积比K＝D 2/d 2 小柱塞缸输出的压力 pb＝ paKηm
增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。
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。
双作用式
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18
4.1.4 其它液压缸(续2）
3.齿条活塞缸
齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将 活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机 构、回转工作台转位、液压机械手等。
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19
4.2 液压缸的典型结构及组成
4.2.1 液压缸的典型结构举例
摆动运动
{ 摆动缸（摆动马达） 齿轮缸
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3
4.1.1 活塞式液压缸
1.单杆双作用活塞式液压缸
(1).结构 缸体、活塞、活塞杆、密封、缸盖等
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4
1.单杆双作用活塞式液压缸
(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。
●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。） 应用于行程较长的场合。
职能符号：
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15
4.1.3 摆动式液压缸
当通入液压油，它的主轴能
输出小于360°的摆动运动
的缸称为摆动式液压缸。常 用于辅助装置，如送料和转 位装置、液压机械手及间歇 进给机构。
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5
1、单杆双作用活塞式液压缸（续1）
(3).职能符号
单杆双作用活塞缸
单杆单作用活塞缸
双向液压驱动
单向液压驱动， 回程靠外力。
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6
1、单杆双作用活塞式液压缸（续2）
(4).主要参数及计算
1)速度
v 1
q A
1
4q D2
v 2
q A
2
4q (D 2 d 2 )
第4章 液压缸
主讲教师：张 萌
主要内容
4.1 液压缸的类型及特点 4.2 液压缸的典型结构及组成 4.3 液压缸的设计与计算
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2
4.1 液压缸类型及特点
作用：压力能——机械能,用于实现直线往复运动
液压缸的类型 直线运动
活塞缸
{ { 柱塞缸
单杆 双杆
{ 单作用 双作用 差动
伸缩缸
其本身不能直接作为执行元件
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4.1.4 其它液压缸(续1）
2.伸缩液压缸
它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。
单作用式
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。
结论1
同样 q时，v1 < v2 ；
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7
1、单杆双作用活塞式液压缸（续3）
(4).主要参数及计算
2)推力
F1 p1A1 p2A2
πD2
πD2 πd2
P1
p1
4
p2(
4
) 4
πD2
πd2
4 (p1 p2 ) 4 p2
F2 p1A2 p2A1
πD2 πd2
１. 双作用单活塞杆液压缸
1—耳环 2—螺母 3—防尘圈 4、17—弹簧挡圈 5—套 6、15—卡键 7、14—O形密封圈 8、12—Y形密封圈 9—缸盖兼导向套 10—缸筒 11—活塞 13—耐磨环 16—卡键帽 18—活塞杆 19—衬套 20—缸底
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20
4.2.1 液压缸的典型结构举例
1.缸筒和缸盖结构
(a)法兰连接式 (b)半环连接式 (c)螺纹连接式 (d)拉杆连接式 (e)焊接连接式 1—缸盖2—缸筒3—压板4—半环5—防松螺帽6—拉杆
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2.空心双活塞杆式液压缸
1—活塞杆 2—堵头 3—托架 4、17—V形密封圈 5、14—排气孔 6、19—导向套 7—O形密封圈 8—活塞 9、22—锥销 10—缸体 11、20—压板 12、21—钢丝环 13、23—纸垫 15—活塞杆 16、25—压盖1 8、24—缸盖
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4.2.2 液压缸的组成
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12
2.双杆活塞缸(续2）
缸固定
杆固定
L L=3l
L L=2l
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13
4.1.2 单作用柱塞缸
●单向液压驱动，回程靠外力。
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4.1.2 单作用柱塞缸(续）
1.参数计算
推力：
F
pA
d2
p
4
速度： v
q A
4q d 2
2ห้องสมุดไป่ตู้特点及应用：
(1).结构特点 两侧有效工作面积一样。
(2).基本参数
F1
F2
p1A
p2A
π 4
(D2
d2 )(p1
p2 )
v 1
v 2
q A
4q (D 2 d 2 )
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2.双杆活塞缸（续1）
(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
{ 缸固定 L=3 l 杆固定 L=2 l L—活塞有效工作行程。
πD2
p1( 4 4 ) p2 4
πD2 4
(p1
p2 )
πd2 4
p1
P2
结论2 p 一样，F1 > F2
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P2
P1 8
(5).差动缸
q1 q q2
活塞只有一个，设此时的速度为v3
q1 A1v 3 q2 A2v 3
代入上式： A1v 3 q A2v 3 q v 3(A1 A2 )
P q1
速度： v 3
q A1 A2
q A杆
4q d 2
pq
推力：
d2
F3 pA1 pA2 p( A1 A2 ) pA杆 p 4
特点：v3 > v1 ；F3 < F1 。
结论 差动连接后，速度大，推力小
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P q2
9
(5).差动缸（续）
Q v3
q A杆
v2
q A2
如令： A杆 A 2 则有： v2 v3
d 2
D2 d2
44
d 2 D2 d 2
D2 2d 2
P q1
pq
D 2d 或 d 0.707 D
结论：当 D 2 d 时，快进、快退速度相等。
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P q2
10
2.双杆活塞缸