液壓缸按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞缸、柱塞缸與擺動缸，按作用方式可分為單作用液壓缸、雙作用液壓缸與復(fù)合式缸。

1  液壓缸怎樣分類？

液壓缸的種類很多，其詳細(xì)分類可見表4-1。

表4-1常見液壓缸的種類及特點

2  活塞式液壓缸有何特點？

活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求不同可分為雙桿式和單桿式兩種。

(1)雙桿式活塞缸?；钊麅啥硕加幸桓睆较嗟鹊幕钊麠U伸出的液壓缸稱為雙桿式活塞缸，它一般由缸體、缸蓋、活塞、活塞桿和密封件等零件構(gòu)成。根據(jù)安裝方式不同可分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。

如圖4-1(a)所示的為缸筒固定式的雙桿活塞缸。它的進(jìn)、出口布置在缸筒兩端，活塞通過活塞桿帶動工作臺***，當(dāng)活塞的有效行程為l時，整個工作臺的運動范圍為3l，所以機(jī)床占地面積大，一般適用于小型機(jī)床，當(dāng)工作臺行程要求較長時，可采用圖4-1(b)所示的活塞桿固定的形式，這時，缸體與工作臺相連，活塞桿通過支架固定在機(jī)床上，動力由缸體傳出。這種安裝形式中，工作臺的***范圍只等于液壓缸有效行程l的兩倍(2l)，因此占地面積小。進(jìn)出油口可以設(shè)置在固定不動的空心的活塞桿的兩端，但必須使用軟管連接。

圖4-1雙桿活塞缸

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，液壓缸左、右兩個方向的推力和速度相等。當(dāng)活塞的直徑為D，活塞桿的直徑為d，液壓缸進(jìn)、出油腔的壓力為p1和p2，輸入流量為q時，雙桿活塞缸的推力F和速度v為：

F=A(p1-p2)=π (D2-d2) (p1-p2) /4   (4-18)

v=q/A=4q/π(D2-d2)  (4-19)

式中：A為活塞的有效工作面積。

雙桿活塞缸在工作時，設(shè)計成一個活塞桿是受拉的，而另一個活塞桿不受力，因此這種液壓缸的活塞桿可以做得細(xì)些。

(2)單桿式活塞缸。如圖4-2所示，活塞只有一端帶活塞桿，單桿液壓缸也有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，但它們的工作臺***范圍都是活塞有效行程的兩倍。

圖4-2單桿式活塞缸

由于液壓缸兩腔的有效工作面積不等，因此它在兩個方向上的輸出推力和速度也不等，其值分別為：

F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D2-p2d2］/4   (4-20)

F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D2-p2d2］/4(4-21)

v1=q/A1=4q/πD2   (4-22)

v2=q/A2=4q/π(D2-d2) (4-23)

由式(4-20)～式(4-23)可知，A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2。

(3)差動油缸。單桿活塞缸在其左右兩腔都接通***油時稱為：“差動連接”，如圖4-3所示。

圖4-3 差動缸

差動連接缸左右兩腔的油液壓力相同，但是由于左腔(無桿腔)的有效面積大于右腔(有桿腔)的有效面積，故活塞向右運動，同時使右腔中排出的油液(流量為q′)也進(jìn)入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′)，從而也加快了活塞***的速度。實際上活塞在運動時，由于差動連接時兩腔間的管路中有壓力損失，所以右腔中油液的壓力稍大于左腔油液壓力，而這個差值一般都較小，可以忽略不計，則差動連接時活塞推力F3和運動速度v3為：

F3=p1(A1-A2)=p1πd2/4  (4-24)

進(jìn)入無桿腔的流量：

q1=v3=4q/πd2     (4-25)

由式(4-24)、式(4-25)可知，差動連接時液壓缸的推力比非差動連接時小，速度比非差動連接時大，正好利用這一點，可使在不加大油源流量的情況下得到較快的運動速度，這種連接方式被廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床的液壓動力系統(tǒng)和其他機(jī)械設(shè)備的快速運動中。

3  柱塞缸有何特點？

如圖4-4(a)所示為柱塞缸，它只能實現(xiàn)一個方向的液壓傳動，反向運動要靠外力。若需要實現(xiàn)雙向運動，則必須成對使用。如圖4-4(b)所示，這種液壓缸中的柱塞和缸筒不接觸，運動時由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，因此缸筒的內(nèi)壁不需精加工，它特別適用于行程較長的場合。

