1.液壓缸的類型
【答】液壓缸的類型繁多。①按作用方式分，液壓缸分為單作用式和雙作用式兩大類。單作
用式液壓缸，其一個方向的運動靠液壓力來實現，而反向運動則依靠重力或彈簧力等實現。雙作用式液壓缸，其正、反兩個方向的運動都依靠液壓力來實現。②按不同的使用壓力，液壓缸又可分為中壓、低壓、中高壓和高壓液壓缸。對于機床類機械，一般采用中低壓液壓缸，其額定壓力為2.5MPa~6.3MPa;對于要求體積小、質量輕、出力大的建筑車輛和飛機用液壓缸多采用中高壓液壓缸，其額定壓力為10lMPa~16MPa;對于油壓機響一類機械，大多數采用高壓液壓缸，其額定壓力為25MPa~315MPa。③按結構型式的不同，液壓缸又有活塞式、柱塞式、擺動式、伸縮式等型式。其中以活塞式液莊缸應用最多。而活塞式液壓缸又有單活塞桿和雙活塞桿、缸定式和桿定式的不同結構和運動方式。
2.液壓缸的差動連接及其特點、應用
【答】對單活塞桿液壓缸來說，其左右兩腔相互連通，并同時都和進油管路相通的連接方式叫做液壓缸的差動連接。其特點是推力減小了，速度提高了。當元桿腔的有效工作面積是有桿腔的兩倍時，亦即活塞直徑D= d時(d為活塞桿直徑)，差動連接的速度較沒有差動連接的速度提高了一倍，而推力則減小了一半。液壓缸的差動連接主要用于有快速要求的空行程動作循環中，因其結構簡單，故應用較廣。但其速度提高不大(最大提高一倍)。
3.液壓缸的五大組成部分，缸筒組件、活塞組件的結構及相應材料
【答】液壓缸的五大組成部分是：缸筒組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝
置。
4.液壓缸的泄漏途徑
【答】液壓缸在工作時，腔內壓力較腔外壓力(大氣壓)高得多;缸內進油腔壓力較回泊腔壓力高得多。這樣，油液就可能通過固定件的聯接處(途徑之一)，如端蓋和缸筒的聯接處，和有相對運動部件的配合間隙(途徑之二)而泄漏。如圖4·6所示。外泄不但使油液損失影響環境，而且有失火的危險。內泄則將使泊液發熱、液壓缸容積效率降低，進而使液壓缸工作性能變壞。因此應最大限度地減少泄漏。
圖4·6液壓缸的泄漏
5.橡膠密封圈的類型(0、Y、V)及應用場合、特點
【答】橡膠密封圈按其斷面形狀分為0形、Y型和V型三種形式。
①O型密封圈。這種密封圈斷面呈圓形，如圖4·7所示。其材料用耐油橡膠制成，具有較強的抗腐蝕性。它既可以用于活塞、缸筒這樣有相對運動件之間的密封，又可以用于端蓋、缸筒這樣固定件之間的密封;既可用0型圈的內徑d或外徑D密封，又可用0型圈的端面密封。
O型密封圈的密封作用是依靠裝配后產生的壓縮變形實現的。當壓力較高時，0型圈可能被壓力油擠進配合間隙，引起密封圈破壞，因此在O型圈的一側或兩側(決定于壓力油作用于一側或兩側)增加一個擋圈：對于固定密封，當壓力大于32MPa時就要用擋圈。這樣，密封壓力最高可達70MPa;對于運動密封，當壓力大于1OMPa時也要用擋圈，此時密封壓力最高可達32MPa。為了保證密封性能，安裝O型圈的溝槽尺寸及表面粗糙度應
符合要求(查閱有關手冊)。
O型密封圈的形狀簡單、安裝尺寸小，摩擦力不大，密封性良好，故應用廣泛。但其使用壽命不很長，不宜在速度較高的滑動密封中使用。
