液壓缸和液壓馬達第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.1液壓缸的類型和特點

分類：1、按結(jié)構(gòu)特點分：活塞式、柱塞式、擺動式、組合式。2、按作用方式分：單作用式、雙作用式。18.1.1活塞式液壓缸

1.雙桿活塞式液壓缸

如圖18-1所示為雙桿活塞式液壓缸的原理圖，活塞兩側(cè)均裝有活塞桿。當兩活塞桿直徑相同（即有效工作面積相等）、供油壓力和流量不變時，那么活塞往返運動時兩個方向的推力和運動速度均相等，即

（18-1）

第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三（18-2）

式中：u——活塞（或缸體）的運動速度；qv——供油流量；F——活塞(或缸體)上的推力；p1、p2——分別為液壓缸進、出口壓力；A——液壓缸有效工作面積；D、d——分別為活塞、活塞桿直徑。這種兩個方向等速、等力的特性使雙桿液壓缸可以用于雙向負載基本相等的場合，如磨床液壓系統(tǒng)。

第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-1雙桿活塞式液壓缸

第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

2.單桿活塞式液壓缸

如圖18-2所示為雙作用單桿活塞式液壓缸。它只在活塞的一側(cè)裝有活塞桿，因而，兩腔有效作用面積不同。當向兩腔分別供油，且供油壓力和流量不變時，活塞在兩個方向的運動速度和推力都不相等。

第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-2單桿活塞式液壓缸(a)無桿腔進油；(b)有桿腔進油；(c)差動連接

第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三（1）當無桿腔進油時，活塞的運動速度u1和推力F1分別為：

（18-3）

（18-4）

第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三（2）當有桿腔進油時，活塞的運動速度u2和推力F2分別為：

（18-5）

（18-6）式中：qv——供油流量；p1、p2——分別為液壓缸進、出口壓力；D、d——分別為活塞、活塞桿直徑。A1、A2——分別是液壓缸無桿腔和有桿腔的活塞有效作用面積。第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

（3）液壓缸兩腔同時供入壓力油

（如圖18-2（c）所示），由于無桿腔工作面積比有桿腔工作面積大，活塞向右的推力大于向左的推力，故其向右移動。液壓缸的這種連接方式稱為差動連接，差動連接時，活塞的速度和推力分別為：

（18-7）

（18-8）

差動連接時，實際起有效作用的面積是活塞桿的橫截面積。與非差動連接無桿腔進油工況相比，在輸入油液壓力和流量相同的條件下，活塞桿的伸出速度較大而推力較小。

第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.1.2柱塞式液壓缸

如圖18-3所示，柱塞缸由缸筒1、柱塞2、導向套3、密封圈4和壓蓋5等零件所組成。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維修方便、常用于大行程設備。第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-3柱塞式液壓缸

第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.1.3擺動式液壓缸

擺動式液壓缸也稱擺動馬達，是輸出轉(zhuǎn)矩并實現(xiàn)往復擺動的執(zhí)行元件，有單葉片和雙葉片兩種形式。如圖18-4(a)所示為單葉片式擺動缸，它的擺動角較大，可達300°。當擺動缸進出油口壓力分別為p1和p2，且輸入流量為qv時，它的輸出轉(zhuǎn)矩T和角速度ω各為（18-9）

（18-10）式中：b為葉片的寬度；R1、R2分別為葉片底部、頂部的回轉(zhuǎn)半徑。

第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-4擺動缸(a)單葉片式擺動缸；(b)雙葉片式擺動缸；(c)圖形符號

第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.1.4組合式液壓缸1.伸縮缸

伸縮缸也稱多級缸，它由兩極或兩極以上活塞缸套裝而成，如圖18-5所示，前一級活塞缸的活塞就是后一級活塞缸的缸筒。當伸縮缸逐個伸出時，有效工作面積依次減小，因此，當輸入流量相同時，外伸速度依次增大；當負載恒定時，液壓缸的工作壓力逐漸升高?？蛰d收回的順序一般是從小活塞到大活塞，活塞全部收回后，總長度較短，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于安裝空間受到限制而行程要求很長的場合，如起重機伸縮臂液壓缸、自卸汽車舉升液壓缸等。

第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-5伸縮缸

第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

2.齒條活塞缸

如圖18-6所示為齒條活塞缸，又稱無桿活塞缸，它由帶齒條桿的雙活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)所組成。這種液壓缸的特點是：將活塞的直線往復運動經(jīng)過齒輪、齒條機構(gòu)轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動。第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-6齒條活塞缸

第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.2液壓缸的結(jié)構(gòu)

