1
请继续学习第四章
2
第四章 液压缸
3
液压缸是液压系统中的执行元件。
它是一种把液体的压力能转换成机械能
以实现直线或往复运动的能量转换装置。
前 言
特点
液压缸结构简单，工作可靠，在
液压系统中得到了广泛的应用。
4
§ 4－ 1 液压缸的类型和特点
一、活塞缸
㈠、双杆活塞缸
1、缸筒固定的双杆活塞缸：
5
1）、进、出油口布置在缸筒两端；
2）、两活塞杆的直径一般相等；
3）、当工作压力 P1和输入流量 q不变时，
两个方向上输出的推力和速度相等。
结构特点
6
式中,A － 活塞的有效面积 ；
d － 活塞杆直径；
D － 活塞直径。
4）、这种安装使工作台的移动范围约为活
塞有效行程的 3倍，占地面积大，宜用于
小型设备。
7
2、活塞杆固定的双杆活塞缸
8
1）、进、出油口可布置在活塞杆两端，也
可布置在缸筒两端；
2）、移动范围为缸筒有效行程的二倍，故
适用于较大型的设备；
3）、两活塞杆的直径相等；
4）、两个方向上输出的推力和速度与活塞
杆固定时相同。
结构特点
9
可将双杆活塞缸设计成一
个活塞杆受拉，而另一个活塞
杆不受力，所以活塞杆可做得
细一些。
职能符合：
注意！
10
㈡,单杆活塞缸：
11
1、进、出油口的布置根据安装方式而定；
2、可以缸筒固定，也可活塞杆固定；
3、工作台移动范围是活塞（缸筒）有效行
程得二倍；
4、两个方向上输出得推力和速度不相等；
结构特点
12
13
5、速度比,两个方向上的输出速度 v2
和 v1的比值称为速度比。即：
λv = v2 / v1= 1 / [1 - (d/D)2 ]
∴ d = D √ ( λv –1)/ λv
6、差动缸,单杆活塞缸在其左右两腔
都通高压油时，称为 差动连接,这时
称作 差动缸。
14
1）、差动连接只能向一个方向运动，反向
运动时再接入非差动连接；
15
2）、输出的推力和速度。
结论
单杆活塞缸职能符合
较大提高速度，推力下降很大。
16
二、柱塞缸
1、只能实现一个方向的运动，反向运动要
靠外力；
17
2、柱塞与缸筒不接触，运动时由缸盖上的
导向套来导向，因此缸筒的内壁不须精
加工；
3、适合于行程较长的场合；
4、输出的推力和速度：
式中,d — 柱塞的直径
18
柱塞缸的职能符号
19
三、其它液压缸
1、增压缸,由活塞缸和柱塞缸组成。
工作原理,利用活塞与柱塞有效面积之差
使液压系统中的局部区域获得高压。
20
当 D, d 时,p3, p1。
2、伸缩缸,由两个或多个活塞缸套装而成，
前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的
缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，
缩回时可保持很小的尺寸。
21
3、齿轮缸,由两个柱塞缸和一套齿轮齿条
传动装置组成。柱塞的移动经齿轮齿条
传动装置变成齿轮的 转动。
22
§ 4－ 2 液压缸的设计与计算
一、设计时应注意的问题
1、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纵向稳定
性；
2、考虑液压缸的制动问题和排气问题；
3、正确确定液压缸的安装，固定方式 （只
能一端定位） ；
23
4、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、安装维修方便。
二、液压缸主要尺寸的确定
D,液压缸缸筒内径或活塞直径。根据公
式算定后，再选靠近的标准值 。
d,活塞杆的直径。根据推荐值选取 。
L,缸筒的长度。由最大行程确定，一般
L≦20D 。
24
三、强度校核
1、缸筒壁厚 δ：
1）、薄壁（ D/ δ ≧ 10)：
2）、厚壁（ D/ δ < 10）：
25
式中,D — 缸筒内径；
py — 缸筒实验压力，根据要求选定；
[σ] — 缸筒材料的许用应力。
2、活塞杆直径 d：
式中,F — 活塞杆上的作用力；
[σ] — 活塞杆材料的许用应力。
26
3、缸盖螺栓的直径 ds,
式中,F — 液压缸负载；
Z — 固定螺栓的个数；
k — 螺纹拧紧系数 k = 1.12～ 1.5；
[σ] — 螺栓材料的许用应力。
27
四、稳定性校核
活塞杆受轴向压缩时，它所承受的力 F：
式中,Fk — 临界负载；
nk — 安全系数，一般取 2～ 4 。
1、当活塞杆的细长比 ι / rk > ψ1√ ψ2 时：
28
2、若 ι / rk ≦ ψ1√ ψ2 时且 ψ1√ ψ2 = 20～ 120时：
式中,ι — 安装长度；
rk — 活塞杆横截面最大回转半径 ；
