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摘 要
液壓缸是液壓系統(tǒng)中最廣泛應用的一種液壓執(zhí)行元件。液壓缸是將液壓泵輸出的壓力能轉換為機械能的執(zhí)行元件,它主要是用來輸出直線運動。
液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質來進行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此，它被廣泛地應用于機械制造、工程建筑、石油化工、交通運輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農機、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時，也被應用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預測等各個工程技術領域。?
本文對液壓缸參數(shù)化設計方法進行深入系統(tǒng)的研究,建立液壓缸CAD原型軟件系統(tǒng),主要研究成果如下: 1.系統(tǒng)分析液壓缸工作原理的基礎上,歸納了液壓缸的工作形式及主要安裝形式。在分析液壓缸主要部件結構特點的基礎上,建立了基于裝配的面向對象液壓缸產品設計模型; 2.研究面向制造的產品特征建模技術,基于產品建模方法和面向對象技術,建立了基于特征的液壓缸產品模型。研究了適用于液壓缸參數(shù)化設計的標準件庫建模方法及數(shù)據庫建模技術,并據此建立了液壓缸參數(shù)化數(shù)據庫模型及基于裝配的液壓缸參數(shù)化模型; 3.建立液壓缸參數(shù)化CAD系統(tǒng)模型,基于商用CAD軟件,開發(fā)了液壓缸參數(shù)化CAD軟件原型系統(tǒng)。
關鍵詞：液壓缸；液壓泵；液壓傳動；液力傳動
Abstract
Hydraulic cylinders are one of the hydraulic action components, which are widely used to transfer hydraulic power produced by pump to mechanical power with the manner of straight movement.
Hydraulic transmission hydraulic transmission and are based on the liquid as energy transfer medium to the drive. Mainly the use of hydraulic fluid to transmit pressure to energy; and hydraulic transmission is mainly used to transfer the kinetic energy of liquid energy. As a result of hydraulic many prominent advantages, therefore, it is widely used in machine building, construction, petrochemical, transportation, military equipment, mine metallurgy, light industry, agricultural, fisheries, forestry and so on. At the same time, also be applied to aerospace, marine development, nuclear engineering and earthquake prediction in various fields of engineering and technology.
In this paper, the parameters of the hydraulic cylinder design of the system to conduct in-depth research, the establishment of hydraulic cylinder CAD prototype software system, the main research results are as follows: 1. The working principle of hydraulic cylinder systems analysis on the basis of summed up the work of the form of hydraulic cylinder and the major form of installation. Analysis of hydraulic cylinders in the structural characteristics of the main components on the basis of the assembly based on object-oriented model of product design of hydraulic cylinder; 2. Research-oriented products feature modeling, product modeling based on object-oriented methods and technology, based on the characteristics of the hydraulic cylinder product model. Studied for parametric design of hydraulic cylinder of standard parts library and database modeling modeling techniques, and accordingly established a database of hydraulic cylinder model parameters and the hydraulic cylinder assembly based on the model parameters; 3. To establish fluid pressure cylinder of CAD system model parameters, based on the commercial CAD software, has developed a hydraulic cylinder Parametric CAD software prototype system.
