第四章 液压缸
液压缸的类型和工作原理
液压缸的设计和计算
液压缸 是将液压能转变为机械能
的、做直线往复运动（或摆动运动）
的液压执行元件。它结构简单、工作
可靠。用它来实现往复运动时，可免
去减速装置，并且没有传动间隙，运
动平稳，因此在各种机械的液压系统
中得到广泛应用。
§ 4-1液压缸的类型和工作原理
根据常用液压缸的结构形式，可
将其分为四种类型,
?活塞式
?柱塞式
?伸缩式
?摆动式
单活塞杆式
双活塞杆式{
一、活塞式液压缸
单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如
图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口
油口 A和 B都可通压力油或回油，以实现双向
运动，故称为双作用缸。
1、单活塞杆液压缸
1 - 缸底 2 - 弹簧挡圈 3 - 套环 4 - 卡环 5 - 活塞 6 - 型密封圈 7 - 支承环 8 - 挡圈 9 - 形密封圈
1 0 - 缸筒 1 1 - 管接头 1 2 - 导向套 1 3 - 缸盖 1 4 - 防尘圈 1 5 - 活塞杆 1 6 - 定位螺钉 1 7 - 耳环
参照下图，当供给液压缸的流量 Q一定时，
活塞两个方向的运动速度为：
V1=Q/A1=4Q/πD 2 (向左）
V2= Q/A2=4Q/π(D 2-d2) (向右）
当供油压力 p一定，回油压力为零时 作用力：
F1=p.A1=p.πD 2/4 (向右）
F2=p.A2=p.π(D 2-d2)/4 (向左）
当其 差动连接 时，作用力为：
F3=p(A1-A2)=p.(πd 2/4)
速度,v3=(Q+Q2)/A1=(Q+v3.A2)/A1
所以 v3=Q/(A1-A2)=4Q/πd 2
图4-3 差动连接的单活塞杆液压缸
符号意义参阅下图
单活塞杆液压缸可以是缸筒固定，活塞
运动；也可以是活塞杆固定缸筒运动。无
论采用其中哪一种形式，液压缸运动所占
空间长度都是两倍行程。（见下图）
单活塞杆液压缸运动所占空间
双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相
等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力
不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用
力和速度相等。
v=Q/A=4Q/?(D2-d2),
F=p.A=p,?(D2-d2)/4
v— 活塞（或缸筒）运动速度； Q— 供油流量；
F— 活塞（或缸筒）上的作用力；
p— 供油压力； A— 活塞有效面积；
D— 活塞直径； d— 活塞杆直径。
这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，
多数用于机床。
2、双活塞杆液压缸
双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，
如图所示。其组成与单活塞杆液压缸基本
相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸
筒内壁之间采用间隙密封。
1 —活塞杆 2 —压盖 3 —缸盖 4 —缸筒 5 —活塞 6 —密封圈
双活塞杆液压缸结构
双活塞缸机构示意
将缸筒固定在床身上，活塞杆和工作台
相联接时，工作台运动所占空间长度为活塞
有效行程的三倍（见图 A）。一般多用于小
机床；反之，将活塞杆固定在床身上，缸筒
和工作台相联接时，工作台运动所占空间长
度为液压缸有效行程的两倍（见图 B），适
用于中型及大型机床。
二、柱塞式液压缸
柱塞式液压缸结构
（１）它是一种单作用式液压缸，靠
液压力只能实现一个方向的运动，柱
塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；
（２）柱塞只靠缸套支承而不与缸套
接触，这样缸套极易加工，故适于做
长行程液压缸；
（３）工作时柱塞总受压，因而它必须
有足够的刚度；
（４）柱塞重量往往较大，水平放置时
容易因自重而下垂，造成密封件和导向
单边磨损，故其垂直使用更有利。
柱塞式液压缸特点：
柱塞上有效作用力 F为：
F=p.A=
柱塞运动速度为：
v= =
式中 d— 柱塞直径；其它符号意义同
前。
A ?d2
p, ?d2
4
Q 4Q
三、伸缩式液压缸
伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，
如图所示。伸缩式液压缸中活塞伸出的顺
序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般
是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，
而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种
液压缸常用于工程机械和农业机械上。
1— 活塞 2 —套筒 3 —O形 密封圈 4— 缸筒 5— 缸盖
伸缩式液压缸结构示意图
摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运
动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单
叶片和双叶片两种形式。图中定子块固定在
缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进
油方向，
叶片将
带动转
子作往
复摆动。
四、摆动式液压缸
摆动式液压缸
A
A A －A
1－ 定子块 2－ 缸体 3－ 弹簧 4－ 密封镶条 5－ 转子
6－ 叶片 7－ 支承盘 8－ 盖板
如图所示，若输入液压油的流量为 Q和
摆动轴输出的角速度 ?之间的关系为：
Q=?/4(D2-d2)b.n=(b/8)(D2-d2)?
