液壓缸又稱油缸或作動(dòng)筒，是用來(lái)將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，用

于驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)的液壓執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力大，運(yùn)

動(dòng)慣性小，容易實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制，便于布局和安裝等優(yōu)點(diǎn)，與杠桿、連桿、齒輪齒條、

棘輪棘爪、凸輪等機(jī)構(gòu)配合能實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

4.1.1 液壓缸種類與工作原理

液壓缸工作的物理本質(zhì)是：利用油液壓力來(lái)克服負(fù)載，利用油液的流量來(lái)維持運(yùn)動(dòng)速

度，則輸入液壓缸的工作參數(shù)是油液的壓力和流量，即輸入的是液壓功率。

液壓缸的種類繁多，按運(yùn)動(dòng)方式分為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)液壓缸和往復(fù)擺動(dòng)液壓缸；按作用

方式分為單作用液壓缸和雙作用液壓缸；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為活塞式、柱塞式、擺動(dòng)式、伸

縮式等形式，其中以活塞式液壓缸應(yīng)用最多。

1．活塞式液壓缸

活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)，其固定方式有缸體固定和活塞桿固定

兩種。

（1）雙桿式活塞缸

雙桿式活塞缸的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖4-1 所示，它由缸筒、活塞、活塞桿和缸蓋組成。

根據(jù)安裝方式不同又可以分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。圖 4-2（a）所示的為缸筒

固定式的雙桿活塞缸，它的進(jìn)、出油口布置在缸筒兩端，活塞通過(guò)活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，

當(dāng)活塞的有效行程為L 時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為3L ，其占地面積較大。圖4-2（b）所

示的為活塞桿固定式的雙桿活塞缸，缸體與工作臺(tái)相連，整個(gè)工作臺(tái)的移動(dòng)范圍是液壓缸

有效行程L 的兩倍（2L ），因此占地面積小。

由于雙桿活塞缸兩端的活塞桿直徑通常是相等的，因此它左、右兩腔的有效面積也相等。當(dāng)分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向的推力

π

F = p ? p A = D² ? d² p ? p （4.1）

( ) ( )( )

1 2 1 2

4

Q 4Q

υ = = （4.2）

A (D d )

π ² ? 2

（2）單桿式活塞缸

單桿式活塞缸僅在液壓缸的一腔中有活塞桿，它又有單作用和雙作用之分。圖 4-3 所

示為帶鋼珠鎖的雙作用活塞缸，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)都是靠作用于活塞上的液壓力實(shí)現(xiàn)的，在其極

限位置，為提高活塞桿固定可靠性，設(shè)有鋼珠鎖。單桿活塞缸也有缸筒固定和活塞桿固定

兩種安裝形式，無(wú)論哪種安裝形式，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍都等于其活塞有效行程的兩倍。

單桿式活塞缸由于只有一根活塞桿，活塞兩端的有效作用面積不相等。當(dāng)分別向缸兩

腔供油，且供油壓力和流量相同時(shí)，活塞（或缸體）在兩個(gè)方向上產(chǎn)生的推力和速度不相

等?；钊袭a(chǎn)生的推力與進(jìn)油腔的有效面積成正比，即無(wú)桿腔產(chǎn)生的推力大于有桿腔；而

活塞移動(dòng)的速度與進(jìn)油腔的有效面積成反比，即油液進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)有效面積大，速度慢，

進(jìn)入有桿腔時(shí)有效面積小，速度快。

當(dāng)無(wú)桿腔（有效作用面積A ）進(jìn)油，有桿腔（有效作用面積A ）回油時(shí)，活塞推力F

1 2 1

和運(yùn)動(dòng)速度

υ 分別為

1

π

F₁ = (p₁ A₁ ? p₂ A₂ ) = [D p₁ ? p₂ (D ? d )] （4.3）

2 2 2

4

Q 4Q

υ = = （4.4）

1 2 1

A πD

當(dāng)有桿腔進(jìn)油，無(wú)桿腔回油時(shí)，活塞推力F 和運(yùn)動(dòng)速度

υ 分別為 2 2

π

F p A p A D d p D p

₂ = ( _{1 2} ? 2 ₁) = [( ? ) ₁ ? ₂ ] （4.5）

2 2 2

4

Q 4Q

υ = = （4.6）

2 2 2 2

A π(D ? d )