Key words：Hydraulic cylinder; hydraulic pump; hydraulic transmission; hydraulic transmission
引 言
液壓傳動元件以其功率大，安裝布置簡便，易于受控，操作方便舒適，故障率低，便于維護等優(yōu)點，非常適于結構形態(tài)多變，工作條件惡劣的農業(yè)機械的應用。液壓傳動的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(缸或馬達)把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實現(xiàn)直線往復運動和回轉運動。其中的液體稱為工作介質，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。幾十年來，液壓技術不僅在農機，機床，工程機械，建筑機械，航天航空設備等得到越來越多的應用，而且形成了龐大的市場。全世界液壓元件市場銷售額已超過二百億美元，我國液壓行業(yè)產值已近80億人民幣而液壓油缸是液壓傳動中將液體的壓力能轉換成機械能，實現(xiàn)往復直線運動或往復擺動的執(zhí)行元件，被廣泛應用于各種液壓機械設備中。液壓油缸的設計合理性、制造質量，直接影響整個液壓機械設備的的使用狀態(tài)，乃至整個生產系統(tǒng)的正常運行和生產的安全性。所以，液壓油缸的合理化設計具有重要的現(xiàn)實意義。
50
沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計
目 錄
摘 要 I
Abstract II
引 言 III
目 錄 IV
第1章 液壓傳動的概述 1
1.1簡介 1
1.2應用領域 1
1.3傳動原理 1
1.4主要組成 1
1.4.1動力元件（油泵） 1
1.4.2執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達） 2
1.4.3控制元件 2
1.4.4輔助元件 2
1.4.5工作介質 2
1.5表達符號 2
1.6現(xiàn)狀及其展望 3
第2章 液壓缸的計算依據 4
2.1液壓缸的分類 4
2.2 主要參數(shù)及常用計算公式 6
2.2.1壓力 6
2.2.2主要尺寸及面積比 6
2.2.3液壓缸活塞的理論推理和拉力 8
2.2.4效率 9
2.2.5液壓缸負載率 10
2.2.6活塞瞬間線速度 10
2.2.7活塞作用力F 11
2.2.8活塞加速度a 12
2.2.9活塞加（減）速時間ta（td） 12
2.2.10活塞加（減）速行程Sa（Sd） 12
2.2.11液壓缸流量 13
2.2.12液壓缸功率P 13
第3章液壓缸的典型結構 14
3.1端蓋與缸筒連接方式 14
3.1.1拉桿型液壓缸 14
3.1.2螺紋蓋型液壓缸 14
3.1.3法蘭型液壓缸 14
3.1.4安裝方式 14
3.2專用液壓缸典型結構 16
3.2.1特殊結構液壓缸 16
3.2.2電液伺服液壓缸 17
3.2.3特殊工質液壓缸 18
3.2.4組合液壓缸 18
3.2.5多級液壓缸 18
第4章 液壓缸主要零部件設計 20
4.1缸筒的設計計算 20
4.1.1主要技術要求 20
4.1.2缸筒結構 20
4.1.4缸筒厚度計算 23
4.1.5缸筒厚度驗算 24
4.1.6缸筒底部厚度計算 24
4.1.8缸筒材料 25
4.1.9缸筒內壁表面加工公差和粗糙度ISO4394 26
4.2活塞件的設計計算 26
4.2.1活塞結構型式 26
4.2.2密封件溝槽尺寸，公差及粗糙度 26
4.2.3材料 26
4.2.4活塞尺寸及公差 27
4.3活塞桿的設計計算 27
4.3.1結構 27
4.3.2活塞桿直徑計算 28
