第4章 液 压 缸
液压缸是液压系统的执行元件，它是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 360°的摆动。液压缸结构简单、配制灵活、设计、制造比较容易、使用维护方便，所以得到了广泛的应用。
4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算
液压缸在工程实际中应用广泛，分类方法也有所不同，一般说来，液压缸的类型见表 4-1。按照结构特点，可分为活塞式、柱塞式和摆动式三大类。按照作用方式可分为单作用式和双作用式两种。
表4-1 液压缸的类型及图形
各称 图形 说明
单作用
活塞单向作用，依靠弹簧使活塞复位
单
杆
双作用
活塞双向作用，左、右移动速度不等，差动连接时，可提高运动速度
活
塞
式液压缸
双杆
活塞左、右运动速度相等
单柱塞
柱塞单向作用，依靠外力使柱塞复位
柱塞式液压缸
双柱塞
双柱塞双向作用
摆动式液压缸
单叶片
输出转轴摆动角度小于
300°
液压传动
·90·
·90·
(续)
各称 图形 说明
双叶片
输出转轴摆动角度小于
150°
增力液压缸
当液压缸直径受到限制而长度不受限制时，可获得大的推力
增压液压缸
由两种不同直径的液压缸组成，可提高B腔中的液压力
伸缩液压缸
由两层或多层液压缸组成，可增加活塞行程
多位液压缸
活塞 A 有三个确定的位置
其他液压缸
齿条液压缸
活塞经齿条带动小齿轮，
使它产生旋转运动
4.1.1 活塞式液压缸
活塞式液压缸由缸筒、活塞和活塞杆、端盖等主要部件组成。通常有单杆和双杆两种形式。又有缸筒固定、活塞移动与活塞杆固定、缸筒移动两种运动方式。
1,单杆活塞式液压缸
单杆液压缸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运动行程的两g1505。由于单杆液压缸g5050g2503两g14120的活塞有g6940作用g19766g12227 A
1
和 A
2
不g11468等，所以，g17837
种液压缸g1867有三种g17842g6521方式，g3926g3282 4.1 所g12046。在三种不同的g17842g6521方式中，g2375使g17767g1849液压缸
g8845液的压力和g8981g18339g11468同，g1866g17767g1998的g6524力和g17907g5242大小也g2520不g11468同。活塞杆g6524g1998的作用力较大，
g17907g5242较g5942g727g13792活塞杆g6301g1849g7114，作用力较小，g17907g5242较g5567。
A
第4章 液压缸
·91·
·91·
(a) 无杆腔进油 (b) 有杆腔进油 (c) 差动连接
图4.1 单杆活塞式液压缸
(1) g5415g7092杆g14120g17839g8845、有杆g14120g3250g8845g7114
222
111221 2
ππ
()
44
F pA pA p D p D d=? = (4.1)
1 2
1
4
π
q q
v
A D
== (4.2)
式中 F
1
g252g252g6524力g727
1
v g252g252运动g17907g5242g727
1
p g252g252g17839g8845压力g727
2
p g252g252g3250g8845压力。
g14521g3250g8845g14120直g6521g6521g8845g12677，
2
p g3000，g2029g726
2
1111
π
4
F pA p D== (4.3)
(2) g5415有杆g14120g17839g8845、g7092杆g14120g3250g8845g7114
22 2
212211 2
ππ
()
44
F pA pA p D d p D=?= (4.4)
2 22
2
4
π()
v
A Dd
==
(4.5)
式中 F
2
g252g252g6524力g727
2
v g252g252运动g17907g5242g727
1
p g252g252g17839g8845压力g727
2
p g252g252g3250g8845压力。
g14521g3250g8845g14120直g6521g6521g8845g12677，
2
p g3000，g2029g726
22
2121
π
()
4
F pA p D d==? (4.6)
2
v 与
1
v g1055比g12228为液压缸的g17907g5242比
v
λ,g2375
2
v 2
1
1
1
v
v
d
D
λ ==
(4.7)
液压传动
·92·
·92·
(3) 液压缸g5050g2503两g14120同g7114g17839g1849压力g8845，g2375g5058动g17842g6521
在g5058动g17842g6521g7114，液压缸g5050g2503两g14120同g7114g17839g1849压力g8845，但g3252为两g14120的有g6940作用g19766g12227不等，
g6937活塞g2533g2503运动。有杆g14120g6502g1998的g8981g18339q′ =
3
v A
2
也g17839g1849g7092杆g14120，g2164大了g5050g14120的g8981g18339(q+ q′ )g1186
g13792g2164g5567了活塞移动的g17907g5242，g14521不g13783g15397g6451g3845，g2029g5058动缸活塞g6524力F
3
和运动g17907g5242
3
v 为
2
3112 1
π
()
4
F pA A p d=?= (4.8)
22
3
3
2
1
π
()
4
π
4
q Ddv
v
A
D
+?
