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
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
