第4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
液压传动与控制第4章
图4.3.1 带缝隙节流凸台的作动筒
在作动筒主活塞前后各有一个直径比主活塞略小的缓冲 凸台，当作动筒到达行程末端时，凸台将一部分油液封死， 被封闭的油液通过凸台与缸壁间的环形间隙流出，产生液压 阻力，减缓作动筒的速度，起到缓冲的作用。
✓ 节流阀缓冲
4.3.1 缓冲装置
图4.3.2 带单向节流阀的作动筒
图4.1.1 液压作动筒的工作原理 1—筒体；2—活塞；3—活塞杆；4—端盖；5—密封；6—进出管道
4.1.1 液压作动筒的基本原理和结构
结论：作动筒是利用液体压力来克服负载的（包括摩擦 力），利用液体流量维持运动速度。
输人作动筒的液体压力和流量是作动筒的输入参数， 是液压功率；作动筒的输出力和速度（或位移）是其输 出参数，是机械功率。
（a）缸体固定，活塞杆移动
（b）活塞杆固定，缸体移动
图4.1.2 双杆活塞缸
4.1.3 液压缸的基本类型和特点
A
A
F
p1
p2
因双杆液压缸的两端活塞杆直径相等，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。
液压缸活塞的实际推力
F
A(
p1
p2 )m
4
(D2
d
2 )(
p1
p2 )m
(4-15)
➢ 与非差动连接无杆腔进油工况相比，在输入油液压力和流量 都不变的条件下，活塞杆伸出速度较大而推力较小。差动连 接是在不增加液压泵容量和功率的情况下，实现系统快速运 动的有效方法。它的应用常见于组合机床和各类专用机床中。
➢ 在实际应用中，液压传动系统常通过控 制阀来改变单杆活塞缸的油路连接，使 它有不同的工作方式，从而获得快进 （差动连接）工进（无杆腔进油）快退 （有杆腔进油）的工作循环。
在作动筒主活塞前后各有一个直径比主活塞略小的缓冲 凸台，当作动筒到达行程末端时，凸台将一部分油液封死， 被封闭的油液通过凸台与缸壁间的环形间隙流出，产生液压 阻力，减缓作动筒的速度，起到缓冲的作用。
✓ 节流阀缓冲
4.3.1 缓冲装置
图4.3.2 带单向节流阀的作动筒
图4.1.1 液压作动筒的工作原理 1—筒体；2—活塞；3—活塞杆；4—端盖；5—密封；6—进出管道
4.1.1 液压作动筒的基本原理和结构
结论：作动筒是利用液体压力来克服负载的（包括摩擦 力），利用液体流量维持运动速度。
输人作动筒的液体压力和流量是作动筒的输入参数， 是液压功率；作动筒的输出力和速度（或位移）是其输 出参数，是机械功率。
（a）缸体固定，活塞杆移动
（b）活塞杆固定，缸体移动
图4.1.2 双杆活塞缸
4.1.3 液压缸的基本类型和特点
A
A
F
p1
p2
因双杆液压缸的两端活塞杆直径相等，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。
液压缸活塞的实际推力
F
A(
p1
p2 )m
4
(D2
d
2 )(
p1
p2 )m
(4-15)
➢ 与非差动连接无杆腔进油工况相比，在输入油液压力和流量 都不变的条件下，活塞杆伸出速度较大而推力较小。差动连 接是在不增加液压泵容量和功率的情况下，实现系统快速运 动的有效方法。它的应用常见于组合机床和各类专用机床中。
➢ 在实际应用中，液压传动系统常通过控 制阀来改变单杆活塞缸的油路连接，使 它有不同的工作方式，从而获得快进 （差动连接）工进（无杆腔进油）快退 （有杆腔进油）的工作循环。
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 。
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
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
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 )
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D 4
2
d p2
2
D2
F1＞F2; V1＜V2
杆伸出时,推力大,速度小(工作载荷)
杆缩回时,推力小,速度大(空或轻载)
差动连接（动画）
单杆液压缸两腔同时通入压力油的这种连接方式. 速度
v3
4
D q v v3
2