′+
==
g6984g10714得
3 2
4
π
q
v
d
= (4.9)
由g990g17860可g11705，g5058动g17842g6521比g19762g5058动g17842g6521g7114的g6524力小g13792运动g17907g5242g5567，所以，g17837种g17842g6521形式是以g1955小g6524力为g1207g1227g13792g14731得g5567g17907运动的。
单杆液压缸是广泛应用的一种执行元件，g17878用于g6524g1998g7114g6227g2475工作g17745g14667、g17876g3250g7114为g12366g17745
或g17745g14667较小的液压g16025g13634。
2,双杆活塞式液压缸
双杆活塞式液压缸g3926g32824.2所g12046，g32824.2(a)为缸筒固定式，它的g17839、g1998g8845g2487g5079g13634在缸筒两端，活塞通g17819活塞杆g5114动工作台移动，g5415活塞的有g6940行程为 l g7114g6984g1022工作台的运动范围为 3l，g3252g8504g2356g3332g19766g12227大，g17878用于小型机g5214。g3282 4.2(b)为活塞杆固定形式，g17837种g4445g16025g17842g6521是缸体与工作台g11468g17842，活塞杆通g17819g6915g7562固定在机g5214g990，动力由缸体g1268g1998，g3252g8504工作台移动范围等于两g1505的有g6940行程l，g14422g11477了g2356g3332g19766g12227，g17878用在行程较g19283的机g5214中。
(a) 缸筒固定 (b) 活塞杆固定
图4.2 双杆活塞式液压缸及其安装形式
双杆活塞式液压缸，活塞两g1403都g16025有活塞杆，由于两g14120的有g6940g19766g12227g11468等，g6937活塞往g17832
的作用力和运动g17907g5242都g11468等，g2375
第4章 液压缸
·93·
·93·
22
12 12
π
()( )()
4
F Ap p D d p p=?=
22
4
π()
v
A Dd
==
g8504种形式的液压缸在机g5214中常用。
4.1.2 柱塞式液压缸
活塞式液压缸的g1881g3733要g8726g12946g2164工，g5415液压缸较g19283g7114g2164工g4613g7186得比较g3268g19602，g3252g8504在行程较g19283g7114g3822g18331用柱塞缸。柱塞缸的g1881g3733不g19668要g12946g2164工，g2494g19668要g4557柱塞杆g17839行g12946g2164工，它结构简单，制造方便，成g7424g1314。
g32824.3为柱塞缸的结构。它由缸体、柱塞、g4560g3883、g4506g4565g3292、压盖等g19658件组成。
柱塞缸g2494能在压力g8845作用g991g1147g10995单g2533运g2163，它的g3250程g1523g2173于运动件的g14270g18337或g3818力的作用(g3414直g6930g13634或g5389g12795力等)。为了得到双g2533运动，柱塞缸常成g4557使用g3926g32824.3(b)所g12046。为g1955轻
g18337g18339，防止柱塞水平g6930g13634g7114g3252g14270g18337g13792g991g3414，常把柱塞做成g12366心的。
(a) (b)
图4.3 柱塞缸
4.1.3 摆动式液压缸
摆动式液压缸又g12228为摆动液压马达或g3250转液压缸，它把g8845液的压力能转变为摆动运动的机械能。常用的摆动式液压缸有单叶片和双叶片两种。
g32824.4(a)所g12046为单叶片摆动式液压缸。隔板1用螺钉和圆柱销固定在缸体2g990。g5415压力
g8845g17839g1849g8845g14120g7114，g6524动转轴 3 作逆g7114针旋转，另一g14120的g8845g6502g3250g8845g12677。g5415压力g8845反g2533g17839g1849g8845g14120
g7114，转轴顺g7114针转动。它的摆动范围一般在300°以g991。设摆动缸g17839g1998g8845g2487压力分别为
1
p 和
2
p,g17767g1849的g8981g18339为q，g14521不g13783g15397泄漏和摩擦g6451g3845，它的g17767g1998转矩T和角g17907g5242ω分别为g726
22
12 12
()d()()
2
R
r
b
T bpprr Rrpp=?=
∫
22
2
2π
()
q
n
b Rr
ω ==
式中 bg252g252叶片宽g5242g727
r、Rg252g252叶片底端、顶端g3250转半径。
g3926g32824.4(b)所g12046为双叶片摆动式液压缸。g5415按g3282g12046方g2533g17767g1849压力g8845g7114，叶片和g17767g1998轴顺g7114针转动g727反g1055，叶片和g17767g1998轴逆g7114针转动。双叶片摆动式液压缸的摆动范围一般不超g17819150°。
液压传动
·94·
·94·
(a) 单叶片式 (b) 双叶片式
图4.4 摆动液压缸示意图
1—隔板；2—缸体；3—转动轴；4—叶片
4.1.4 其他液压缸
1,增力缸
g3282 4.5 所g12046为由两g1022单杆活塞缸串联在一起的增力缸，g5415压力g8845通g1849两缸g5050g14120g7114，串联活塞g2533g2503运动，两缸g2503g14120的g8845液同g7114g6502g1998，g17837种g8845缸的g6524力等于两缸g6524力的总和。由于增g2164了活塞的有g6940g19766g12227，g3252g13792使活塞杆g990的g6524力或g6301力得到增g2164。设g17839g8845压力为 p，活塞直径为D，活塞杆直径为d，不g13783g15397摩擦g6451g3845，增力缸的牵引力为
222 22
ππ π
()(2)
44 4
F pD p D d p D d=+?=?