4.4導向環(huán)的設計計算 31
4.4.1導向環(huán)主要優(yōu)點 31
4.4.2導向環(huán)的型式 31
4.4.3導向環(huán)的尺寸不同 32
4.5活塞桿導向套 32
4.6中隔圈的設計計算（限位圈） 33
4.7緩沖機構設計計算 34
4.7.1一般技術要求 34
4.7.2結構型式 34
4.7.3緩沖計算 36
4.7.4調整緩沖機構尺寸 38
4.8輔件 40
第5章設計主要尺寸圖紙 44
結 論 45
參考文獻 46
致 謝 47
第一章 液壓傳動的概述
1.1簡介
液壓傳動是用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式。
液壓傳動稱為流體傳動，是根據17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農業(yè)中廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。
1.2應用領域
液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。
1.3傳動原理
液壓傳動的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(液壓缸或馬達)把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實現(xiàn)直線往復運動和回轉運動。其中的液體稱為工作介質，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。
在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。
1.4主要組成
液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質等五部分組成。
1.4.1動力元件（油泵）
它的作用是把液體利用原動機的機械能轉換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。
1.4.2執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達）
它是將液體的液壓能轉換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉運動。
1.4.3控制元件
包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據需要無級調節(jié)液動機的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進行調節(jié)控制。
1.4.4輔助元件
除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。
1.4.5工作介質
工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉換。
1.5表達符號
圖1液壓系統(tǒng)表達符號
1——油箱 7——油管
2——過濾器 8——油管
3——液壓泵 9——液壓缸
4——流量控制閥 10——工作臺
5——溢流閥
6——換向閥
1.6現(xiàn)狀及其展望
液壓油缸也是基于以密閉容器中的靜壓力傳遞力和功率這一原理實現(xiàn)工作目的的。目前以其可實現(xiàn)大范圍的無級調速、體積小、質量輕、結構緊湊、慣性小，易于實現(xiàn)自動化、過載保護以及良好的標準化、系列化、通用化特點廣泛應用工程領域。當前正繼續(xù)向著節(jié)能、與微電子、計算機技術結合、運行的可靠性、高度的集成化、高壓、低噪聲、提高密封性能等發(fā)展。