D 4
2
d2
v3
推力
qv d2
4 D p1
2
缸体组件
活塞组件
密封装置 缓冲装置
排气装置
一、缸体组件
缸筒
缸盖 导向套
连接件
1.连接形式
法兰式 半环式
螺纹式
拉杆式
焊接式
(1)法兰式:结构简单，容易加工和装拆，但外形尺 寸和重量都较大，常用于铸铁缸筒,用于大中型缸。 (2)半环式:缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度， 加厚缸壁，易加工和装拆，重量轻，常用于无缝钢管 或锻钢制的缸筒上。 (3)螺纹式:它的缸筒端部结构复杂，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,用于小型缸。 (4)拉杆式:结构的通用性大，容易加工和装拆，但 外形尺寸较大，且较重,用于长度短的中低压缸。 (5)焊接式:结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易 加工，且可能引起变形,用于柱塞式液压缸。
运动密封处摩擦阻力小,不要密封过度
密封件与液压油有良好的相容性
结构简单，工艺性好，成本低
间隙密封 种 类 活塞环密封 密封圈密封
（一）间隙密封:
很小间隙，结构简单，摩擦阻力小，耐高温，但 加工精度高,难以完全消除泄漏，磨损不能自动补偿， 只有在尺寸小(d ＜50mm)、压力低(＜2.5MPa)、速 度高的缸筒和活塞间使用，多用于滑阀中。
2.按作用方式分类
双作用式
单作用式
3.按固定方式分类
缸体固定式
活塞杆固定式
一、 活塞式液压缸
双杆式——双作用式 单杆式 双作用式 单作用式
缸体固定 活塞杆固定
缸体固定 活塞杆固定
1.双杆活塞式液压缸(动画1、动画2)
特点
（1）缸筒固定:机 床占地面积大,适于 中小型机床. （2）活塞杆固定: 机床占地面积小,适 于大中型机床.
（一）D的确定：
1.动力较大的设备常由负载确定
（1）当无杆腔进油时： 2 2
4 D p1 p2 4 d p2
F1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D
4 F1 p1
（P2=0）
（2）当有杆腔进油时：
F2
4
D p1 p2
2
4
d p1
2
4 F2 D d2 p1
2.动力小的设备（轻载高速）常由速度确定 （1）当无杆腔进油时：
4
F 3 p1
D 4
2
d
2
p1 4 d
2
差动连接实际有效作用面积是活塞杆的横截面 积,与非差动无杆腔进油时相比,速度大,推力小.即差 动连接速度的提高是以降低了推力为代价的.它可在 不增加流量的前提下(用小流量泵)，实现快速运动 。
差动连接适合于组合机床的动力滑台: 快进 （差动连接） 工进 （无杆腔进油） 快退 （有杆腔进油）
（三）原则 1.停止位置要求不十分准确时—在回路中设置 减速阀或制动阀； 2.要求准确时—在缸的末端设置缓冲装置。 （四）缓冲方式（四种） 1. 圆柱形环隙式：油通 过间隙δ排出，速度降低。 结构简单，初期缓冲力大， 效果较差。
圆柱形环隙式
2. 圆锥形环隙式：稍好。 适用于运动件质量不大，速度不高的场合。 3. 可变节流槽式 4. 可调节流孔式
2.材料 活塞: 整体式：35#，45#, 40Cr,
组合式：铸铁
活塞杆: 实心和空心：35#，45#, 40Cr, 一般表面淬火、镀铬、抛光。
三、密封装置
设 置 原 因 减少内、外泄漏 提高缸容积效率 减少环境污染
良好密封性，压力升高能自动提高密封性
一 般 要 求 有良好耐磨性，寿命长,能自动补偿磨损
当要求快进和快退的速度相等时：
v3
qv d
2
V2
4
D 4
qv
2
d2
D 2d
符号
二、柱塞式液压缸（动画）
特点
1. 柱塞端面受压，为刚度柱塞较粗；柱 塞呈悬空状态，为减重量，做成空心的， 实际面积不变。
2.缸筒内壁和柱塞不直接 接触，有导向套配合导向， 内壁可粗加工。主要用于 长行程机床（最大6～ 8m）,如龙门刨床、大型拉 床、压力机等。
p qv
p qv
（1）
（2）
（3）
用一对柱塞缸实现工作台的往返运动。两柱塞 直径分别为d1=120mm,d2=100mm,当供油流量 qv=10L/min,供油压力p=2MPa时,求： (1)左、右运动速度V1、V2及推力F1和F2。 (2)若液压泵同时向两柱塞供油,工作台将向哪个方 向运动?其速度V3及推力F3是多少?