g5415单g1022液压缸g6524力不足，缸径g3252g12366间限制不能g2164大，但轴g2533g19283g5242允许增g2164g7114，可g18331用
g17837种增力缸。增力缸另一g1022用途是作g3822缸的同步g16025g13634，g17837g7114常g12228它为等g18339分配缸或等g18339缸。
2,增压缸
g3282 4.6 所g12046为由活塞缸和柱塞缸组合g13792成的增压缸，用以使液压系统中的局部区域g14731
得高压。在g17837里活塞缸中活塞的有g6940工作g19766g12227大于柱塞的有g6940工作g19766g12227，所以g2533活塞缸g7092
杆g14120送g1849g1314压g8845g7114，可以在柱塞缸那里得到高压g8845，它们g1055间的关系为
图4.5 增力缸示意图 图4.6 增压缸示意图
第4章 液压缸
·95·
·95·
22
12
ππ
44
D pdp=
2
211
D
p pKp
d
==
式中
1
p,
2
p g252g252增压缸的g17767g1849压力(g1314压)、g17767g1998压力(高压)g727
D、dg252g252活塞、柱塞的直径g727
Kg252g252增压比K=D
2
/d
2
。
由g990式可g11705，g5415D=2dg7114，
2
p =
1
4 p,g2375压力增大4g1505。单作用增压缸g2494能单方g2533间歇增压，g14521要g17842续增压g4613g19668g18331用双作用式增压缸。
3,伸缩式液压缸
g3926g3282 4.7 所g12046为伸缩式液压缸的结构g3282，它是由两g3883活塞缸g3883g16025g13792成，件 1 g4557缸体 3
是活塞，g4557活塞2是缸体。g5415压力g8845g1186Ag2487通g1849，活塞1先伸g1998，然后活塞2伸g1998。g5415压力g8845g1186Bg2487通g1849，活塞2先缩g1849，然后活塞1缩g1849。总g1055，按活塞的有g6940工作g19766g12227大小依次动作，有g6940g19766g12227大的先动，小的后动。伸g1998g7114的g6524力和g17907g5242是分级变化的，活塞 1 有g6940
g19766g12227大，伸g1998g7114g6524力大g17907g5242g1314，第二级活塞2伸g1998g7114g6524力小g17907g5242高。g17837种液压缸的特点是g726
在g2520级活塞依次伸g1998g7114可以g14731得较g19283的行程，g13792在收缩后轴g2533尺寸很小。常用于翻斗汽车、
起g18337机和挖掘机等工程机械g990。
图4.7 伸缩式液压缸
1—活塞；2—活塞；3—缸体
4.2 液压缸的典型结构
g32824.8所g12046为单杆液压缸的结构g3282，它主要由缸筒4、活塞6、活塞杆7、前后端盖8、
1、g4506g4565件5等主要部件组成。缸筒与端盖用螺栓g17842g6521，活塞与缸筒，活塞杆与端盖g1055间有两种g4506g4565形式，g2375为橡塑组合g4506g4565与唇形g4506g4565g727该液压缸g1867有双g2533缓冲g2163能，工作g7114压力
g8845经g17839g8845g2487，单g2533阀g17839g1849工作g14120，g6524动活塞运动，g5415活塞临近终点g7114，缓冲g3883切断g8845路，
g6502g8845g2494能经g14422g8981阀g6502g1998，起g14422g8981缓冲作用。
液压传动
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·96·
图4.8 单杆液压缸结构
1—后端盖；2—缓冲节流阀；3—进出油口；4—缸筒；5—密封件；6—活塞；7—活塞杆；
8—前端盖；9—导向套；10—单向阀；11—缓冲套；12—导向环；13—无杆端缓冲套；14—螺栓
g1186g990g19766所g17860的液压缸典型结构中看g1998，液压缸的结构基g7424g990可以分为缸体组件、活塞组件、g4506g4565g16025g13634、缓冲g16025g13634和g6502气g16025g13634等五部分。
4.2.1 缸体组件
缸体组件与活塞组件构成g4506g4565的容g14120g6227g2475g8845压。g3252g8504缸体组件要有足够的强g5242、较高的表g19766g12946g5242和可靠的g4506g4565性。缸体组件指的是缸筒与缸盖，g1866使用材料、g17842g6521方式与工作压力有关，g5415工作压力 p＜10MPa g7114使用铸铁缸筒，g5415工作压力 10MPa≤p＜20MPa g7114使用g7092缝钢管，p≥20MPag7114使用铸钢或锻钢。
g18331用法兰g17842g6521(g3926g3282 4.9(a)所g12046)，结构简单、g2164工方便、g17842g6521可靠，但要g8726缸筒端部有足够的g3733厚，用以g4445g16025螺栓或旋g1849螺钉。缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊g6521方式制成粗大的g3818径。
g18331用半g10627g17842g6521(g3926g32824.9(b)所g12046)，工g14414性g3921、g17842g6521可靠、结构g13051g1957，但g2078g5381了缸筒强g5242。
g17837种g17842g6521常用于g7092缝钢管缸筒与缸盖的g17842g6521中。
g18331用螺g13453g17842g6521(g3926g3282 4.9(c)所g12046)，特点体g12227小、g18337g18339轻、结构g13051g1957，但缸筒端部结构复g7446。常用于g7092缝钢管或铸钢的缸筒g990。
(a) (b) (c)
图4.9 缸筒和端盖结构
g6301杆g17842g6521结构简单、工g14414性g3921、通用性强，但端盖的体g12227和g18337g18339较大，g6301杆g2475力后g1262
变形，g5445g2721g4506g4565g6940g7536，g17878用于g19283g5242较小的中g1314压缸。
第4章 液压缸