②Y型密封圈。這種密封圈斷面呈Y型，如圖4-8所示。一般也用耐油橡膠制成。它依靠略為張開的唇邊貼于密封面而實現密封。油壓增加時，唇邊作用在密封面上的壓力也隨著增加，并在磨損后有一定的自動補償能力。故密封性能較好，且能保持較長的使用壽命。在裝配Y型密封圈時，可將它直接裝入溝槽內。但一定要使其唇邊面向高壓區才能起到密封作用，并且在工作壓力波動大、滑動速度較高的情況下，要采用支承環來定位。
圖4·7 0型密封圃圖 4.8 Y型密封圈
Y型密封圈密封可靠，壽命較長、摩擦力小，常用于速度較高的液壓缸。適用工作油溫為一40℃~80℃，工作壓力為2OMPa。
③V型密封圈。其斷面呈V型。如圖49所示。該圈用帶夾織物的橡膠制成，由支承環、密封環、壓環三部分疊合組成。當要求密封的壓力小于1OMPa時，使小用由3個圈組成的一套已足夠保證密封性;當壓力大于10IWPa時，可增加中間環節的數量。在安裝V型圈酬時，也應注意使密封圈的唇邊面向高壓區。V型密封圈耐高壓，密封性能可靠，但密封處摩擦較大，在大直徑柱塞或低速運動的活塞桿上采用較多。(a)支承環;(b)密封環S (c)壓環。其工作溫度為一40℃~80℃，工作壓力可達到50MPao
6.液壓缸的緩沖、排氣
【答】為了避免活塞在行程兩端沖撞缸蓋，產生噪聲，影響工件精度以至損壞機件，常在液壓缸兩端設置緩沖裝置。其作用是利用油液的節流原理來實現對運動部件的制動。常用的緩沖裝置、有環狀間隙式、、節流口可調式、節流口可變式三種形式。
① 環狀間隙式：當緩沖柱塞進入與其相配的缸蓋上
內孔時，液壓油(回油)必須通過間隙δ才能排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故緩沖作用不可調，且隨活塞速度的降低，其緩沖作用逐漸減弱。
② 節流口可調式：當緩沖柱塞進入缸蓋上的內孔時，液壓油(回油)必須經過節流閥才能
排出。由于節流閥是可調的，故緩沖作用也可調，但這種調節是緩沖進行前的調節，在緩沖進行中，緩沖作用仍是固定不變的。
③節流口可變式：在活塞的軸向上開有三角溝槽，其過流斷面越來越小，緩沖作用隨著速度的降低而增強。緩沖作用均勻，緩沖壓力較低，制動位置精度較高，解決了在行程最后階段緩沖作用過弱的問題。
緩沖裝置：(a)間隙緩沖 (b)節流緩沖 (c)軸向三角槽緩沖
關于液壓缸的排氣。對于長期不用的液壓缸或新買進的液壓缸，常在缸內最高部位聚積空氣。空氣的存在會使液壓缸運動不平穩，產生振動或爬行。為此，液壓缸上要設排氣裝置。
排氣裝置
排氣裝置通常有兩種形式：一種是在液壓缸的最高部位處開排氣孔，用長管道通向遠處的排氣閥排氣(機床上多采用這種形式);另一種是在缸蓋的最高部位直接安裝排氣閥，對于雙作用式液壓缸應設置2個排氣閥。
二、重點、難點和解題要領
1. 重點
液壓缸的類型很多，但活塞式液壓缸應用最多，因此活塞式液壓缸是重點。對液壓缸的基本計算方法，特別是對三種不同聯接形式的單桿液壓缸的壓力ρ(P1、h)、推力F、速度認流量Q及負載FL等量的計算必須掌握。液壓缸的密封至關重要，離開密封甚至密封不良都將導致液壓缸法工作。因此，液壓缸密封的部位、特點，橡膠密封圈的種類及應用場合也必須掌握。
2.難點
差動液壓缸的計算，回油腔及回油壓力的概念，及液壓缸的緩沖是本章的難點。事實上，若令單桿活塞缸活塞的直徑為D，活塞桿的直徑為d ，則有πD2/4=π(D2+ d2)/4。即液壓缸無桿腔的有效工作面積可以看成由π(D2+ d2)/4和π d2/4兩部分組成。