所以 ?＝ 8Q/b(D2-d2)
式中 n－摆动轴的转速 (n= ?/2?)；
b－叶片宽度；
D,d－见图。
单叶片式摆动液压缸计算简图
结束
§ 4-2 液压缸的设计和计算
一、液压缸主要尺寸的确定
液压缸的设计和计算是在对整个液压系
统进行工况分析，计算了最大负载力，先定
了工作压力的基础上进行的（详见第十一
章）。因此，首先要根据使用要求确定结构
类型，在按照负载情况，运动要求决定液压
缸的主要结构尺寸，最后进行结构设计。
二、液压缸结构设计中的几个基本问题
1、工作压力的选取
根据液压缸的实际工况，计算出外负载
大小，然后参考下表选取适当的工作力。
液压缸工作压力的确定
负载
缸工作压力 P 1 (bar）
0 ～ 0.7
60
70 ～ 140
100 ～ 140
140 ～ 250
180 ～ 210
> 250
320
一、液压缸主要尺寸的确定
2、活塞杆直径 d与缸筒内径 D的计算
受拉时：
d=(0.3-0.5)D
受压时：
d=(0.5-0.55)D (p1<5mpa)
d=(0.6-0.7)D (5mpa< p1<7mpa)
d=0.7D (p1>7mpa)
3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算
缸筒最薄处壁厚,δ≥p yD/2(σ)
δ — 缸筒壁厚； D— 缸筒内径；
py— 缸筒度验压力，当额定压 Pn>160x105Pa
时,Py=1.25Pn ；
(σ) — 缸筒材料许用应力。 (σ)=σ b/n。
5、液压缸缸筒长度的确定
缸筒长度根据所需最大工作行程而定。
活塞杆长度根据缸筒长度而定。对于工作
行程受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞
杆直径之比大于 15时，应按材料力学有关
公式对活塞进行压杆稳定性验算。
4、活塞杆的计算
直径强度校核,d≥[4F/π(σ)] 1/2
d— 活塞杆直径； F— 液压缸的负载；
(σ) — 活塞杆材料许用应力,(σ)=σ b/n。
1、液压缸的缓冲
液压缸中使用的缓冲装置，常见的有
环状间隙式，节流口可调式或外加缓冲回
路等。
i
环状间隙式缓冲装置
节流口可调式缓冲机构
二、液压缸结构设计中的几个基本问题
2、液压缸的排气
为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸
的两端最高部位各装一只排气塞。
排气塞结构
排气塞结构
结束
液压缸的类型和工作原理
液压缸的设计和计算
液压缸 是将液压能转变为机械能
的、做直线往复运动（或摆动运动）
的液压执行元件。它结构简单、工作
可靠。用它来实现往复运动时，可免
去减速装置，并且没有传动间隙，运
动平稳，因此在各种机械的液压系统
中得到广泛应用。
§ 4-1液压缸的类型和工作原理
根据常用液压缸的结构形式，可
将其分为四种类型,
?活塞式
?柱塞式
?伸缩式
?摆动式
单活塞杆式
双活塞杆式{
一、活塞式液压缸
单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如
图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口
油口 A和 B都可通压力油或回油，以实现双向
运动，故称为双作用缸。
1、单活塞杆液压缸
1 - 缸底 2 - 弹簧挡圈 3 - 套环 4 - 卡环 5 - 活塞 6 - 型密封圈 7 - 支承环 8 - 挡圈 9 - 形密封圈
1 0 - 缸筒 1 1 - 管接头 1 2 - 导向套 1 3 - 缸盖 1 4 - 防尘圈 1 5 - 活塞杆 1 6 - 定位螺钉 1 7 - 耳环
参照下图，当供给液压缸的流量 Q一定时，
活塞两个方向的运动速度为：
V1=Q/A1=4Q/πD 2 (向左）
V2= Q/A2=4Q/π(D 2-d2) (向右）
当供油压力 p一定，回油压力为零时 作用力：
F1=p.A1=p.πD 2/4 (向右）
F2=p.A2=p.π(D 2-d2)/4 (向左）
当其 差动连接 时，作用力为：
F3=p(A1-A2)=p.(πd 2/4)
速度,v3=(Q+Q2)/A1=(Q+v3.A2)/A1
所以 v3=Q/(A1-A2)=4Q/πd 2
图4-3 差动连接的单活塞杆液压缸
符号意义参阅下图
单活塞杆液压缸可以是缸筒固定，活塞
运动；也可以是活塞杆固定缸筒运动。无
论采用其中哪一种形式，液压缸运动所占
空间长度都是两倍行程。（见下图）
单活塞杆液压缸运动所占空间
双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相
等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力
不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用
力和速度相等。
v=Q/A=4Q/?(D2-d2),
F=p.A=p,?(D2-d2)/4
v— 活塞（或缸筒）运动速度； Q— 供油流量；
F— 活塞（或缸筒）上的作用力；
p— 供油压力； A— 活塞有效面积；
D— 活塞直径； d— 活塞杆直径。
这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，
多数用于机床。
2、双活塞杆液压缸
双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，
