液壓缸按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞缸、柱塞缸與擺動(dòng)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(lèi)？

液壓缸的種類(lèi)很多，其詳細(xì)分類(lèi)可見(jiàn)表4-1。

表4-1常見(jiàn)液壓缸的種類(lèi)及特點(diǎn)

2  活塞式液壓缸有何特點(diǎn)？

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(chēng)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(guò)活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)***，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，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(tái)行程要求較長(zhǎng)時(shí)，可采用圖4-1(b)所示的活塞桿固定的形式，這時(shí)，缸體與工作臺(tái)相連，活塞桿通過(guò)支架固定在機(jī)床上，動(dòng)力由缸體傳出。這種安裝形式中，工作臺(tái)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(dòng)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(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)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(shí)，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(shí)，設(shè)計(jì)成一個(gè)活塞桿是受拉的，而另一個(gè)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(tái)***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(gè)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(dòng)油缸。單桿活塞缸在其左右兩腔都接通***油時(shí)稱(chēng)為：“差動(dòng)連接”，如圖4-3所示。

圖4-3 差動(dòng)缸

差動(dòng)連接缸左右兩腔的油液壓力相同，但是由于左腔(無(wú)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(yùn)動(dòng)，同時(shí)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(shí)際上活塞在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于差動(dòng)連接時(shí)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(gè)差值一般都較小，可以忽略不計(jì)，則差動(dòng)連接時(shí)活塞推力F3和運(yùn)動(dòng)速度v3為：

F3=p1(A1-A2)=p1πd2/4  (4-24)

進(jìn)入無(wú)桿腔的流量：

q1=v3=4q/πd2     (4-25)

由式(4-24)、式(4-25)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，正好利用這一點(diǎn)，可使在不加大油源流量的情況下得到較快的運(yùn)動(dòng)速度，這種連接方式被廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床的液壓動(dòng)力系統(tǒng)和其他機(jī)械設(shè)備的快速運(yùn)動(dòng)中。

3  柱塞缸有何特點(diǎn)？

如圖4-4(a)所示為柱塞缸，它只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的液壓傳動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)要靠外力。若需要實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，則必須成對(duì)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(yùn)動(dòng)時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向套來(lái)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(zhǎng)的場(chǎng)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(diǎn)？

增壓液壓缸又稱(chēng)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(shí)，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(chēng)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(shuō)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(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)，不能再輸出***液體，需要將活塞退回到左端位置，再向右行時(shí)才又輸出***液體，為了克服這一缺點(diǎn)，可采用雙作用增壓缸，如圖4-5(b)所示，由兩個(gè)***端連續(xù)向系統(tǒng)供油。

圖4-5增壓缸

5 伸縮缸有何特點(diǎn)？

伸縮缸由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級(jí)活塞缸的缸筒，伸出時(shí)可獲得很長(zhǎng)的工作行程，縮回時(shí)可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運(yùn)輸車(chē)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(dòng)作是逐級(jí)進(jìn)行的。首先是***直徑的缸筒以***的油液壓力開(kāi)始外伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)行程終點(diǎn)后，稍小直徑的缸筒開(kāi)始外伸，直徑***小的末級(jí)***伸出。隨著工作級(jí)數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來(lái)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(jí)活塞缸。

6  齒輪缸有何特點(diǎn)？

它由兩個(gè)柱塞缸和一套齒條傳動(dòng)裝置組成，如圖4-7所示。柱塞的***經(jīng)齒輪齒條傳動(dòng)裝置變成齒輪的傳動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)工作部件的往復(fù)擺動(dòng)或間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如機(jī)床的進(jìn)***機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(dòng)缸有何特點(diǎn)？

擺動(dòng)液壓缸的工作原理見(jiàn)圖4-8。

圖4-8擺動(dòng)缸擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作原理圖

圖4-8(a)是單葉片擺動(dòng)缸。若從油口Ⅰ通入***油，葉片2作逆時(shí)針擺動(dòng)，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(dòng)同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩、克服負(fù)載。

此類(lèi)擺動(dòng)缸的工作壓力小于10MPa，擺動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)角度一般小于120°。

葉片擺動(dòng)馬達(dá)的總效率η=70%～95%。

8為何擺動(dòng)液壓缸應(yīng)考慮液壓沖擊的吸收問(wèn)題？

 當(dāng)液壓驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)方向急劇變換時(shí)，會(huì)在缸的進(jìn)出油口兩腔內(nèi)產(chǎn)生***，雖然擺動(dòng)缸的設(shè)計(jì)已經(jīng)考慮了這個(gè)壓力，但當(dāng)該沖擊壓力過(guò)大時(shí)，必須考慮在擺動(dòng)缸進(jìn)出油口附近設(shè)置高靈敏度的溢流閥，以免將擺動(dòng)缸損壞。圖4-9所示為擺動(dòng)缸傳動(dòng)方案對(duì)比。