用三角槽或据负载调节 流阀开口改变缓冲速度。
圆锥形环隙式
可变节流槽式
可调节流孔式
五、排气装置
（一）设置原因 缸在安装或停放重新工作时，会渗入空气不能自 行排出，使液压装置出现振动、颤抖和爬行，并伴 有噪声，影响机械的正常工作，影响被加工表面粗 糙度，损坏刀具。
（二）设置部位 液压缸水平放置时，设在缸筒两腔端部上方； 对速度稳定性要求较高的液压缸 和大型液压缸， 必须设置。
3.它是单作用式缸，为得以双向运动，须成对 使用（动画）；也可靠自重（垂直安装）反 向运动。
p1 qv
速度和推力
v
qv d
2
F p1
4
d2
4
符号
三、组合式液压缸 1.伸缩缸（动画1、动画2）
由两个或多个活塞缸套装而成，伸出时可获得 很长的工作行程，它被广泛用于起重运输车辆上。
它的外伸动作是逐级进行的。首先最大直径的缸 筒以最低的油液压力外伸，当达行程终点，稍小直径 缸筒外伸。随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越 小，工作油液压力随之升高，工作速度变快；缩回时 由小活塞到大活塞。
工作压力p/MPa 往复速度比Φ ≤10 1.33 12.5～20 1.46 或 2 ＞20 2
2. 也可据工作压力或设备类型来选取d。 缸工作压力与活塞杆直径d
工作压力p/MPa ≤5 5～7 ＞7
推荐活塞杆直径d
(0.5～0.55)D
(0.6～0.7)D
0.7D
设备类型与活塞杆直径d
设备类型
活塞杆直径d
速度和推力
V
D 4
qv
2
d2
2
p1
p2 qv
F p1
D 4
2
d 2 p2
D 4
2
d2
D 4
d 2 p1 p 2
双向推力和速度相等,如磨床.
符号
2.单杆活塞式液压缸（动画1、动画2）
特点
压力相同时，推力不等; 流量相同时，速度不等, 即不具有等推力等速度特性
V1
qv D
2
D
4 qv v1
4
V2 qv
2
（2）当有杆腔进油时：
D 4
d2
D
4 qv d2 v 2
（二）d的确定：
1. 通常先从满足速度或速度比Φ 的要求来选择 D2 v2 2 D d2 v1
1 v2 v1 dD D v2
缸往复速度比推荐值
内容
4.1 类型和 特点
4.2 结构
4.3 设计与 计算
重点
单、双杆活塞缸和柱 塞缸的结构及基本输 出、输入计算
难点
液压缸的 典型结构
1.按结构特点分类
活塞缸 双杆式——双作用式 单杆式 双作用式 单作用式
液压缸
柱塞缸 —单作用式 摆动缸 组合缸 双叶片式 单叶片式 伸缩缸 齿条活塞缸 增压缸
（三）排气塞结构
分 体 式
整 体 式
设计参考步骤: (1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。 (2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。
(3)结构强度、刚度的计算和校核。
(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。
(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。
一、液压缸主要尺寸的计算
主要尺寸:D、d、L
p1
4
D p2
2
4
d2
2
p 2 p1
D d
增压是以降低流量为代价的，它不能增大输出能 量,其增压比=D2/d2
符号
p1
单作用式
p2
双作用式
如图三种结构形式的液压缸，活塞和活塞杆直 径分别为D和d，如进入缸的流量为qv，压力为p，试 分析各缸的运动方向、产生的推力及速度大小。
p qv
◎形状: 唇形 ◎种类:
–骨架式 –无骨架式（常用）
四、缓冲装置
（一）设置原因
运动件质量较大，速度较高（V> 0.2m/s），活塞 运动到终端会与端盖发生机械碰撞，影响加工精度， 甚至引起破坏性事故,故要设置缓冲装置,特别是对大 型、高速或高精度的液压缸. （二） 原理 使活塞在接近终端时，增大回油阻力(节流)，降 低运动件运动速度，避免撞击液压缸端盖
2.材料 缸筒 缸盖 导向套
p＜10MPa，使用铸铁; 10＜ p＜20MPa，使用无缝钢管； p＞20MPa，使用铸钢或锻钢。