液壓缸差動聯接時，從有桿腔反饋到無桿腔的油液占據了面積為π(D2+ d2)/4的空間(不計泄漏)，而進油管路來的油液Q則占據了面積為πd2/4的空間(不計泄漏)。因此液壓缸的速度(差動聯接的速度)為U =4Q/πd2，可見速度較沒有差動聯接時的速度U =4Q/πD2提高了。至于推力F，由于活塞在要動還沒動時，活塞左右兩邊壓力相等，推力產生在活塞兩邊的有效工作面積差d2/4上，故推力為F=P1·πd2/4， (P1為進油壓力)。可見推力較沒有差動聯接時的推力F=P1·πD2/4減小了。對于雙作用式液壓缸，無論是單桿缸還是雙桿缸，只要是油液從其流出的腔便稱為回油腔，亦稱為背壓腔。該腔的壓力稱為回泊壓力或背壓力。在理論計算時因不涉及實際管路，所以只要沒有外界負載液壓缸的回泊(從回油腔流出的油液)壓力便為零。這是從壓力決定于負載這一角度得出的。實際上，此時回油壓力非但不能為零(否則便不能流出回油腔)，而且由于管路較長(沿程損失較大)、彎頭較多(局部損失較多)，造成壓力損失較大，使回油壓力可高達十幾個大氣壓。因此讀者應注意到這點，正確理解理論與實際的這一差別。
關于液壓缸的緩沖，其作用及具體緩沖裝置的工作原理不難理解。其難點主要是緩沖壓力，特別是最大緩沖壓力的計算。事實上，液壓缸在緩沖時有三種能量在緩沖、制動后被背壓腔(緩沖腔)所吸收：①是液壓能Ep，其值為Ep =p1 A1 Lc(式中P1為高壓腔的壓力，A1為高壓腔的有效承壓面積，Lc為背壓腔的緩沖長度)。②是動能Em ，其值為Em =mv2/2(式中m為所有運動部件的質量，v為運動部件的速度)。③是反向的摩擦能Ef，其值為Ef=FfLc(式中Ff為反向摩擦力)。此時，三種能量，尤其是動能在極短的時間內全部轉化成背壓腔液體的壓力能E2，致使背壓腔壓力升高，形成緩沖壓力。若令背壓腔有效承壓面積為人，緩沖壓力為pc，則有E1=Ep+Em-Ef=E2=Pc·Ac·Lc(E1為高壓腔總的機械能、即三種能量之和)，所以緩沖壓力為pc=E1/AcLc。在采用節流口可調式的緩沖裝置中，緩沖過程中的緩沖阻尼是固定不變的，而在緩沖、制動開始時運動部件的速度是最高的(以后才逐漸降低)，所以在制動開始時產生的沖擊力也最大(以后才逐漸減弱)。即在緩沖，制動過程中緩沖壓力是由大到小變化的，非定值。而上述pc值是從能量轉換角度換算出的理論值，即平均值，稱為平均緩沖壓力。最大緩沖壓力出現在制動開始時的速度最高時。若近似的認為由運動部件的動能所轉化的那部分壓力是呈線性規律下降的，則最大的沖擊壓力(緩沖壓力)Pcmax。即最大的沖擊壓力可近似地等于平均緩沖壓力與運動部件動能所轉化的壓力之和。在液壓缸強度校核時，必須滿足最大沖擊力要小于缸筒材料的試驗壓力這一條件。
上述情況適用于節流口可調式(緩沖制動過程中阻尼固定)的緩沖裝置。對于節流口可變式緩沖裝置，在緩沖制動過程中緩沖壓力的波動是比較均勻的。
2. 解題要領
本章所涉及的理論計算主要是液壓缸產生的推力、流量、速度或負載決定壓力、緩沖壓力
等問題的計算。問題的關鍵要掌握好有效承壓面(即有效工作面)這一概念。
計算推力需要它，計算流量和速度也需要它。所謂有效承壓面(有效工作面)是這樣的一個面：
液壓力在該面上的作用力的方向與負載阻力方向相反。另外，液壓缸的五大組成部分并非都是必須的，對前三部分即缸筒組件，活塞組件，密封裝置是必須的，但對后兩部分即緩沖裝置、排氣裝置并不是所有工況下的液壓缸都需要。這應由具體要求而定。