ψ1和 ψ2 — 柔性系数和末端系数；
E — 活塞杆材料的弹性模量；
J — 活塞杆横截面惯性矩；
A — 活塞杆横截面积； a — 系数；
f — 由材料强度决定的实验值。
29
五、缓冲计算
1、活塞杆与缸筒凹部未接触时,pc = 0
31
30
2：活塞杆与缸筒凹部接触时
被压腔（缓冲腔）内产生的液压能：
工作部件产生的机械能：
若制动,E1 = E2 ∴
31
1)、缓冲装置为节流口可调式
2）、缓冲装置为节流口变化式：
29
pcmax =
32
4-1、附图所示三个液压缸的缸筒和活塞杆
直径都是 D和 d，当输入压力油的流量都
是 q 时，试说明各缸筒的移动速度，移动
方向和活塞杆的受力情况。
33
解,a).移动速度,v=4q / π(D2-d2)
移动方向：缸筒向左移动
活塞杆的受力：受拉； F= π(D2-d2)p/4
b).移动速度,v=4q / πd2
移动方向：缸筒向右移动
活塞杆的受力：受压； F= πd2p/4
c).移动速度,v=4q / πd2
移动方向：缸筒向右移动
活塞杆的受力：受压； F= πd2p/4
34
4-2,附图示两结构相同的串联液压缸,
A1=100cm2,A2=80cm2, p1=9× 105Pa，
q1=12L/min,当不计摩擦损失和泄漏时,
问,1>.两缸负载相同时的负载和速度各
为多少？
2>.缸 1不受负载时, 缸 2能承受多少
负载？
3>.缸 2不受负载时, 缸 1能承受多少
负载？
35
q1
解,1),∵ p1A1 = p2A2 + F1
p2A1 = F2
F1 = F2
∴ F1=F2=p1A1/ (1+A2/A1)
=9× 105 × 100 × 10-4/(1+80/100)=5000N
36
V1=q1/A1=12 × 103/100=120cm/min=0.02m/s
V2=v1A2/A1=120 × 80/100=96cm/min=0.016m/s
2),∵ p1A1 = p2A2
p2A1 = F2
∴ F2=p1A12/ A2
=9× 105 × 100 × 100 × 10- 4/80=11250N
∵ p1A1 = p2A2 +F1
p2A1 = 0
∴ F1=p1A1=9× 105 × 100 × 10-4=9000N
请继续学习第四章
2
第四章 液压缸
3
液压缸是液压系统中的执行元件。
它是一种把液体的压力能转换成机械能
以实现直线或往复运动的能量转换装置。
前 言
特点
液压缸结构简单，工作可靠，在
液压系统中得到了广泛的应用。
4
§ 4－ 1 液压缸的类型和特点
一、活塞缸
㈠、双杆活塞缸
1、缸筒固定的双杆活塞缸：
5
1）、进、出油口布置在缸筒两端；
2）、两活塞杆的直径一般相等；
3）、当工作压力 P1和输入流量 q不变时，
两个方向上输出的推力和速度相等。
结构特点
6
式中,A － 活塞的有效面积 ；
d － 活塞杆直径；
D － 活塞直径。
4）、这种安装使工作台的移动范围约为活
塞有效行程的 3倍，占地面积大，宜用于
小型设备。
7
2、活塞杆固定的双杆活塞缸
8
1）、进、出油口可布置在活塞杆两端，也
可布置在缸筒两端；
2）、移动范围为缸筒有效行程的二倍，故
适用于较大型的设备；
3）、两活塞杆的直径相等；
4）、两个方向上输出的推力和速度与活塞
杆固定时相同。
结构特点
9
可将双杆活塞缸设计成一
个活塞杆受拉，而另一个活塞
杆不受力，所以活塞杆可做得
细一些。
职能符合：
注意！
10
㈡,单杆活塞缸：
11
1、进、出油口的布置根据安装方式而定；
2、可以缸筒固定，也可活塞杆固定；
3、工作台移动范围是活塞（缸筒）有效行
程得二倍；
4、两个方向上输出得推力和速度不相等；
结构特点
12
13
5、速度比,两个方向上的输出速度 v2
和 v1的比值称为速度比。即：
λv = v2 / v1= 1 / [1 - (d/D)2 ]
∴ d = D √ ( λv –1)/ λv
6、差动缸,单杆活塞缸在其左右两腔
都通高压油时，称为 差动连接,这时
称作 差动缸。
14
1）、差动连接只能向一个方向运动，反向
运动时再接入非差动连接；
15
2）、输出的推力和速度。
结论
单杆活塞缸职能符合
较大提高速度，推力下降很大。
16
二、柱塞缸
1、只能实现一个方向的运动，反向运动要
靠外力；
17
2、柱塞与缸筒不接触，运动时由缸盖上的
导向套来导向，因此缸筒的内壁不须精
加工；
3、适合于行程较长的场合；
4、输出的推力和速度：
式中,d — 柱塞的直径
18
柱塞缸的职能符号
19
三、其它液压缸