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焊g6521式g17842g6521强g5242高，制造简单，但焊g6521g7114易引起缸筒变形，g1000g7092法g6298g2380。
4.2.2 活塞组件
活塞组件由活塞、活塞杆和g17842g6521件等组成。活塞一般用g13796g11964铸铁制造，活塞杆不g16782g12366
心的和实心的，大g3822用钢料制造。活塞和活塞杆的g17842g6521方式很g3822，但g7092g16782g18331用g2750种g17842g6521方式，都g5529g20047g1457g16789g17842g6521可靠。g6984体式和焊g6521式活塞结构简单，轴g2533尺寸g13051g1957，但g6451g3363后g19668g6984
体g7368换。g19193销式g17842g6521g2164工容易，g16025配简单，但g6227g17745能力小，g1000g19668要有g5529要的防止g14085g14865g6526g7057。
螺g13453式g17842g6521见g3282 4.10(a)结构简单，g16025g6298方便，但g19668g3803有螺g8609防g7506g16025g13634。半g10627式g17842g6521见g3282
4.10(b)强g5242高，但结构复g7446，g16025g6298不便。
(a) 螺纹式连接结构 (b) 半环式连接结构
图4.10 活塞与活塞杆连接形式
4.2.3 密封装置
g4506g4565g16025g13634的作用是用来g19471止有压工作g1183g17148的泄漏，防止g3818g11040g12366气、g9796g4588、g8757g3446与g5334g10301
的g1417g1849。g1866中起g4506g4565作用的元件g12228g4506g4565件。通常在液压系统或元件中，g4396在工作g1183g17148的g1881
泄漏和g3818泄漏，g1881泄漏g1262g19489g1314系统的容g12227g6940g10587，g5706化设g3803的性能指g7643，g10990g14279使g1866g7092法g8503常工作。g3818泄漏g4560g14280g8981g18339g1955g4581，不g1177g8757g7591g10627g3671，有可能引起g9791g9810，g1017g18337g7114可能引起设g3803g6937g19568
和g1166g17535g1119g6937。系统中g14521g1417g1849g12366气，g4613g1262g19489g1314工作g1183g17148的g5389性g8181g18339，g1147g10995气g12360，有可能引起
g6403动和g3134g3780。g9796g4588和g5334g10301g7094g1262g3593塞小g4392和缝g19565，又g1262增g2164液压缸中g11468g1126运动件g1055间的摩擦
g11964g6451，g19489g1314使用g4563g2641，g5194g1000g2164g17907了g1881、g3818泄漏。所以为了g1457g16789液压设g3803工作的可靠性g2462g6564
高工作g4563g2641，g4506g4565g16025g13634与g4506g4565件不容g5585g16282。液压缸的g4506g4565主要指活塞、活塞杆g3800的动g4506g4565
和缸盖等g3800的g19757g4506g4565。常用的g4506g4565方法有g726
1,间隙密封
g17837是依靠两运动件配合g19766g1055间g1457g6357一很小的间g19565，使g1866g1147
g10995液体摩擦g19471力来防止泄漏的一种方法。用该方法g4506g4565，g2494g17878
用于直径较小、压力较g1314的液压缸与活塞间g4506g4565。间g19565g4506g4565g4658
于g19762g6521g16314式g4506g4565，它是靠g11468g4557运动件配合g19766g1055间的g5506小间g19565来防止泄漏，实现g4506g4565，见g32824.11，常用于柱塞式液压g8905(马达)
中柱塞和缸体配合、圆柱g9381阀的摩擦g2115的配合中。通常在阀g14467
的g3818表g19766g5332g1972g7477等g17329g12175的g3355压g8145，g1866作用是g4557中性g3921，g1955小液压g2357g13051力，增大g4506g4565能力，g1955轻g11964g6451。g2260压g8145宽g5242为 0.3mmg7940.5mm，g9157 0.5mmg7941mm，
g1866间g19565g1552可g24740.02mmg7940.05mm。g17837种g4506g4565摩擦g19471力小、结构简单，但g11964g6451后不能g14270动g15929g1619。
图4.11 间隙密封
液压传动
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·98·
2,密封圈密封
(1) O形g4506g4565g3292
O 形g4506g4565g3292是由g13796g8845橡g14026制成的g6142g19766为圆形的圆g10627，它g1867有g14403g3921的g4506g4565性能，g1000结构
g13051g1957，运动件的摩擦g19471力小、g16025g2380方便、容易制造、g1227g7696便g4464，g6937在液压系统中广泛应用。
g3926g3282 4.12(a)所g12046为g1866g3818形g3282g727g3282 4.12(b)所g12046为g16025g1849g4506g4565g8819g8145的g5785g1929，
1
δ,
2
δ 是 O 形
g3292g16025配后的g20056压缩g18339，通常用压缩g10587β 表g12046，g2375β =[(d
0
- h)/d
0
]g104100%，g4557于固定g4506g4565、
往复运动g4506g4565和g3250转运动的g4506g4565，应分别达到 15%g79420%、10%g79420%和 5%g79410%，g6177能