、液壓缸的類型
【答】液壓缸的類型繁多。①按作用方式分，液壓缸分為單作用式和雙作用式兩大類。單作
用式液壓缸，其一個方向的運動靠液壓力來實現，而反向運動則依靠重力或彈簧力等實現。雙作用式液壓缸，其正、反兩個方向的運動都依靠液壓力來實現。②按不同的使用壓力，液壓缸又可分為中壓、低壓、中高壓和高壓液壓缸。對于機床類機械，一般采用中低壓液壓缸，其額定壓力為2.5MPa~6.3MPa;對于要求體積小、質量輕、出力大的建筑車輛和飛機用液壓缸多采用中高壓液壓缸，其額定壓力為10lMPa~16MPa;對于油壓機響一類機械，大多數采用高壓液壓缸，其額定壓力為25MPa~315MPa。③按結構型式的不同，液壓缸又有活塞式、柱塞式、擺動式、伸縮式等型式。其中以活塞式液莊缸應用最多。而活塞式液壓缸又有單活塞桿和雙活塞桿、缸定式和桿定式的不同結構和運動方式。
2.液壓缸的差動連接及其特點、應用
【答】對單活塞桿液壓缸來說，其左右兩腔相互連通，并同時都和進油管路相通的連接方式叫做液壓缸的差動連接。其特點是推力減小了，速度提高了。當元桿腔的有效工作面積是有桿腔的兩倍時，亦即活塞直徑D= d時(d為活塞桿直徑)，差動連接的速度較沒有差動連接的速度提高了一倍，而推力則減小了一半。液壓缸的差動連接主要用于有快速要求的空行程動作循環中，因其結構簡單，故應用較廣。但其速度提高不大(最大提高一倍)。
3.液壓缸的五大組成部分，缸筒組件、活塞組件的結構及相應材料
【答】液壓缸的五大組成部分是：缸筒組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝
置。
4.液壓缸的泄漏途徑
【答】液壓缸在工作時，腔內壓力較腔外壓力(大氣壓)高得多;缸內進油腔壓力較回泊腔壓力高得多。這樣，油液就可能通過固定件的聯接處(途徑之一)，如端蓋和缸筒的聯接處，和有相對運動部件的配合間隙(途徑之二)而泄漏。如圖4·6所示。外泄不但使油液損失影響環境，而且有失火的危險。內泄則將使泊液發熱、液壓缸容積效率降低，進而使液壓缸工作性能變壞。因此應最大限度地減少泄漏。
圖4·6液壓缸的泄漏
5.橡膠密封圈的類型(0、Y、V)及應用場合、特點
【答】橡膠密封圈按其斷面形狀分為0形、Y型和V型三種形式。
①O型密封圈。這種密封圈斷面呈圓形，如圖4·7所示。其材料用耐油橡膠制成，具有較強的抗腐蝕性。它既可以用于活塞、缸筒這樣有相對運動件之間的密封，又可以用于端蓋、缸筒這樣固定件之間的密封;既可用0型圈的內徑d或外徑D密封，又可用0型圈的端面密封。
O型密封圈的密封作用是依靠裝配后產生的壓縮變形實現的。當壓力較高時，0型圈可能被壓力油擠進配合間隙，引起密封圈破壞，因此在O型圈的一側或兩側(決定于壓力油作用于一側或兩側)增加一個擋圈：對于固定密封，當壓力大于32MPa時就要用擋圈。這樣，密封壓力最高可達70MPa;對于運動密封，當壓力大于1OMPa時也要用擋圈，此時密封壓力最高可達32MPa。為了保證密封性能，安裝O型圈的溝槽尺寸及表面粗糙度應
符合要求(查閱有關手冊)。
O型密封圈的形狀簡單、安裝尺寸小，摩擦力不大，密封性良好，故應用廣泛。但其使用壽命不很長，不宜在速度較高的滑動密封中使用。