第2章 液壓缸的計算依據
液壓缸是將液壓能轉化成直線運動機械能的執(zhí)行元件
2.1液壓缸的分類
液壓缸主要分單作用液壓缸，雙作用液壓缸，緩沖式液壓缸，多級液壓缸，等，具體分類如表1
表1.液壓缸的分類
類別
名稱
圖形符號
說明
單 作 用 液 壓 缸
單作用活塞液壓缸（無彈簧）
活塞僅作單向外伸運動，其反向內縮運動由外力來完成
單作用活塞液壓缸（彈簧回程）
活塞僅作單向運動，其反向運動由彈簧力來完成
單作用伸縮液壓缸（單作用多級液壓缸）
有多個單向依次外伸運動的活塞（柱塞），各活塞（柱塞）逐次運動時，其運動速度和推力均是變化的。其反向內縮運動由外力來完成
單作用柱塞液壓缸
柱塞僅作單向外伸運動，其反向內縮運動由外力來完成。其工作行程比單作用活塞液壓缸長
類別
名稱
圖形符號
說明
雙 作 用 液 壓 缸
雙作用無緩沖式液壓缸
活塞作雙向運動，并產生推，拉力?；钊谛谐探K了時不減速
不可調單向緩沖式液壓缸
活塞作雙向運動，并產生推，拉力?；钊谝粋刃纬山K了時減速制動，其減速值不可調。另一側行程終了時不減速
不可調雙向緩沖式液壓缸
活塞作雙向運動，并產生推，拉力，活塞在雙側行程終了時均減速制動，其減速值不可調
可調單向緩沖式液壓缸
活塞作雙向運動，并產生推，拉力?；钊谝粋刃纬山K了時減速制動，其減速值可調。另一側行程終了時不減速
可調雙向緩沖式液壓缸
活塞作雙向運動，并產生推，拉力，活塞在雙側行程終了時均減速制動，其減速值可調
雙活塞桿液壓缸
活塞兩端桿徑相同，活塞作正，反運動時，其運動速度和推（拉）力均相等
雙作用伸縮液壓缸（雙作用多級液壓缸）
有多個雙向依次運動的活塞，各活塞逐次運動時，其運動速度和推，拉力均是變化的
以上列出的是常見的液壓缸分類，未包括一些結構或用途特殊的液壓缸。
2.2 主要參數(shù)及常用計算公式
2.2.1壓力
1.額定壓力Pn，也稱公稱壓力，是液壓缸能用以長期工作的壓力。國家標準GB2346-80規(guī)定了液壓缸的公稱壓力系列如表2
表2 液壓缸公稱壓力（MPa）
2.最高允許壓力Pmax，也是動態(tài)試驗壓力，是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力。各國規(guī)范通常規(guī)定為：Pmax≤1.5Pn（MPa） （1-1-1）
3耐壓試驗壓力Pt，是液壓缸在檢查質量時需承受的壓力試驗，在此壓力下不出現(xiàn)變形或破裂。各國規(guī)范多數(shù)規(guī)定為：Pt=1.5Pn（MPa） （1-1-2）
軍品規(guī)范為：Pt=(2-2.5) Pn (MPa) （1-1-3）
2.2.2主要尺寸及面積比
1、缸內徑D
國家標準GB2348-80（等效于ISO3320）規(guī)定了液壓缸內徑系列如表3
表3缸內徑D（mm）
2、活塞桿內徑d
國家標準GB2349-80規(guī)定了活塞桿直徑的基本系列（見表4）
表4活塞桿直徑d（mm）
3、活塞行程S
國家標準GB2349-80規(guī)定了活塞行程S的基本系列（見表5）
表5活塞桿行程S
4、面積比（即速度比）
= (1-1-4)
A1=/4
A2=/4()
式中 A1——活塞無桿側有效面積（）
A2——活塞有桿側有效面積（）
——活塞桿伸出速度（）
——活塞桿退出速度（）
D——活塞直徑（m2）
d——活塞桿直徑（m2）
值系列案ISO7181規(guī)定，如表6
2.2.3液壓缸活塞的理論推理和拉力
以雙作用單活塞液壓缸為例，液壓油作用在活塞上F1：
（1-1-5）
當活塞桿退回時的理論拉力F2：
（1-1-6）
表6面積比
當活塞桿差動前進時（即活塞的兩側同時進壓力相同的液壓油）的理論推力
（1-1-7）
以上三式中
D——活塞直徑（即液壓缸內徑）（m）
d——活塞桿直徑（m）
Pi——供油壓力（MPa）
2.2.4效率t