如图所示。其组成与单活塞杆液压缸基本
相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸
筒内壁之间采用间隙密封。
1 —活塞杆 2 —压盖 3 —缸盖 4 —缸筒 5 —活塞 6 —密封圈
双活塞杆液压缸结构
双活塞缸机构示意
将缸筒固定在床身上，活塞杆和工作台
相联接时，工作台运动所占空间长度为活塞
有效行程的三倍（见图 A）。一般多用于小
机床；反之，将活塞杆固定在床身上，缸筒
和工作台相联接时，工作台运动所占空间长
度为液压缸有效行程的两倍（见图 B），适
用于中型及大型机床。
二、柱塞式液压缸
柱塞式液压缸结构
（１）它是一种单作用式液压缸，靠
液压力只能实现一个方向的运动，柱
塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；
（２）柱塞只靠缸套支承而不与缸套
接触，这样缸套极易加工，故适于做
长行程液压缸；
（３）工作时柱塞总受压，因而它必须
有足够的刚度；
（４）柱塞重量往往较大，水平放置时
容易因自重而下垂，造成密封件和导向
单边磨损，故其垂直使用更有利。
柱塞式液压缸特点：
柱塞上有效作用力 F为：
F=p.A=
柱塞运动速度为：
v= =
式中 d— 柱塞直径；其它符号意义同
前。
A ?d2
p, ?d2
4
Q 4Q
三、伸缩式液压缸
伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，
如图所示。伸缩式液压缸中活塞伸出的顺
序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般
是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，
而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种
液压缸常用于工程机械和农业机械上。
1— 活塞 2 —套筒 3 —O形 密封圈 4— 缸筒 5— 缸盖
伸缩式液压缸结构示意图
摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运
动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单
叶片和双叶片两种形式。图中定子块固定在
缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进
油方向，
叶片将
带动转
子作往
复摆动。
四、摆动式液压缸
摆动式液压缸
A
A A －A
1－ 定子块 2－ 缸体 3－ 弹簧 4－ 密封镶条 5－ 转子
6－ 叶片 7－ 支承盘 8－ 盖板
如图所示，若输入液压油的流量为 Q和
摆动轴输出的角速度 ?之间的关系为：
Q=?/4(D2-d2)b.n=(b/8)(D2-d2)?
所以 ?＝ 8Q/b(D2-d2)
式中 n－摆动轴的转速 (n= ?/2?)；
b－叶片宽度；
D,d－见图。
单叶片式摆动液压缸计算简图
结束
§ 4-2 液压缸的设计和计算
一、液压缸主要尺寸的确定
液压缸的设计和计算是在对整个液压系
统进行工况分析，计算了最大负载力，先定
了工作压力的基础上进行的（详见第十一
章）。因此，首先要根据使用要求确定结构
类型，在按照负载情况，运动要求决定液压
缸的主要结构尺寸，最后进行结构设计。
二、液压缸结构设计中的几个基本问题
1、工作压力的选取
根据液压缸的实际工况，计算出外负载
大小，然后参考下表选取适当的工作力。
液压缸工作压力的确定
负载
缸工作压力 P 1 (bar）
0 ～ 0.7
60
70 ～ 140
100 ～ 140
140 ～ 250
180 ～ 210
> 250
320
一、液压缸主要尺寸的确定
2、活塞杆直径 d与缸筒内径 D的计算
受拉时：
d=(0.3-0.5)D
受压时：
d=(0.5-0.55)D (p1<5mpa)
d=(0.6-0.7)D (5mpa< p1<7mpa)
d=0.7D (p1>7mpa)
3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算
缸筒最薄处壁厚,δ≥p yD/2(σ)
δ — 缸筒壁厚； D— 缸筒内径；
py— 缸筒度验压力，当额定压 Pn>160x105Pa
时,Py=1.25Pn ；
(σ) — 缸筒材料许用应力。 (σ)=σ b/n。
5、液压缸缸筒长度的确定
缸筒长度根据所需最大工作行程而定。
活塞杆长度根据缸筒长度而定。对于工作
行程受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞
杆直径之比大于 15时，应按材料力学有关
公式对活塞进行压杆稳定性验算。
4、活塞杆的计算
直径强度校核,d≥[4F/π(σ)] 1/2
d— 活塞杆直径； F— 液压缸的负载；
(σ) — 活塞杆材料许用应力,(σ)=σ b/n。
1、液压缸的缓冲
液压缸中使用的缓冲装置，常见的有
环状间隙式，节流口可调式或外加缓冲回
路等。
i
环状间隙式缓冲装置
节流口可调式缓冲机构
二、液压缸结构设计中的几个基本问题
2、液压缸的排气
为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸
的两端最高部位各装一只排气塞。
排气塞结构
排气塞结构
结束