1、增压缸,由活塞缸和柱塞缸组成。
工作原理,利用活塞与柱塞有效面积之差
使液压系统中的局部区域获得高压。
20
当 D, d 时,p3, p1。
2、伸缩缸,由两个或多个活塞缸套装而成，
前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的
缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，
缩回时可保持很小的尺寸。
21
3、齿轮缸,由两个柱塞缸和一套齿轮齿条
传动装置组成。柱塞的移动经齿轮齿条
传动装置变成齿轮的 转动。
22
§ 4－ 2 液压缸的设计与计算
一、设计时应注意的问题
1、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纵向稳定
性；
2、考虑液压缸的制动问题和排气问题；
3、正确确定液压缸的安装，固定方式 （只
能一端定位） ；
23
4、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、安装维修方便。
二、液压缸主要尺寸的确定
D,液压缸缸筒内径或活塞直径。根据公
式算定后，再选靠近的标准值 。
d,活塞杆的直径。根据推荐值选取 。
L,缸筒的长度。由最大行程确定，一般
L≦20D 。
24
三、强度校核
1、缸筒壁厚 δ：
1）、薄壁（ D/ δ ≧ 10)：
2）、厚壁（ D/ δ < 10）：
25
式中,D — 缸筒内径；
py — 缸筒实验压力，根据要求选定；
[σ] — 缸筒材料的许用应力。
2、活塞杆直径 d：
式中,F — 活塞杆上的作用力；
[σ] — 活塞杆材料的许用应力。
26
3、缸盖螺栓的直径 ds,
式中,F — 液压缸负载；
Z — 固定螺栓的个数；
k — 螺纹拧紧系数 k = 1.12～ 1.5；
[σ] — 螺栓材料的许用应力。
27
四、稳定性校核
活塞杆受轴向压缩时，它所承受的力 F：
式中,Fk — 临界负载；
nk — 安全系数，一般取 2～ 4 。
1、当活塞杆的细长比 ι / rk > ψ1√ ψ2 时：
28
2、若 ι / rk ≦ ψ1√ ψ2 时且 ψ1√ ψ2 = 20～ 120时：
式中,ι — 安装长度；
rk — 活塞杆横截面最大回转半径 ；
ψ1和 ψ2 — 柔性系数和末端系数；
E — 活塞杆材料的弹性模量；
J — 活塞杆横截面惯性矩；
A — 活塞杆横截面积； a — 系数；
f — 由材料强度决定的实验值。
29
五、缓冲计算
1、活塞杆与缸筒凹部未接触时,pc = 0
31
30
2：活塞杆与缸筒凹部接触时
被压腔（缓冲腔）内产生的液压能：
工作部件产生的机械能：
若制动,E1 = E2 ∴
31
1)、缓冲装置为节流口可调式
2）、缓冲装置为节流口变化式：
29
pcmax =
32
4-1、附图所示三个液压缸的缸筒和活塞杆
直径都是 D和 d，当输入压力油的流量都
是 q 时，试说明各缸筒的移动速度，移动
方向和活塞杆的受力情况。
33
解,a).移动速度,v=4q / π(D2-d2)
移动方向：缸筒向左移动
活塞杆的受力：受拉； F= π(D2-d2)p/4
b).移动速度,v=4q / πd2
移动方向：缸筒向右移动
活塞杆的受力：受压； F= πd2p/4
c).移动速度,v=4q / πd2
移动方向：缸筒向右移动
活塞杆的受力：受压； F= πd2p/4
34
4-2,附图示两结构相同的串联液压缸,
A1=100cm2,A2=80cm2, p1=9× 105Pa，
q1=12L/min,当不计摩擦损失和泄漏时,
问,1>.两缸负载相同时的负载和速度各
为多少？
2>.缸 1不受负载时, 缸 2能承受多少
负载？
3>.缸 2不受负载时, 缸 1能承受多少
负载？
35
q1
解,1),∵ p1A1 = p2A2 + F1
p2A1 = F2
F1 = F2
∴ F1=F2=p1A1/ (1+A2/A1)
=9× 105 × 100 × 10-4/(1+80/100)=5000N
36
V1=q1/A1=12 × 103/100=120cm/min=0.02m/s
V2=v1A2/A1=120 × 80/100=96cm/min=0.016m/s
2),∵ p1A1 = p2A2
p2A1 = F2
∴ F2=p1A12/ A2
=9× 105 × 100 × 100 × 10- 4/80=11250N
∵ p1A1 = p2A2 +F1
p2A1 = 0
∴ F1=p1A1=9× 105 × 100 × 10-4=9000N