圖 4-4柱塞缸

柱塞缸輸出的推力和速度各為：

F=pA=pπd2/4    (4-27)

υi=q/A=4q/πd2 (4-28)

4  增壓液壓缸有何特點？

增壓液壓缸又稱增壓器，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得***。它有單作用和雙作用兩種型式，單作用增壓缸的工作原理如圖4-5(a)所示，當(dāng)輸入活塞缸的液體壓力為p1，活塞直徑為D，柱塞直徑為d時，柱塞缸中輸出的液體壓力為***，其值為：

p2=p1(D/d)2=Kp1    (4-29)

式中：K=D2/d2，稱為增壓比，它代表其增壓程度。

顯然增壓能力是在降低有效能量的基礎(chǔ)上得到的，也就是說增壓缸僅僅是增大輸出的壓力，并不能增大輸出的能量。

單作用增壓缸在柱塞運動到終點時，不能再輸出***液體，需要將活塞退回到左端位置，再向右行時才又輸出***液體，為了克服這一缺點，可采用雙作用增壓缸，如圖4-5(b)所示，由兩個***端連續(xù)向系統(tǒng)供油。

圖4-5增壓缸

5 伸縮缸有何特點？

伸縮缸由兩個或多個活塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級活塞缸的缸筒，伸出時可獲得很長的工作行程，縮回時可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運輸車輛上。

伸縮缸可以是如圖4-6(a)所示的單作用式，也可以是如圖4-6(b)所示的雙作用式，前者靠外力回程，后者靠液壓回程。

圖4-6伸縮缸

伸縮缸的外伸動作是逐級進(jìn)行的。首先是***直徑的缸筒以***的油液壓力開始外伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)行程終點后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑***小的末級***伸出。隨著工作級數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來越小，工作油液壓力隨之升高，工作速度變快。其值為：

Fi=p1πDi2/4(4-30)

V1=4q/πDi2(4-31)

式中的i指i級活塞缸。

6  齒輪缸有何特點？

它由兩個柱塞缸和一套齒條傳動裝置組成，如圖4-7所示。柱塞的***經(jīng)齒輪齒條傳動裝置變成齒輪的傳動，用于實現(xiàn)工作部件的往復(fù)擺動或間歇進(jìn)給運動，如機(jī)床的進(jìn)***機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)位、液壓機(jī)械手等。

齒條活塞缸的速度推力特性：

輸出轉(zhuǎn)矩

TM＝Δp（π/ 8）D 2 Diηm

輸出角速度

ω＝8 qηv /πD2Di

式中Δp 為缸左右兩腔壓力差，D為活塞直徑，Di為齒輪分度圓直徑。

圖4-7齒輪缸

7  擺動缸有何特點？

擺動液壓缸的工作原理見圖4-8。

圖4-8擺動缸擺動液壓馬達(dá)的工作原理圖

圖4-8(a)是單葉片擺動缸。若從油口Ⅰ通入***油，葉片2作逆時針擺動，低壓力從油口Ⅱ排出。因葉片與輸出軸連在一起，幫輸出軸擺動同時輸出轉(zhuǎn)矩、克服負(fù)載。

此類擺動缸的工作壓力小于10MPa，擺動角度小于280°。由于徑向力不平衡，葉片和殼體、葉片和擋塊之間密封困難，***了其工作壓力的進(jìn)一步提高，從而也***了輸出轉(zhuǎn)矩的進(jìn)一步提高。

圖4-8(b)是雙葉片式擺動缸。在徑向尺寸和工作壓力相同的條件下，分別是單葉片式擺動缸輸出轉(zhuǎn)矩的2倍，但回轉(zhuǎn)角度要相應(yīng)減少，雙葉片式擺動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)角度一般小于120°。

葉片擺動馬達(dá)的總效率η=70%～95%。

8為何擺動液壓缸應(yīng)考慮液壓沖擊的吸收問題？

 當(dāng)液壓驅(qū)動的擺動負(fù)載運動方向急劇變換時，會在缸的進(jìn)出油口兩腔內(nèi)產(chǎn)生***，雖然擺動缸的設(shè)計已經(jīng)考慮了這個壓力，但當(dāng)該沖擊壓力過大時，必須考慮在擺動缸進(jìn)出油口附近設(shè)置高靈敏度的溢流閥，以免將擺動缸損壞。圖4-9所示為擺動缸傳動方案對比。