g2474得g9397g5859的g4506g4565g6940g7536。g5415g8845液工作压力大于10MPag7114，O形g3292在往复运动中容易g15999g8845液压力g6392g1849间g19565g13792g17819g7101g6451g3363g3926g32824.12(c)所g12046，为g8504g19668在O形g3292g1314压g1403设g13634g13870g3247g8691g1069烯或尼龙制成的挡g3292g3926g32824.12(d)所g12046，g1866厚g5242为1.25mmg7942.5mm。双g2533g2475压g7114，两g1403都要g2164挡g3292g3926g3282
4.12(e)所g12046。
图4.12 O形密封圈
(2) V形g4506g4565g3292
V形g4506g4565g3292的形状g3926g32824.13所g12046，它由纯g13796g8845橡g14026或g3822层夹织g10301橡g14026压制g13792成，通常由g6915g6227g10627g32824.13(a)、g4506g4565g10627g32824.13(b)和压g10627g32824.13(c)组成。g5415压g10627压g13051g4506g4565g10627g7114，g6915撑g10627
使g4506g4565g10627g1147g10995变形g13792起g4506g4565作用。g5415工作压力高于10MPag7114，可增g2164g4506g4565g10627的数g18339，g6564高
g4506g4565g6940g7536。g4445g16025g7114，g4506g4565g10627的g5332g2487应g19766g2533压力高的一g1403。V 形g3292g4506g4565性能g14403g3921，g13796高压、
g4563g2641g19283。通g17819调g14422压g13051力，可g14731得最佳的g4506g4565g6940g7536，但V形g4506g4565g16025g13634的摩擦g19471力g2462结构尺寸较大，主要用于活塞组件的往复运动。它g17878g4464在工作压力为p＜50MPa、温g5242为－40℃g794
80℃的g7477件g991工作。
(a) (b) (c)
图4.13 V形密封圈
第4章 液压缸
·99·
·99·
(3) Y形g4506g4565g3292
Y形g4506g4565g3292g4658唇形g4506g4565g3292，g1866g6142g19766为Y形，主要用于往复运动的g4506g4565。是一种g4506g4565性、
稳定性和g13796压性较g3921、摩擦g19471力小、g4563g2641较g19283的g4506g4565g3292，g6937应用也很普遍。Y 形g3292的g4506g4565
作用依赖于它的唇边g4557偶合g19766的g13051g4506g6521g16314，g5194在压力g8845作用g991g1147g10995较大的g6521g16314应力，达到
g4506g4565目的(见g3282 4.14)。g5415液压力升高g7114，唇边与偶合g19766贴得g7368g13051，g6521g16314压力g7368高，g4506g4565性能g7368g3921。Y 形g3292根据g6142g19766g19283宽比例不同分宽断g19766和窄断g19766两种形式。一般g17878用于工作压力
p≤20MPa、工作温g5242－30℃g794100℃、g17907g5242v≤0.5m/s的场合。
图4.14 Y形密封圈的工作原理
目前液压缸中普遍使用窄断g19766小Y形g4506g4565g3292，它是宽断g19766的改型g1147品，g6142g19766的g19283宽比在2g1505以g990，g3252g13792不易翻转，稳定性g3921，它有等高唇Y形g3292和不等高唇Y形g3292两种，后者又有轴用g4506g4565g3292[g32824.15(a)]和g4392用g4506g4565g3292[g32824.15(b)]。g1866短唇与g4506g4565g19766g6521g16314，g9381动摩擦g19471力小，g13796g11964性g3921，g4563g2641g19283g727g19283唇与g19762运动表g19766有较大的g20056压缩g18339，摩擦g19471力大，工作g7114不窜动。一般g17878用于工作压力p≤32 MPa、使用温g5242为－30℃g794100℃ 的g7477件g991工作。
液压缸高压g14120中的g8845液g2533g1314压g14120泄漏g12228g1881泄漏，液压缸中的g8845液g2533g3818部泄漏g12228g3818泄漏。
由于g4396在g1881泄漏和g3818泄漏，使液压缸的容g12227g6940g10587g19489g1314，g1186g13792g5445g2721g1866工作性能，g1017g18337g7114使系统压力g990不去，g10990g14279g7092法工作g727g1000g3818泄漏还g1262g8757g7591g10627g3671，g3252g8504为了防止泄漏，液压缸中g19668
要g4506g4565的g3332方g5529g20047g18331g2474g11468应的g4506g4565g16025g13634。
(a) (b)
图4.15 小Y形密封圈
4.2.4 缓冲装置
g5415运动件的g17148g18339较大，运动g17907g5242较高( v＞0.2m/s)g7114，由于惯性力较大，g1867有很大的动
g18339。在g17837种g5785g1929g991，活塞运动到缸筒的终端g7114，g1262与端盖发g10995机械碰撞，g1147g10995很大的冲击和g3134g3780，g1017g18337g5445g2721运动g12946g5242，g10990g14279g1262引起g1119g6937，所以在大型、高g17907或高g12946g5242的液压设g3803中，
常设有缓冲g16025g13634。
液压传动
·100·
·100·