比較上面公式可知，

υ <υ 、F > F ，即無(wú)桿腔進(jìn)壓力油液工作

1 2 1 2

時(shí)，推力大，速度低；有桿腔進(jìn)壓力油液工作時(shí)，推力小，速度高。因此，單桿活塞缸常用于一個(gè)方向有較大負(fù)載，但運(yùn)行速度較低，另一個(gè)方向?yàn)榭蛰d快速退回的設(shè)備中。

單桿活塞缸在兩個(gè)方向上的輸出速度

υ 和υ 的比值稱為速度比

2 1

φ ，是單桿雙作用活塞式液壓缸尺寸特點(diǎn)的一個(gè)重要參數(shù)。 圖 4-4 差動(dòng)缸

如果向單桿活塞缸的左右兩腔同時(shí)通壓力油，如圖 4-4 所示，即

所謂的差動(dòng)連接，差動(dòng)連接的單桿活塞缸稱為差動(dòng)液壓缸。工作時(shí)，由于無(wú)桿腔的有效面 積大于有桿腔的有效面積，故活塞向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使有桿腔中的油液（流量為ΔQ ）流入無(wú)桿腔，加大了流入無(wú)桿腔的流量（Q + ΔQ ），從而也加快了活塞移動(dòng)速度。

由式（4.7）、（4.8）可知，差動(dòng)連接時(shí)液壓缸的推力比非差動(dòng)連接時(shí)小，速度比非差動(dòng) 連接時(shí)大，因此可在不加大油源流量的情況下實(shí)現(xiàn)液壓缸快速運(yùn)動(dòng)。如果要求快速運(yùn)動(dòng)和

快速退回速度相等，即

υ =υ ，則由式（4.6）、（4.8）可得D = 2d 。

2．柱塞式液壓缸

柱塞缸是一種單作用液壓缸，即靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，回程要靠自重（垂

直安裝）或彈簧等其他外力實(shí)現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)如圖 4-5 所示，它由缸筒、柱塞、襯套和卡圈等

組成。柱塞和缸筒內(nèi)壁不接觸，運(yùn)動(dòng)時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向

套來(lái)導(dǎo)向，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工、工藝性好、結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單、成本低，常用于行程很長(zhǎng)的液壓設(shè)備中。為了能

輸出較大的推力，柱塞一般較粗、較重，水平安裝時(shí)易

產(chǎn)生單邊磨損，故柱塞缸適于垂直安裝使用。當(dāng)其水平

安裝時(shí)，為防止柱塞因自重而單邊磨損，常制成空心柱

塞并設(shè)置各種不同的輔助支承。柱塞式液壓缸是單作用 圖 4-5 柱塞缸

液壓缸，為了獲得雙向運(yùn)動(dòng)，柱塞式液壓缸常成對(duì)使用。

3．?dāng)[動(dòng)式液壓缸

擺動(dòng)缸是一種輸出轉(zhuǎn)矩并實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)的液壓執(zhí)行元件，又稱擺動(dòng)式液壓馬達(dá)或回轉(zhuǎn)

液壓缸，它有單葉片和雙葉片兩種結(jié)構(gòu)形式。

圖4-6（a）為單葉片擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)，圖4-6（b）為雙葉片擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)，均由葉片軸、缸

體、定子塊和葉片等零件組成。單葉片擺動(dòng)缸輸出的扭矩較小，且葉片軸承受較大的不平

衡徑向作用力；雙葉片擺動(dòng)缸在同樣的結(jié)構(gòu)尺寸下，其輸出扭矩是單葉片擺動(dòng)缸的 2 倍，

且徑向作用力得到平衡，但雙葉片擺動(dòng)缸的轉(zhuǎn)角約為單葉片擺動(dòng)缸轉(zhuǎn)角的一半左右，若輸

入流量相同，雙葉片擺動(dòng)缸的轉(zhuǎn)速也約降低一半。