如圖18-7所示為液壓滑臺液壓缸的典型結(jié)構(gòu)，它由缸筒、活塞、活塞桿、端蓋等組成。歸納起來，液壓缸由缸體組件、活塞組件、密封件和連接件等基本部分所組成，此外，一般液壓缸還設有緩沖裝置和排氣裝置。

第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-7液壓滑臺液壓缸第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.2.1缸體組件1.缸體組件的連接形式

缸體組件常見的連接形式如圖18-8所示。

⑴法蘭式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、拆裝和加工方便、連接可靠、大液壓缸普遍采用這種連接。

⑵半環(huán)式連接：半環(huán)連接工藝性好，連接可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便。但半環(huán)槽對缸筒強度有所削弱，需加厚缸壁，常用于無縫鋼管、缸筒與端蓋的連接。

⑶螺紋式連接：其特點是重量輕，外徑小，結(jié)構(gòu)緊湊，但缸筒端部結(jié)構(gòu)復雜，裝卸需專用工具，旋端蓋時易損壞密封圈，一般用于小型液壓缸。

⑷拉桿式連接：結(jié)構(gòu)通用性好，缸筒加工方便，拆裝容易，但端蓋的體積較大，拉桿受力后會拉伸變形，影響端部密封效果，只適用于長度不大的中低壓缸。

⑸焊接式連接：外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)簡單，但焊接時易引起缸筒變形，主要用于柱塞式液壓缸。

第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-8缸體組件的連接形式(a)法蘭式；(b)半環(huán)式；(c)外螺紋式；(d)內(nèi)螺紋式；(e)拉桿式；(f)焊接式

第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-9活塞與活塞桿的連接形式(a)整體式；(b)焊接式；(c)錐銷式；(d)、(e)螺紋式；(f）、（g)半環(huán)式

第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.2.2密封裝置

作用：是用來防止液壓油的泄漏。

分類：

1、根據(jù)兩個需要密封的偶合面間有無相對運動：

①動密封

②靜密封2、常見的密封方法主要有：

①間隙密封

②活塞環(huán)密封

③密封圈密封。

第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

1.間隙密封

間隙密封是依靠相對運動零件配合面間的微小間隙來防止泄漏實現(xiàn)密封的，因此，可用減小間隙的辦法來減少泄漏。一般的間隙為0.01～0.05mm，間隙密封的特點是結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小，磨損小，潤滑性能好，但對零件的加工精度要求較高，密封效果較差，因此，間隙密封僅適用于尺寸較小，壓力較低，運動速度較高的活塞與缸體內(nèi)孔間的密封。

第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

2.活塞環(huán)密封

活塞環(huán)密封是依靠裝在活塞環(huán)形槽內(nèi)的彈性金屬環(huán)緊貼缸筒內(nèi)壁實現(xiàn)密封，如圖18-10所示。

優(yōu)點：其密封效果較間隙密封好，適應的壓力和溫度范圍寬，能自動補償磨損和溫度變化的影響，能在高速條件下工作，摩擦阻力小，使用壽命長，工作可靠。缺點：因活塞環(huán)與其對應的滑動面之間為金屬接觸，故不能完全密封，且活塞環(huán)加工復雜，缸筒內(nèi)表面加工精度要求高，一般用于高壓、高溫、高速的場合。

第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-10活塞環(huán)密封(a)活塞環(huán)的安裝；(b)活塞環(huán)

第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

3.密封圈密封

（1）O形密封圈。O形圈在安裝時必須保證適當?shù)念A壓縮量，壓縮量的大小直接影響O形圈的使用性能和壽命，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易損壞。

在靜密封中，當壓力大于32MPa時，或在靜密封中，當壓力大于10MPa時，O形圈就會被擠入間隙中而損壞，以致密封效果降低或失去密封作用，為此在O形圈低壓側(cè)需設置由聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈（如圖18-12所示），其厚度為1.25～2.5mm。當雙向受高壓時，兩側(cè)都要加擋圈。

第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-11O形圈密封原理

第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-12擋圈的設置

第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

（2）Y形密封圈。Y形密封圈的截面呈Y形，屬唇形密封圈，它主要用于往復運動的密封。Y形圈從低壓到高壓的壓力范圍內(nèi)都表現(xiàn)了良好的密封性能，還能自動補償唇邊的磨損。

當Y形圈安裝時，唇口端對應著液壓力高的一側(cè)。當壓力變化較大，且滑動速度較快時，為避免翻轉(zhuǎn)，要使用支撐環(huán)，以固定密封圈，如圖18-13所示。