缓冲g16025g13634的工作原g10714g726利用活塞或缸筒在g1866走g2533行程终端g7114，在活塞和缸盖g1055间g4565住一部分g8845液，强迫它g1186小g4392或缝g19565中g6392g1998，以g1147g10995很大的g19471力，使工作部件g2475到制动逐渐
g1955g5942运动g17907g5242，达到避免活塞和缸盖g11468g1126撞击的目的。
1) 固定g14422g8981缓冲
g3926g32824.16(a)是缝g19565g14422g8981，g5415活塞移动到g1866端部，活塞g990的凸台g17839g1849缸盖的凹g14120，将g4565
闭在g3250g8845g14120中的g8845液g1186凸台和凹g14120g1055间的g10627状缝g19565δ 中g6392压g1998去，g1186g13792造成背压，迫使运动活塞g19489g17907制动，实现缓冲。g17837种缓冲g16025g13634结构简单，缓冲g6940g7536g3921，但冲击压力较大。
2) 可变g14422g8981缓冲
可变g14422g8981缓冲g8845缸有g3822种形式，有在缓冲柱塞g990g5332三角g8145，有g3822g8845g4392，还有g1866他一些可变g14422g8981缓冲g8845缸，g1866特点在缓冲g17819程中，g14422g8981g2487g19766g12227随着缓冲行程的增大g13792逐渐g1955小，
缓冲g14120中的压力g1972乎g1457g6357不变。g32824.16(b)在活塞g990g5332有横g6142g19766为三角形的轴g2533斜g8145，g5415活塞移近液压缸缸盖g7114，活塞与缸盖间的g8845液g19668经三角g8145g8981g1998，g1186g13792在g3250g8845g14120中形成背压，
达到缓冲的目的。
3) 可调g14422g8981缓冲
g32824.16(c)在缸盖中g16025有针形g14422g8981阀1和单g2533阀2。g5415活塞移近缸盖g7114，凸台g17839g1849凹g14120，
由于它们g1055间间g19565较小，所以g3250g8845g14120中的g8845液g2494能经g14422g8981阀g8981g1998，g1186g13792在g3250g8845g14120中形成背压，达到缓冲的目的。调g14422g14422g8981阀的g5332g2487大小，g4613能调g14422制动g17907g5242。
图4.16 液压缸的缓冲装置
1—节流阀；2—单向阀
4.2.5 排气装置
1,气体的来源
液压系统在g4445g16025g17819程中或g19283g7114间停止工作g1055后g1262渗g1849g12366气，另g3818，g4506g4565不g3921g1262有g12366气
g17839去，g1929g1000g8845液中也含有气体(g7092g16782何种g8845液，g7424g17535总是溶解有3%g79410%的g12366气)。
2,液压缸中的气体对液压系统的影响
g12366气g12227g13870使得液压缸运动不平稳，g1314g17907g7114g1147g10995爬行。由于气体有很大的可压缩性，g1262
使执行元件g1147g10995爬行。压力增大g7114还g1262g1147g10995绝热压缩g13792造成局部高温，有可能烧g3363g4506g4565件。
启动g7114引起g6403动和g3134g3780，换g2533g7114g19489g1314g12946g5242。g3252g8504在设计液压缸g7114，要g1457g16789g2462g7114g6502除g12227留在缸中的气体。
第4章 液压缸
·101·
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3,气体的排除方法
一般利用g12366气比g18337较g8845轻的特点，在液压缸g1881g14120的最高部位设g13634g6502气g4392或专门的g6502气
g16025g13634。
g32824.17g18331用g6502气塞和g6502气阀g726g5415g7506g5332g6502气阀螺钉g7114g5114着g12366气的g8845液，便通g17819g19193g19766间g19565
经小g4392溢g1998，待系统g1881气体g6502完后，便拧g13051螺钉，将g19193g19766g4506g4565，也可在缸盖的最高部位g3800
g5332g6502气g4392，用g19283管道g2533远g3800g6502气阀g6502气。所有的g6502气g16025g13634都是按g8504基g7424原g10714工作的。
(a) 排气塞排气 (b) 排气阀排气
图4.17 排气装置
4.3 液压缸的设计计算
液压缸是液压g1268动的执行元件，它与主机的工作机构有着直g6521的联系，g4557于不同的结构，液压缸同样g1867有不同的用途和要g8726，g3252g8504作为设计者在设计前应作调查研究，准g3803g3921
g5529要的原始资料和设计依据，然后根据设计步骤，综合g13783g15397，反复验算，g6177能g14731得较g9397g5859
的g6940g7536。
4.3.1 液压缸的主要尺寸计算
液压缸的主要尺寸包括缸的g1881径D、活塞杆直径d、液压缸的g19283g5242和活塞杆的g19283g5242等。
液压缸的g1881径和活塞杆的直径的确定方法与使用的液压缸设g3803类型有关，通常根据液压缸的g6524力(牵引力)和液压缸的有g6940工作压力来决定。
液压缸由于用途广泛，g1866结构形式和结构尺寸g3822种g3822样。一般g5785g1929g991g18331用g7643准件，但有g7114也g19668要g14270行设计，结构设计可参g13783g990一g14422，g7424g14422主要g1183绍液压缸的主要尺寸的计算g2462
结构强g5242、刚g5242的验算方法。
液压缸g1881径D和活塞杆直径d可根据液压系统中的最大总负g17745和选g2474的工作压力来确定。g4557于单g1998杆的液压缸g13792言，g7092杆g14120g17839g8845g5194g1000不g13783g15397机械g6940g10587g7114，由式(4.1)可得
()
2
12
12 12
4
π
F dp
D
p ppp
=?
