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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A1
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。
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A
缸 筒
柱 塞 p q （ a ） 图4.3柱塞式液压缸
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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。
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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
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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。
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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
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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。
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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