1、 機械效率，由各運動件摩擦損失所造成。在額定壓力下，通?？扇?.9。
2、容積效率，由各密封件泄露所造成，通常容積效率為：
圖2 液壓缸活塞受力示意圖
裝彈性體密封圈時：1
裝活塞環(huán)時： 0.98
3、作用力效率：由排出口背壓所產生的反向作用力而造成。
活塞外推時： （1-1-8）
活塞向內拉時： （1-1-9）
式中 ——當活塞外推時，為進油壓力；當活塞向內拉時,為排油壓力（MPa）；
——當活塞桿外推時，為排油壓力；當活塞環(huán)內拉時，為進油壓力（MPa）；
——同前。
當排油直接回油箱時： 1.
4、總效率
=
2.2.5液壓缸負載率
為實際使用推力（或拉力）與理論額定推力（或拉力）的比值：
=實際使用推力（或拉力）/理論額定推力（或拉力） (1-1-11)
這值是用以衡量液壓缸在工作時的負載，通常采用0.5～0.7，但對有些用途也可取0.45～0.75
2.2.6活塞瞬間線速度
活塞瞬間線速度
= （m/s） (1-1-12)
式中 ——液壓缸瞬時體積流量（）
A——活塞的有效作用面積
當 =常數(shù)時，v=常數(shù)。但實際上，活塞在行程兩端各有一個加速階段或一個減速階段，見圖3
圖3 活塞線速度隨時間的變化
2活塞最高時線速度
當流量保持不變時，活塞在行程的中間大部分保持恒速，在活塞桿外推時，活塞的最高線速度為Vmax為
（1-1-13）
式中 ——桿外推時的體積流量
活塞桿內拉時
（1-1-14）
式中 ——桿內拉時的體積流量
3活塞平均線速度
（1-1-15）
式中 S——活塞行程（m）
T——活塞在單一方向的全行程時間（s）
活塞最高線速度與平均線速度可按下式計算
= （） （1-1-16）
式中 ——活塞線速度系數(shù)
活塞最高線速度受活塞和活塞桿密封圈以及行程末端緩沖機構所能承受的動能所限制。
過低的最大線速度可能造成爬行，不利于正常工作，故應大于0.1～0.2。
2.2.7活塞作用力F
液壓缸在工作適，活塞的作用力F，必須克服各項阻力，F(xiàn)的大小為；
F （N） （1-1-17）
式中 ——外負載阻力（包括外摩擦阻力在內） （N）；
——回油阻力（N），當油流會郵箱時，可以近似取=0，如果回油存在背壓，則當桿外推時，可按式（1.1.6），計算當桿內拉時，可按式（1-1-5）計算；當活塞差動前進時，在推力中已考慮了在內，故此不必計算；
——密封圈摩擦阻力 （N）；
——活塞在啟動，制動或換向時的慣性力（N）， 在加速時，取+，在減速時，取-，在恒速時，取=0。
密封圈摩擦阻力為活塞密封和活塞桿密封摩擦阻力之和，即
（N） （1-1-18）
式中 ——密封圈摩擦系數(shù)，按不同潤滑條件，
可以取=0.05～0.2；
——密封圈兩側壓力差 （Mpa）；
——分別為活塞及活塞桿密封圈寬度 (m)；
——分別為活塞和活塞桿密封圈摩擦修正系數(shù)，
“O”型密封圈；0.15
壓緊型密封圈；0.2
唇型密封圈；0.25
2.2.8活塞加速度a
活塞加速度或減速度a為 （1-1-19）
式中 m——為活塞及負載重量（kg）
——為活塞及負載慣性力（N）
活塞加速度a的符號為“+”，減速度為“-”。
2.2.9活塞加（減）速時間ta（td）
如圖2作為活塞簡化運動規(guī)律，則活塞的加速度和減速度時間分別為
（s） （1-1-20）
（s） （1-1-21）
2.2.10活塞加（減）速行程Sa（Sd）
如仍以圖2作為活塞簡化運動規(guī)律，活塞的加速及減速行程分別為
（m） (1-1-22)
(m) （1-1-23）
裝有緩沖裝置的液壓缸的活塞加速或減速行程與緩沖裝置節(jié)流行程有關（見1-1-23）
2.2.11液壓缸流量
當活塞桿外推時；
(1-1-24)
當活塞桿內拉時；
（1-1-25）
對于彈性物密封圈； 對于金屬活塞壞；
2.2.12液壓缸功率P
當活塞桿外推時；
