液压缸又称油缸或作动筒，是用来将油液的压力能转换成机械能的能量转换装置，用

于驱动工作机构作直线往复运动或往复摆动的液压执行元件，具有结构简单，传力大，运

动惯性小，容易实现往复运动控制，便于布局和安装等优点，与杠杆、连杆、齿轮齿条、

棘轮棘爪、凸轮等机构配合能实现多种机械运动，在液压系统中得到了广泛的应用。

4.1.1 液压缸种类与工作原理

液压缸工作的物理本质是：利用油液压力来克服负载，利用油液的流量来维持运动速

度，则输入液压缸的工作参数是油液的压力和流量，即输入的是液压功率。

液压缸的种类繁多，按运动方式分为往复直线运动液压缸和往复摆动液压缸；按作用

方式分为单作用液压缸和双作用液压缸；按结构特点可分为活塞式、柱塞式、摆动式、伸

缩式等形式，其中以活塞式液压缸应用最多。

1．活塞式液压缸

活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构，其固定方式有缸体固定和活塞杆固定

两种。

（1）双杆式活塞缸

双杆式活塞缸的结构和图形符号如图4-1 所示，它由缸筒、活塞、活塞杆和缸盖组成。

根据安装方式不同又可以分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。图 4-2（a）所示的为缸筒

固定式的双杆活塞缸，它的进、出油口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，

当活塞的有效行程为L 时，整个工作台的运动范围为3L ，其占地面积较大。图4-2（b）所

示的为活塞杆固定式的双杆活塞缸，缸体与工作台相连，整个工作台的移动范围是液压缸

有效行程L 的两倍（2L ），因此占地面积小。

由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等。当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力

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）单杆式活塞缸

单杆式活塞缸仅在液压缸的一腔中有活塞杆，它又有单作用和双作用之分。图 4-3 所

示为带钢珠锁的双作用活塞缸，其往复运动都是靠作用于活塞上的液压力实现的，在其极

限位置，为提高活塞杆固定可靠性，设有钢珠锁。单杆活塞缸也有缸筒固定和活塞杆固定

两种安装形式，无论哪种安装形式，工作台运动范围都等于其活塞有效行程的两倍。

单杆式活塞缸由于只有一根活塞杆，活塞两端的有效作用面积不相等。当分别向缸两

腔供油，且供油压力和流量相同时，活塞（或缸体）在两个方向上产生的推力和速度不相

等。活塞上产生的推力与进油腔的有效面积成正比，即无杆腔产生的推力大于有杆腔；而

活塞移动的速度与进油腔的有效面积成反比，即油液进入无杆腔时有效面积大，速度慢，

进入有杆腔时有效面积小，速度快。

当无杆腔（有效作用面积A ）进油，有杆腔（有效作用面积A ）回油时，活塞推力F

1 2 1

和运动速度

υ 分别为

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

当有杆腔进油，无杆腔回油时，活塞推力F 和运动速度

υ 分别为 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 )

比较上面公式可知，

υ <υ 、F > F ，即无杆腔进压力油液工作

1 2 1 2

时，推力大，速度低；有杆腔进压力油液工作时，推力小，速度高。因此，单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载，但运行速度较低，另一个方向为空载快速退回的设备中。

单杆活塞缸在两个方向上的输出速度

υ 和υ 的比值称为速度比

2 1

φ ，是单杆双作用活塞式液压缸尺寸特点的一个重要参数。 图 4-4 差动缸

如果向单杆活塞缸的左右两腔同时通压力油，如图 4-4 所示，即

所谓的差动连接，差动连接的单杆活塞缸称为差动液压缸。工作时，由于无杆腔的有效面 积大于有杆腔的有效面积，故活塞向右运动，同时使有杆腔中的油液（流量为ΔQ ）流入无杆腔，加大了流入无杆腔的流量（Q + ΔQ ），从而也加快了活塞移动速度。

由式（4.7）、（4.8）可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动 连接时大，因此可在不加大油源流量的情况下实现液压缸快速运动。如果要求快速运动和

快速退回速度相等，即

υ =υ ，则由式（4.6）、（4.8）可得D = 2d 。

2．柱塞式液压缸

柱塞缸是一种单作用液压缸，即靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重（垂

直安装）或弹簧等其他外力实现。其结构如图 4-5 所示，它由缸筒、柱塞、衬套和卡圈等

组成。柱塞和缸筒内壁不接触，运动时由缸盖上的导向

套来导向，因此缸筒内孔不需精加工、工艺性好、结构

简单、成本低，常用于行程很长的液压设备中。为了能

输出较大的推力，柱塞一般较粗、较重，水平安装时易

产生单边磨损，故柱塞缸适于垂直安装使用。当其水平

安装时，为防止柱塞因自重而单边磨损，常制成空心柱

塞并设置各种不同的辅助支承。柱塞式液压缸是单作用 图 4-5 柱塞缸

液压缸，为了获得双向运动，柱塞式液压缸常成对使用。

3．摆动式液压缸

摆动缸是一种输出转矩并实现往复摆动的液压执行元件，又称摆动式液压马达或回转

液压缸，它有单叶片和双叶片两种结构形式。

图4-6（a）为单叶片摆动缸结构，图4-6（b）为双叶片摆动缸结构，均由叶片轴、缸

体、定子块和叶片等零件组成。单叶片摆动缸输出的扭矩较小，且叶片轴承受较大的不平

衡径向作用力；双叶片摆动缸在同样的结构尺寸下，其输出扭矩是单叶片摆动缸的 2 倍，

且径向作用力得到平衡，但双叶片摆动缸的转角约为单叶片摆动缸转角的一半左右，若输

入流量相同，双叶片摆动缸的转速也约降低一半。