②Y型密封圈。這種密封圈斷面呈Y型，如圖4-8所示。一般也用耐油橡膠制成。它依靠略為張開的唇邊貼于密封面而實現密封。油壓增加時，唇邊作用在密封面上的壓力也隨著增加，并在磨損后有一定的自動補償能力。故密封性能較好，且能保持較長的使用壽命。在裝配Y型密封圈時，可將它直接裝入溝槽內。但一定要使其唇邊面向高壓區才能起到密封作用，并且在工作壓力波動大、滑動速度較高的情況下，要采用支承環來定位。
圖4·7 0型密封圃圖 4.8 Y型密封圈
Y型密封圈密封可靠，壽命較長、摩擦力小，常用于速度較高的液壓缸。適用工作油溫為一40℃~80℃，工作壓力為2OMPa。
③V型密封圈。其斷面呈V型。如圖49所示。該圈用帶夾織物的橡膠制成，由支承環、密封環、壓環三部分疊合組成。當要求密封的壓力小于1OMPa時，使小用由3個圈組成的一套已足夠保證密封性;當壓力大于10IWPa時，可增加中間環節的數量。在安裝V型圈酬時，也應注意使密封圈的唇邊面向高壓區。V型密封圈耐高壓，密封性能可靠，但密封處摩擦較大，在大直徑柱塞或低速運動的活塞桿上采用較多。(a)支承環;(b)密封環S (c)壓環。其工作溫度為一40℃~80℃，工作壓力可達到50MPao
6.液壓缸的緩沖、排氣
【答】為了避免活塞在行程兩端沖撞缸蓋，產生噪聲，影響工件精度以至損壞機件，常在液壓缸兩端設置緩沖裝置。其作用是利用油液的節流原理來實現對運動部件的制動。常用的緩沖裝置、有環狀間隙式、、節流口可調式、節流口可變式三種形式。
① 環狀間隙式：當緩沖柱塞進入與其相配的缸蓋上
內孔時，液壓油(回油)必須通過間隙δ才能排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故緩沖作用不可調，且隨活塞速度的降低，其緩沖作用逐漸減弱。
② 節流口可調式：當緩沖柱塞進入缸蓋上的內孔時，液壓油(回油)必須經過節流閥才能
排出。由于節流閥是可調的，故緩沖作用也可調，但這種調節是緩沖進行前的調節，在緩沖進行中，緩沖作用仍是固定不變的。
③節流口可變式：在活塞的軸向上開有三角溝槽，其過流斷面越來越小，緩沖作用隨著速度的降低而增強。緩沖作用均勻，緩沖壓力較低，制動位置精度較高，解決了在行程最后階段緩沖作用過弱的問題。
緩沖裝置：(a)間隙緩沖 (b)節流緩沖 (c)軸向三角槽緩沖
關于液壓缸的排氣。對于長期不用的液壓缸或新買進的液壓缸，常在缸內最高部位聚積空氣。空氣的存在會使液壓缸運動不平穩，產生振動或爬行。為此，液壓缸上要設排氣裝置。
排氣裝置
排氣裝置通常有兩種形式：一種是在液壓缸的最高部位處開排氣孔，用長管道通向遠處的排氣閥排氣(機床上多采用這種形式);另一種是在缸蓋的最高部位直接安裝排氣閥，對于雙作用式液壓缸應設置2個排氣閥。
二、重點、難點和解題要領
1. 重點
液壓缸的類型很多，但活塞式液壓缸應用最多，因此活塞式液壓缸是重點。對液壓缸的基本計算方法，特別是對三種不同聯接形式的單桿液壓缸的壓力ρ(P1、h)、推力F、速度認流量Q及負載FL等量的計算必須掌握。液壓缸的密封至關重要，離開密封甚至密封不良都將導致液壓缸法工作。因此，液壓缸密封的部位、特點，橡膠密封圈的種類及應用場合也必須掌握。
2.難點
差動液壓缸的計算，回油腔及回油壓力的概念，及液壓缸的緩沖是本章的難點。事實上，若令單桿活塞缸活塞的直徑為D，活塞桿的直徑為d ，則有πD2/4=π(D2+ d2)/4。即液壓缸無桿腔的有效工作面積可以看成由π(D2+ d2)/4和π d2/4兩部分組成。