（w） （1-1-26）
當活塞桿內拉時；
（w） (1-1-27)
以上各式中凡未加說明的代號，其意義和單位均與前相同。
第3章液壓缸的典型結構
通用液壓缸用途較廣，適用用與機床，車輛，重型機械，自動控制等用途。已有國家標準和國際標準規(guī)定其安裝尺寸。此類液壓缸的結構可從端蓋與缸筒的連接方式和安裝方式敘述。
3.1端蓋與缸筒連接方式
3.1.1拉桿型液壓缸
兩端蓋和缸筒用多根長拉桿來連接，通常兩端蓋均為正方形或長方形，用四根拉桿拉緊（圖4）
圖4拉桿式液壓缸
3.1.2螺紋蓋型液壓缸
活塞桿側的前端蓋制有螺紋以旋入相應的缸筒螺紋內，后端蓋則多數(shù)是焊接在缸桶后端
這類液壓缸暴露在外面的零件較少，外表光潔，外形尺寸較小，能承受一定的沖擊負載和嚴酷的外界環(huán)境條件。但由于前端蓋螺紋強度和預緊端蓋的操作的限制，因此不能用與過大的缸內直徑和太高的額定工作壓力，通常用與內徑d
這類液壓缸多用與車輛，船舶，礦業(yè)等室外作業(yè)機械上。
3.1.3法蘭型液壓缸
兩端蓋均有法蘭，用多個螺釘分別與鋼筒相應的法蘭連接
3.1.4安裝方式
國際標準ISO6099—1985初步規(guī)定了51種安裝方式，分為七類，并用字母和數(shù)字表示。字母為M，表示安裝方式，后面為字母和數(shù)字。字母的定義如下：
M——安裝 R——螺栓端
D——雙活塞桿 S——第腳
E——前端或后端 T——耳軸
F——法蘭（可拆的） X——雙頭螺栓或拉桿
P——圓柱銷
實用上多限于6-12種，如目前采用較廣泛的三項國際標準分別規(guī)定7-12種安裝方式（見表7）
表7各類液壓缸的安裝方式代號
國際
標準
液壓缸類型
工作壓力
安裝方式代號
安裝方式
數(shù)目
ISO6020/1
單活塞桿——中型系列
16
MF1。MF2，MF3，MF4，MP3，MP4，MP5，MP6，MT1，MT2，MT3
11
ISO6020/2
單活塞桿——小型系列
16
ME5，ME6，MP1，MP3，MP5，MS2，MT1，MT2，MT4，MX1，MX2，MX3
12
ISO6022
單活塞桿
25
MF3，MF4，MP3，MP4，MP5，MP6，MT4
7
表7中各種規(guī)定了7-12種安裝方式代號所代表的意義如下：
端蓋類：ME5——前端矩形端蓋安裝
ME6——后端矩形端蓋安裝
法蘭類：MF1——前端矩形法蘭安裝
MF2——后端矩形法蘭安裝
MF3——前端圓形法蘭安裝
MF4——后端圓形法蘭安裝
耳環(huán)類：MP1——后端固定式雙耳環(huán)安裝
MP3——后端固定式單耳環(huán)安裝
MP4——后端可拆式單耳環(huán)安裝
MP5——后端固定式球鉸耳環(huán)安裝
MP3——后端可拆式球鉸耳環(huán)安裝
底座類：MS2——側底座安裝
耳軸類：MT1——前端整體式耳軸安裝
MT2——后端整體式耳軸安裝
MT3——中間固定或可移式耳軸安裝
MT4——中間固定或可拆式耳軸安裝
螺栓螺孔類：
MX1——兩端四雙頭螺栓式安裝
MX2——后端四雙頭螺栓式安裝
MX3——前端四雙頭螺栓式安裝
上表中各種安裝方式的安裝尺寸，在設計標準液壓缸時，可查閱表中有關標準。
3.2專用液壓缸典型結構
專用液壓缸指專門為某一用途而設計的液壓缸，以滿足該用途的特殊要求，為此在結構，材料，精度，組合型式方面均較為特殊。這些液壓缸中有些已形成系列并投入批產。
3.2.1特殊結構液壓缸
（1）重型液壓缸
重型機械如軋鋼機，冶煉電爐等用的液壓必須在高溫，多塵，蒸汽等惡劣環(huán)境下工作，須連續(xù)作業(yè)，并承受猛烈的沖擊負載。
（2）控速液壓缸
為適應活塞高速下工作，并能在行程末端進入緩沖區(qū)時避免壓力沖擊，須在加速和減速階段控制活塞的速度和加，減速度，達到無級緩沖的效果。
（3）自鎖液壓缸
這類液壓缸裝有自鎖機構，可按要求將活塞桿鎖定在要求的位置上。