①
有杆g14120g17839g8845g5194g1000不g13783g15397机械g6940g10587g7114，由式(4.4)可得
液压传动
·102·
·102·
()
2
21
12 12
4
π
F dp
D
p ppp
=+
②
式中，一般选g2474g3250g8845背压
2
p =0，于是式①和式②便可简化，g2375g7092杆g14120、有杆g14120g17839g8845g7114
分别为
1
1
4
π
F
D
p
= 或
22
1
4
π
F
D d
p
=+
g990式中的活塞杆直径 d 可根据工作压力或设g3803类型选g2474，也可查机械设计手册或参g13783
表4-2。
表4-2 液压缸工作压力与活塞杆直径
液压缸工作压力p/MPa ≤5 5～7 ＞7
推荐活塞杆直径d/mm
(0.5～0.55)D (0.6～0.7) D 0.7 D
g5415液压缸往复运动g17907g5242比有一定要g8726g7114，由式(4.7)可得杆径d为
v
v
1
dD
λ
λ
=
液压缸g17907g5242比λ
v
见表4-3。计算所得的液压缸g1881径D和活塞杆直径d应查液压设计手册将g1866圆g6984到g7643准系列g1552，参g13783表4-4和表4-5。
表4-3 液压缸往复速度比λ
v
推荐值
工作压力p/MPa ≤10 12.5～20 ＞20
往复速度比λ
v 1.33
1.46，2 2
表4-4 活塞直径系列
20 25 32 40 50 55 63 (65) 70 (75)
80 (85) 90 (95) 100 (105) 110 125 (130) 140
50) 160 180 200 (220) 250 (280) 320 (360) 400
(450) 500 (560) 630 (710) 820 (900) 1000
注：括号中尺寸尽量不用。
表4-5 活塞杆直径系列
10 12 14 16 18 20 22 25 28 (30)
32 35 40 45 50 55 (60) 63 (65) 70
(75) 80 (85) 90 (95) 100 (105) 110 (120) 125
(130) 140 (150) 160 180 200 220 250 (260) 280
320 360 (380) 400 (420) 450 500 (520) 560 (580)
注：括号中尺寸尽量不用。
第4章 液压缸
·103·
·103·
液压缸缸筒g19283g5242由活塞最大行程L、活塞g19283g5242、活塞杆g4560g2533g19283g5242H和特殊要g8726的g1866他
g19283g5242确定(见g32824.18)。g1866中活塞g19283g5242B=(0.6g7941.0)Dg727g4560g2533g3883g19283g5242A=(0.6g7941.5)Dg727g5529要g7114可在g4560g2533g3883和活塞g1055间g16025一隔g3883K，隔g3883的g19283g5242为
1
()
2
C HAB=? +。为了g1955g4581g2164工g19602g5242，一般液压缸的缸筒g19283g5242不应大于g1881径的20g79430g1505。
图4.18 导向长度
4.3.2 液压缸的校核
1,缸筒壁厚δ 的校核
在液压g1268动系统，中、高压液压缸一般用g7092缝钢管制作缸筒，大g3822g4658薄g3733筒，g2375δ/D
≤0.08g7114，按材料力学薄g3733圆筒公式验算g3733厚，g2375
δ ≥
max
2[ ]
pD
σ
式中 p
max
g252g252缸筒g1881最高工作压力(指试验压力)，g13783g15397到液压缸可能g6227g2475冲击，试验压力要远大于工作压力g727
Dg252g252缸筒g1881径g727
[σ ]g252g252缸筒材料的许用应力，[σ ]=
b
σ /n，
b
σ 为材料抗g6301强g5242，n为g4445全系数，一般g2474n=3.5g7945。
g5415液压缸g18331用铸造缸筒g7114，g3733厚由铸造工g14414确定，g17837g7114应按厚g3733圆筒公式验算g3733厚。
g5415δ /D=0.08g7940.3g7114，可用g991式g17839行验算，g2375
δ ≥
max
max
2.3[ ] 3
pD
pσ?
g5415δ /D≥0.3g7114，或可用g991式
max
max
[] 0.4
1
2[]1.3
pD
p
σ
δ
σ
+
=?
2,液压缸活塞杆稳定性验算
g2494有g5415液压缸活塞杆计算g19283g5242L≥10dg7114，g6177g17839行g1866纵g2533稳定性的验算。验算可按材料力学有关公式g17839行，g8504g3800不再赘g17860。
3,液压缸缸盖固定螺栓直径校核
液压缸缸盖固定螺栓在工作g17819程中，同g7114g6227g2475g6301应力和剪切应力，g1866螺栓直径可按g991
液压传动
·104·
·104·
式校核g726
s
d ≥
5.2
π []
kF
Z σ
式中 d
s
g252g252螺栓螺g13453的底径g727
kg252g252螺g13453拧g13051系数，一般g2474k=1.2g7941.5g727
Fg252g252液压缸最大作用力g727
Zg252g252螺栓g1022数g727
[σ ]g252g252螺栓材料的许用应力，[σ ]=σ
S
/n，σ
S
为螺栓材料的屈服g7509限，n为g4445全系数，一般g2474n=1.2g7942.5。
思考题与习题
1,液压缸主要有g2750g1972种类型g731g2520有g1172g1052特点g731g2520g17878用于g1172g1052场合g731
2,液压缸为g1172g1052要有缓冲g16025g13634g731缓冲g16025g13634的基g7424工作原g10714是g1172g1052g731常见的缓冲g16025g13634
有g2750g1972种g731
3,g3926g32824.19所g12046，两g1022结构g11468同g11468g1126串联的液压缸，g7092杆g14120的g19766g12227A
1
=100cm
2
，有杆
g14120的g19766g12227A
2
=80cm
2
，缸1g17767g1849压力
1
p =0.9MPa，g17767g1849g8981g18339
1
q =12L/min，不计g6451g3845和泄漏，g8726g726
(1) 两缸g6227g2475g11468同负g17745g7114(F
1
=F
2
)，该负g17745的数g1552g2462两缸的运动g17907g5242g731
(2) 缸2的g17767g1849压力是缸1的一半g7114(
2
p =
1
p /2)，两缸g2520能g6227g2475g3822g4581负g17745g731
(3) 缸l不g2475负g17745g7114(F
1
=0)，缸2能g6227g2475g3822大的负g17745g731
