第４章 液压缸
⑵ 有杆腔进油 ，如图4-3b所示，液压油从有杆腔进入，其压力为p1、流 量为q，无杆腔回油，其压力为p2，推动活塞向左运动。则液压缸产生的 推力F2和速度v2为：
F2 p1A2 p2 A1 4
D2 d 2
p1
4
D2 p2
(4-5)
4.1.1 活塞式液压缸
活塞式液压缸有双杆活塞缸和单杆活塞缸两种结构。
1.双杆活塞缸 双杆活塞缸的两端都有活塞杆伸出，按其安装方式的不同，有缸固
定和杆固定两种。
第４章 液压缸
⑴ 双杆活塞缸采用缸固定如图4-1所示，液压缸的缸筒1、活塞2、活 塞杆3和工作台4，工作台与活塞杆连接成一体。若油液进入液压缸的 左腔，液压缸右腔的油液回油箱，则在油液压力的作用下，活塞连同 工作台一起向右运动。若改变油液进、出液压缸的方向，则液压缸及 工作台一起向左运动，图中虚线位置。从图4-1可知，双杆活塞缸采用 缸固定其工作台的最大活动范围约为活塞有效行程的三倍。因此这种 安装方式占地面积较大，常用于小型机床设备。
第４章 液压缸
第４章 液压缸
⑶ 双杆活塞缸的推力及速度的计算，一般情况下两个活塞杆的直径相 等，当液压缸一腔进油而另一腔回油时，两个方向的运动速度和推力
是相等的。当油液的输入流量为q、输入压力为p1和输出压力为p2时，
液压缸的推力F和速度v分别为：
F
p1
p2
A
4
D2 d 2
p1 p2
F1
p1 A1
p2 A2
4
D 2 p1
4
D2 d 2
p2
v1
q A1
4q
D 2
式中 Al——无杆腔的有效工作面积，A1 =πd2/4；
A2——有杆腔的有效工作面积，A2 =
4
D2 d 2
(4-3) (4-4)
第４章 液压缸
a)
b)
c)
图4-3 单杆活塞缸
a)无杆腔进油 b)有杆腔进油 c)差动连接
第5章 液压缸
第４章 液压缸
第４章 液压缸
液压缸是完成往复直线运动的执行元件， 它是将液体的压力能转换成机械能的能量转换 装置，其输入参数主要是压力和流量，输出参 数主要是力和位移。液压缸结构简单、工作可 靠，应用广泛。
第４章 液压缸
4.1 液压缸的类型与特点
液压缸的类型较多，按其作用方式分类，可分为单作用式和双作用 式两大类。
单作用式液压缸在液压力作用下只能朝着—个方向运动，其反向运 动需要依靠重力或弹簧等外力实现。
双作用式液压缸依靠液压力可实现正、反两个方向的运动。 液压缸按其结构形式的不同，可分为活塞式、柱塞式，摆动式、 伸缩式等形式，其中以活塞式液压缸应用最多。
1
2
3
4
v
p 、q
l
l
p l
图4-1 双杆活塞缸采用缸固定 1－缸筒 2－活塞 3－活塞杆 4－工作台
第４章 液压缸
第４章 液压缸
⑵ 双杆活塞缸采用杆固定如图4-2所示，图4-2a中，活塞杆3为实心 并且固定，缸筒1和工作台4连接在一起，若油液进入液压缸的左腔， 液压缸的右腔回油箱，则在油液压力的作用下，缸筒和工作台一起向 左运动。但是，由于缸筒是运动的，与其相连的进、出油管需要采用 软管连接。为了避免油管运动，可将活塞杆做成空心的，如图4-2b所 示，此时油管与活塞杆相连。
压力，故活塞向右移动，同时使有杆腔的油液流入无杆腔，此时液压缸产 生的推力F3和速度v3为：
F3
p1A1
A2
4
d 2 p1
(4-8)
v3
q A1 A2
4q
d 2
(4-9)
若将F1、F2、F3和v1、v2、v3分别比较便可看出：Fl＞F2、F3，v1＜ v2、v3，即无杆腔进油时产生的推力大、速度低；差动连接和有杆腔进油 时产生的推力小、速度高。所以，单杆活塞缸常用在“快进(差动连接)→ 工进(无杆腔进油)→快退(有杆腔进油)”的液压系统中。
从图4-2可以看出，这种活塞缸工作台的最大活动范围约为液压缸 有效行程的两倍，因此占地面积较小，适用于中型及大型机床。
第４章 液压缸
1
2
3
4 v
1
2
3
4
v
p 、q l
p 2 l
p 、q l
p 2
l
a)
b)
图4-2双杆活塞缸采用杆固定
a)实心双杆式 b)空心双杆式 1－缸筒 2－活塞 3－活塞杆 4－工作台
第４章 液压缸
2.单杆活塞缸 单杆活塞缸也有缸固定式和杆固定式两种安装方式，无论是缸固定
还是杆固定，其工作台的最大活动范围约为活塞有效工作行程的两倍。 单杆活塞缸左右两腔的有效工作面积不相等，因此，两个方向产生的推 力和速度也都不相等。下面以缸固定式为例分别予以讨论。
(4-3)
⑴ 无杆腔进油，如图4-3a所示，液压油从无杆腔进入，其进油压力 为p1、流量为q，有杆腔回油，其回油压力为p２，推动活塞向右运动， 则液压缸产生的推力F1和速度v1为：
如果要求v2=v3时，可得：d =0.707D。 上述活塞缸都是双作用式的，双杆活塞缸在机床中应用较多，单杆活
塞缸则广泛地应用于各种工程机械中。
第４章4.1液.2压柱缸 塞式液压缸
柱塞式液压缸如图4-4a所示，图中柱塞1，缸筒2，工作台3。这是— 种单作用式液压缸。其柱塞1和缸筒2不直接接触，运动时由缸盖上的导 向套来导向，因此缸筒内壁只需粗加工，而柱塞为外圆表面容易加工， 故加工工艺性好。它特别适用于行程较长的场合，如龙门刨床。此外， 常应用于液压升降机、自卸卡车、叉车和轧机平衡系统。为了实现工作 台的双向运动，柱塞缸可成对反向布置，如图4-4b所示。
v q
4q
A D2 d 2
(4-1) (4-2)
式中 A ——活塞的有效工作面积，A=π(D2-d2)/4； p1 ——液压缸的进油腔压力； p2 ——液压缸的回油腔压力，若液压缸的出口直接接油箱，p2≈0； D ——活塞的直径； d ——活塞杆的直径； F ——液压缸的推力； v ——液压缸的运动速度； q ——输入液压缸的流量。
q
4q
v2
A2
D2 d 2
(4-6)
如果把两个方向上输出速度v2和v1的比值称为速比系数，并记作，则
v2 v1
D2 D2 d 2
1
1 d / D2
(4-7)
故活塞杆直径越小，速比系数越小，活塞在两个方向上的运动速度 差值越小。
第４章 液压缸
⑶ 液压缸的差动连接 ，当单杆活塞缸左右两腔相互接通并同时输入液压 油时，称为“差动连接”。采用差动连接的液压缸称为差动液压缸。如图43c所示，假设液压缸固定，因差动液压缸无杆腔的液压力大于有杆腔的液