自鎖機構分兩種：
液壓鎖
優(yōu)點：無級鎖定，鎖定位置可任意調定，鎖定可靠，不會移位，可以遙控，只要操縱壓力油壓流向，即可鎖定或松鎖。
機械鎖
機械鎖多用在行程方向上的鎖定，包括液壓缸自帶機械鎖和液壓缸外部對活塞桿的機械鎖。液壓缸自帶機械鎖又可分為活塞機械鎖和活塞桿機械鎖，也可分為無級機械鎖和端位機械鎖。
（4）鋼索液壓缸
為節(jié)省液壓缸的軸向空間，實現(xiàn)特長行程之用，所帶動的負載是較輕的。這種缸也稱無桿液壓缸。
結構特點：液壓缸的兩端蓋外各裝有一個鋼索滑輪?；钊麤]有活塞桿，活塞的兩側面分別與鋼索的一端相聯(lián)?；钊苿訒r帶動鋼索作同方向移動。
（5）浸水液壓缸
用于浸在水中作業(yè)。液壓缸不僅要防止工作油液泄露帶外部，還要防止外部的水滲漏到缸內。
結構特點：除活塞桿的密封件外，另外還裝有外向密封圈，在外面再加一防塵圈。內和外向密封圈之間有一個低壓腔，用于回油管把低壓腔與油箱連接，以防止油液向外泄露。外露零件用不銹鋼制成。
（6）開關式限位液壓缸
為限制行程末端位置，當活塞桿到達調定的極限位置時，由桿帶動的滑塊觸動行程開并發(fā)出電信號，控制液壓系統(tǒng)方向閥的電磁鐵，使活塞停下來作反向運動。
（7）位置傳感液壓缸
此種液壓缸能傳感活塞在行程中的任一位置，并發(fā)出相應的電信號。
結構特點：這種液壓缸一般是差動式，活塞桿直徑較大，內鉆長孔，使位置傳感器的探測桿能深入，目前采用的位移傳感器多屬非接觸式。
3.2.2電液伺服液壓缸
為達到較高控制精度，縮短連接油管道長度以達到較的頻率響應，在液壓缸中集成了控制壓力油的壓力或流量的電液伺或比例閥和負載反饋傳感器此種液壓缸用于伺服控制操作系統(tǒng)，根據控制信號的類型，其結構型式可分為下列兩類：
模擬式電液伺服液壓缸
負載反饋傳感器是一個表示負載移動量的位移傳感器，裝在后端蓋外，其探測桿伸入活塞桿中心孔內。
技術要求：低摩擦，無爬行，有較高的頻率響應，低內外泄露。
通常對其摩擦副作特殊處理如下：
缸筒：內摩擦面鍍硬鉻后拋光；
活塞密封：用玻璃微珠填充的聚四氟乙烯制的O形或唇形密封圈，也有外圓帶很小圓錐度的活塞靜動壓密封；
活塞桿密封：用丁腈橡膠制預加壓唇形密封圈，也有內圓帶很小圓錐度的導向套靜動壓密封；
活塞桿導向套：用高耐磨和高硬度的FeN鑄鐵；
防塵圈：用雙金屬型，并預先磨成刃口形；
油管：伺服閥與液壓缸之間的油管用過度塊內直接鉆孔的通道和預裝的厚壁剛性短管。
電液伺服液壓缸用途較廣：飛機的起落架，薄鋼板軋機，材料疲勞實驗機，模擬實驗機，機械手等，作為力或位置速度伺服之用。
數(shù)字式電液伺服液壓缸
這種液壓缸也稱脈沖液壓缸，能直接接收數(shù)字信號以轉換為精確的線性機械運動。
這類液壓缸的優(yōu)點：
頻率響應高，起動頻率高；
單位功率的成本低，容易達到很大輸出力；
傳動環(huán)節(jié)少，無游隙，精度高；
只需要小功率的脈沖電源，
動態(tài)流量計量液壓缸
作為液壓元件或系統(tǒng)實驗時測量動態(tài)流量之用
這種液壓崗的技術要求是：能迅速對流量的變化作出反應，因此對內漏不必作過分嚴格的的控制而運動件的摩擦力應極小，無爬行，頻響高，慣量極小。
這類液壓缸的動態(tài)流量測量精度可達0.5%，頻率響應達1000Hz。
3.2.3特殊工質液壓缸
高水基液壓缸
這類缸用高水基液作為工作介質。高水基液在節(jié)流處容易產生氣蝕，其粘度很低以致泄露率比石油激液高5倍以上，液膜承載能力也很低，因而造成摩擦副劇烈磨損。因此這種液壓缸的工作最高壓力目前只限于7MPa。
水質液壓缸
采用水作為介質。工作情況比高水基更惡劣，因此工作最高壓力多限在3.5MPa以內。
主要零件的材料要求更加耐腐蝕：活塞用青銅，活塞桿用不銹鋼制。
3.2.4組合液壓缸
由液壓缸，電動機，液壓泵，油箱，濾油器，蓄能器，控制液壓閥組合的總成。