液壓缸差動聯接時，從有桿腔反饋到無桿腔的油液占據了面積為π(D2+ d2)/4的空間(不計泄漏)，而進油管路來的油液Q則占據了面積為πd2/4的空間(不計泄漏)。因此液壓缸的速度(差動聯接的速度)為U =4Q/πd2，可見速度較沒有差動聯接時的速度U =4Q/πD2提高了。至于推力F，由于活塞在要動還沒動時，活塞左右兩邊壓力相等，推力產生在活塞兩邊的有效工作面積差d2/4上，故推力為F=P1·πd2/4， (P1為進油壓力)。可見推力較沒有差動聯接時的推力F=P1·πD2/4減小了。對于雙作用式液壓缸，無論是單桿缸還是雙桿缸，只要是油液從其流出的腔便稱為回油腔，亦稱為背壓腔。該腔的壓力稱為回泊壓力或背壓力。在理論計算時因不涉及實際管路，所以只要沒有外界負載液壓缸的回泊(從回油腔流出的油液)壓力便為零。這是從壓力決定于負載這一角度得出的。實際上，此時回油壓力非但不能為零(否則便不能流出回油腔)，而且由于管路較長(沿程損失較大)、彎頭較多(局部損失較多)，造成壓力損失較大，使回油壓力可高達十幾個大氣壓。因此讀者應注意到這點，正確理解理論與實際的這一差別。
關于液壓缸的緩沖，其作用及具體緩沖裝置的工作原理不難理解。其難點主要是緩沖壓力，特別是最大緩沖壓力的計算。事實上，液壓缸在緩沖時有三種能量在緩沖、制動后被背壓腔(緩沖腔)所吸收：①是液壓能Ep，其值為Ep =p1 A1 Lc(式中P1為高壓腔的壓力，A1為高壓腔的有效承壓面積，Lc為背壓腔的緩沖長度)。②是動能Em ，其值為Em =mv2/2(式中m為所有運動部件的質量，v為運動部件的速度)。③是反向的摩擦能Ef，其值為Ef=FfLc(式中Ff為反向摩擦力)。此時，三種能量，尤其是動能在極短的時間內全部轉化成背壓腔液體的壓力能E2，致使背壓腔壓力升高，形成緩沖壓力。若令背壓腔有效承壓面積為人，緩沖壓力為pc，則有E1=Ep+Em-Ef=E2=Pc·Ac·Lc(E1為高壓腔總的機械能、即三種能量之和)，所以緩沖壓力為pc=E1/AcLc。在采用節流口可調式的緩沖裝置中，緩沖過程中的緩沖阻尼是固定不變的，而在緩沖、制動開始時運動部件的速度是最高的(以后才逐漸降低)，所以在制動開始時產生的沖擊力也最大(以后才逐漸減弱)。即在緩沖，制動過程中緩沖壓力是由大到小變化的，非定值。而上述pc值是從能量轉換角度換算出的理論值，即平均值，稱為平均緩沖壓力。最大緩沖壓力出現在制動開始時的速度最高時。若近似的認為由運動部件的動能所轉化的那部分壓力是呈線性規律下降的，則最大的沖擊壓力(緩沖壓力)Pcmax。即最大的沖擊壓力可近似地等于平均緩沖壓力與運動部件動能所轉化的壓力之和。在液壓缸強度校核時，必須滿足最大沖擊力要小于缸筒材料的試驗壓力這一條件。
上述情況適用于節流口可調式(緩沖制動過程中阻尼固定)的緩沖裝置。對于節流口可變式緩沖裝置，在緩沖制動過程中緩沖壓力的波動是比較均勻的。
2. 解題要領
本章所涉及的理論計算主要是液壓缸產生的推力、流量、速度或負載決定壓力、緩沖壓力
等問題的計算。問題的關鍵要掌握好有效承壓面(即有效工作面)這一概念。
計算推力需要它，計算流量和速度也需要它。所謂有效承壓面(有效工作面)是這樣的一個面：
液壓力在該面上的作用力的方向與負載阻力方向相反。另外，液壓缸的五大組成部分并非都是必須的，對前三部分即缸筒組件，活塞組件，密封裝置是必須的，但對后兩部分即緩沖裝置、排氣裝置并不是所有工況下的液壓缸都需要。這應由具體要求而定。