第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-13Y形密封圈(a)Y形圈一般安裝(b)Y形圈帶支撐環(huán)安裝

第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

（3）V形密封圈。V形密封圈的截面是V形，如圖18-14所示，安裝時，V形圈的開口應向壓力高的一側(cè)。

優(yōu)點：V形圈的密封性能良好、耐高壓、壽命長、通過選擇適當?shù)腣形圈的數(shù)量和調(diào)節(jié)壓緊力，可獲得最佳的密封效果，

缺點：V形圈的摩擦阻力及軸向結(jié)構(gòu)尺寸較大，它主要用于活塞桿的往復運動密封。

第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-14V形密封圈

第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

（4）防塵圈。防塵圈設置在活塞桿或柱塞密封圈的外部，防止外界灰塵、沙粒等異物進入液壓缸內(nèi)，以避免影響液壓系統(tǒng)的工作液壓元件的使用壽命。第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-15防塵圈

第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.2.4液壓缸的緩沖裝置1.圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置

如圖18-16(a)所示，當緩沖柱塞A進入缸蓋上的內(nèi)孔時，缸蓋和活塞間形成環(huán)形緩沖油腔B，被封閉的油液只能經(jīng)環(huán)形間隙δ排出，產(chǎn)生緩沖壓力，從而實現(xiàn)減速緩沖。

缺點：由于回油通道的節(jié)流面積不變，故緩沖開始時產(chǎn)生的緩沖制動力很大，其緩沖效果較差，液壓沖擊較大，且實現(xiàn)減速所需行程較長。第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

2.圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置

如圖18-16(b)所示，由于緩沖柱塞A為圓錐形，所以，緩沖環(huán)形間隙δ隨位移量不同而改變，即節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而縮小，使機械能的吸收較均勻，其緩沖效果較好，但仍有液壓沖擊。

3.可變節(jié)流槽式緩沖裝置

如圖18-16(c)所示，在緩沖柱塞A上開有三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨著緩沖行程的增大而逐漸減小，其緩沖壓力變化較平緩。

第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

4.可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置

如圖18-16(d)所示，當緩沖柱塞A進入到缸蓋內(nèi)孔時，回油口被柱塞堵住，只能通過節(jié)流閥C回油，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，可以控制回油量，從而控制活塞的緩沖速度。當活塞反向運動時，壓力油通過單向閥D很快進入到液壓缸內(nèi)。

第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-16液壓缸的緩沖裝置(a)圓柱形環(huán)隙式；(b)圓錐形環(huán)隙式；(c)可變節(jié)流槽式；(d)可調(diào)節(jié)流孔式

第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.2.5排氣裝置

問題：液壓系統(tǒng)往往會混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，并產(chǎn)生振動、噪聲及工作部件爬行和前沖等現(xiàn)象，嚴重時會使系統(tǒng)不能正常工作。

方法：如圖18-17所示為兩種排氣塞。當松開排氣塞螺釘后，讓液壓缸全行程空載往復運動若干次，帶有氣泡的油液就會被排出，然后再擰緊排氣塞螺釘，液壓缸便可正常工作。

第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三圖18-17排氣塞

第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.3液壓馬達

18.3.1液壓馬達的主要性能參數(shù)

1.液壓馬達的轉(zhuǎn)速和容積效率

由于馬達存在泄漏，輸入馬達的實際流量qv應大于理論流量qvt，故液壓馬達的容積效率為

（18-11）

將qv=Vn代入上式，可得液壓馬達的轉(zhuǎn)速為：

（18-12）

第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

2.液壓馬達的轉(zhuǎn)矩和機械效率

因為液壓馬達工作時存在摩擦，所以它的實際輸出轉(zhuǎn)矩T必然小于理論轉(zhuǎn)矩Tt，故液壓馬達的機械效率為（18-13）

設馬達進、出口間的壓差為Δp，則馬達的理論功率為Pt=2πnTt=Δpqvt=ΔpVn，因而有第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三將上式代入式（18-13），可得液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩公式為

（18-14）

第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

3.液壓馬達的總效率

液壓馬達的輸入功率Pi=Δpqv，輸出功率Po=2πnT。馬達的總效率η為輸出功率Po與輸入功率Pi的比值，即（18-15）

從上式可知，液壓馬達的總效率等于液壓馬達的機械效率ηm和容積效率ηv的乘積。第四十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三18.3.2液壓馬達

液壓馬達的結(jié)構(gòu)與同類型的液壓泵基本相同。

分類：1、按照液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)速不同可分為：

①高速馬達：額定轉(zhuǎn)速