這類液壓缸有較多優(yōu)點：集成程度高，體積小，可以在車間全部裝配好和調試好，不必在現(xiàn)場進行，從而保證安裝和調試質量，避免污染。同時省出常規(guī)液壓系統(tǒng)的管系，能減少泄露和管道的壓力損耗，提高響應頻率，節(jié)省能源，使維修和保養(yǎng)工作作減到最少。
3.2.5多級液壓缸
多級液壓缸是用多個相套的不同直徑的套筒作為活塞，最小一級的套筒則封底。
優(yōu)點：
套筒全部內縮時，長度較小，當各級套筒全部外伸時，工作行程為單級行程乘級數(shù)的積，因此能節(jié)省較多地位。
缺點：
套筒由于空間布置關系而不能過大的壁厚，故工作壓力一般不超過10MPa，行程短而級數(shù)少的缸則可用到25MPa的工作壓力。
舉升多級液壓缸
在供油時各級套筒外伸，不供油時，在負載或重力作用下，各級套筒內縮，因此可用但作用缸，也有最小一級用雙作用以加速內縮速度。對這類缸，通常要求能提供恒定的舉升功率，在全行程中均勻舉升，在供油軟管爆裂時各套筒的內縮速度不至于過大等。
起重機伸縮臂多級液壓缸
起重機伸縮臂的多級液壓缸工作方式要求在外伸和內縮時都能帶動負載。此外，其行程特別長，故鋼筒和套筒都應有足夠的剛性，防止中間彎曲。
第4章 液壓缸主要零部件設計
4.1缸筒的設計計算
4.1.1主要技術要求
1）有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)實驗壓力而不致產生永久性變形；
2）有足夠的剛度，能承受活塞側向力和安裝的反作用力而不致于產生彎曲；
3）內表面與活塞密封件及導向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少，有高的幾何精度，足以保證活塞密封件的密封行；
4）有幾種結構的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊上法蘭或管接頭后不致于產生裂紋或過大的變形。
4.1.2缸筒結構
常用的缸筒結構有八類，表8列舉21種采用較多的結構。通常根據缸筒與端蓋的連續(xù)型式選用其結構，而連接型式又取決于額定工作壓力，用途，使用環(huán)境等因素。
表8 常用的缸筒與缸蓋的連接型式
4.1.3缸筒計算
缸筒內徑計算
a當液壓缸的理論作用力F及供油壓力為已知時，則缸筒內徑D按下式計算（無活塞桿側）得：
(3-1-1)
有活塞桿側：
(3-1-2)
式中 d——活塞桿直徑（m）；
——供油壓力（MPa）；
、——分別為液壓缸的理論推力和拉力（N）。
液壓缸的理論作用力F，按下式確定：
（N） (3-1-3)
式中 ——活塞桿上的實際作用力（N）；
——負載率，一般取=0.5～0.7；
——液壓缸的總效率。
b當活塞差動前進的理論推力：
= (3-1-4)
我們知道液壓系統(tǒng)的最大推力為47.124N，=25MPa，液壓缸的無腔工作面積為有腔工作面積的兩倍，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關系為d=0.543D，背壓=25MPa。
= =
得 =314.16c
D==0.0198m (3-1-5)
按GB/T2348—1980將直徑圓整成標準值是得：
D=0.02m=200mm
4.1.4缸筒厚度計算
缸筒厚度為：
=++ (3-1-6)
式中 ——為缸筒材料強度要求的最小值（m）；
——為缸筒外徑公差余量（m）
——腐蝕余量（m）
關于的值，可按下列情況分別進行計算：
當/D≤0.008時，可用薄壁缸筒的實用計算式：
（m） （3-1-7）
我們取=0.0384，這時候/D=0.16在0.08～0.3之間，所以選用實用公式：
（m） (3-1-8)
其中p1.5MPa，我們選用45號鋼，它的許用應力=/n=600/2=300N/