4,g3926g3282 4.20 所g12046，有一单叶片摆动g8845缸。g8845g8905g1391g8845压力
1
p =10MPa，g1391g8845g8981g18339
q=25L/min，g3250g8845压力
2
p =0.5MPa，g14521g17767g1998轴的角g17907g5242ω =0.7rad/s，R=100mm，r =40mm。
g8726摆动g8845缸叶片宽g5242b和g17767g1998转矩Tg2520为g3822g4581g731
图4.19 串联液压缸 图4.20 单叶片摆动油缸
5,g7588单杆液压缸，g5567g17839g7114g18331用g5058动g17842g6521，g5567g17876g7114高压g8845g17767g1849g8845缸的有杆g14120，g3926活塞g5567
g17839和g5567g17876g17907g5242g3355为6m/min，工g17839g7114活塞杆g2475压力，g6524力25 000N，g5415g17767g1849g8981g18339为25L/min，
背压力为0.2MPag7114，g8726g726
(1) 活塞直径D和活塞杆直径dg2520为g3822g4581g731
(2) g3926g8845缸材料用45钢(许用应力[τ ]=1 200kg/cm
2
)g7114，缸筒g3733厚δ 为g3822g4581g731
(3) g3926液压缸活塞杆为g19140g6521，缸筒固定，g1866g4445g16025g19283g5242l =1.5m，试校核活塞杆的纵g2533稳定性。
第4章 液压缸
·105·
·105·
6,g3926g32824.21所g12046的两液压缸，缸g1881径D，活塞杆直径dg3355g11468同，g14521g17767g1849缸中的g8981g18339都是q，压力为p，g1998g2487g3800的g8845直g6521通g8845g12677，g1000不计一切摩擦g6451g3845，比较它们的g6524力、运动g17907
g5242和运动方g2533。
(a) 并联式增压缸 (b) 串联式增压缸
图4.21 液压缸原理示意图
7,g3926g32824.22所g12046的两g1022单柱塞缸，缸g1881径D，柱塞直径d，g1866中一g1022柱塞缸固定，柱塞g1823服负g17745g13792移动，另一g1022柱塞固定，缸筒g1823服负g17745g13792运动。g3926g7536在g17837两g1022柱塞缸中g17767g1849
同样g8981g18339和压力的g8845液，它们g1147g10995的g17907g5242和g6524力是g2554g11468等g731为g1172g1052g731
8,g3926g32824.23所g12046的液压缸，g14422g8981阀g16025在g17839g8845路g990，设缸g1881径D=125mm，活塞杆直径
d=90mm，g14422g8981阀g8981g18339调g14422范围为 0.05L/ming79410L/min，g17839g8845压力
1
p =4MPa，g3250g8845压力
2
p =1MPa，g8726活塞最大、最小运动g17907g5242和g6524力。
图4.22 单柱塞液压缸 图4.23 液压缸示意图
9,缸径D=63mm，活塞杆径d=28mm，g18331用g14422g8981g2487可调式缓冲g16025g13634，g10627形缓冲g14120小径
d
c
=35mm，g8726缓冲行程 l
c
=25mm，运动部件g17148g18339 m=2000kg，运动g17907g5242
0
v =0.3m/s，摩擦力
F
f
[=950N，工作g14120压力
p
p =70g10410
5
Pag7114的最大缓冲压力。g3926缸筒强g5242不够g7114该g5602g1052g2162g731
10,设计一g5058动g17842g6521的液压缸，g8905的g8981g18339为q=25L/min，压力为6.3MPa，工作台g5567g17839、
g5567g17876g17907g5242为5m/min，试计算液压缸的g1881径D和活塞杆的直径d。g5415g3818g17745为25g10410
3
Ng7114，
溢g8981阀的调定压力为g3822g4581g731
11,设计一单杆活塞液压缸，g5062g11705g3818g17745 F=2g10410
4
N，活塞和活塞杆g3800的摩擦力
F
f
=12g10410
2
N，g17839g1849液压缸的g8845液压力为5MPa，计算缸的g1881径，g14521活塞最大g17907g5242
max
v =4cm/s，
系统的泄漏g6451g3845为10%，应选g3822大g8981g18339的g8905g731g14521g8905的总g6940g10587为 0.85，马达的g20549动g2163g10587
应g3822大g731
液压传动
·106·
·106·
12,一单杆液压缸g5567g17839g7114g18331用g5058动g17842g6521，g5567g17876g7114g8845液g17767g1849缸的有杆g14120，设缸g5567g17839、g5567
g17876g7114的g17907g5242g3355为0.1m/s，工g17839g7114杆g2475压，g6524力为25 000N。g5062g11705g17767g1849g8981g18339q=25L/min，背压
2
p =2g10410
5
Pa，g8726g726
(1) 缸和活塞杆直径D、dg727
(2) 缸筒材料为45钢缸筒的g3733厚g727
(3) g3926活塞杆g19140g6521，缸筒固定，g4445g16025g19283g5242为1.5m，校核活塞杆的纵g2533稳定性。
13,g14521双g1998杆活塞缸两g1403的杆径不等，g5415两g14120同g7114通g1849压力g8845，活塞能g2554运动g731g3926g5050
g2503g1403杆径为d
1
、d
2
(d
1
＞d
2
)，g1000杆固定，g5415g17767g1849压力g8845为p，g8981g18339为qg7114，g19394缸g2533g2750g1022方g2533
走g731g17907g5242、g6524力g2520为g3822g4581g731
14,单杆缸g5058动g17842g6521g7114，由于有杆g14120的g8845液g8981g1998，g1147g10995背压，所以g7092杆g14120和有杆g14120的压力g5194不一样大，有杆g14120的压力比g7092杆g14120的大，在g8504g5785g1929g991能实现g5058动动作g2539g731g3926g7536g3818负
g17745为g19658，g5058动g17842g6521g7114，有杆g14120和g7092杆g14120的压力间有g1172g1052关系g731
