1.4.1 液压缸的类型
液压缸按结构形式可分为活塞缸、柱塞缸与摆动缸，按作用方式可分为单作用液压缸、双作用液压缸与复合式液压缸。
（1）液压缸的分类
液压缸的种类很多，其详细分类及特点见表1-4。
表1-4 常见液压缸的分类及特点
（2）活塞式液压缸
活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。
①双杆式活塞缸 活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成（图1-47）。根据安装方式不同，可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。
图1-47 双杆式活塞缸示意图
图1-47（a）所示为缸筒固定式双杆活塞缸示意图。它的进、出口布置在缸筒两端，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，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用图1-47（b）所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传出。这种安装形式中，工作台的移动范围只等于液压缸有效行程l的两倍（2l），因此占地面积小。进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软管连接。
由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它的左、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、右两个方向的推力和速度相等。当活塞的直径为D，活塞杆的直径为d，液压缸进、出油腔的压力为p1和p2，输入流量为q时，双杆活塞缸的推力F和速度v为：
F=A（p1-p2）=π（D2-d2）（p1-p2）/4 （1-6）
v=q/A=4q/［π（D2-d2）］ （1-7）
式中 A——活塞的有效工作面积。
双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。
②单杆式活塞缸 单杆式活塞缸示意图如图1-48所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。
图1-48 单杆式活塞缸示意图
由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为：
F1=（p1A1-p2A2）=π［p1D2-p2（D2-d2）］/4 （1-8）
F2=（p1A2-p2A1）=π［p1（D2-d2）-p2D2］/4 （1-9）
v1=q/A1=4q/（πD2） （1-10）
v2=q/A2=4q/［π（D2-d2）］ （1-11）
由式（1-8）～式（1-11）可知，由于A1>A2，所以F1>F2，v1<v2。如把两个方向上的输出速度v2和v1的比值称为速度比，记作λv，则λv=v2/v1=1/［1-（d/D）2］。因此，
。在已知D和λv时，可确定d值。
③差动油缸 单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为“差动连接”，如图1-49所示。差动连接缸左右两腔的油液压力相同，但是由于左腔（无杆腔）的有效面积大于右腔（有杆腔）的有效面积，故活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液（流量为q'）也进入左腔，加大了流入左腔的流量（q+q'），从而也加快了活塞移动的速度。实际上活塞在运动时，由于差动连接时两腔间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压力稍大于左腔油液压力，而这个差值一般都较小，可以忽略不计，则差动连接时活塞推力F3和运动速度v3为：
F3=p1（A1-A2）=p1πd2/4 （1-12）
v3=4q/（πd2） （1-13）
图1-49 差动油缸示意图
进入无杆腔的流量为：
（1-14）
由式（1-12）、式（1-14）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，正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力系统和其他机械设备的快速运动中。如果要求机床往返快速相等时，则由式（1-12）和式（1-13）得：
（1-15）
即：
把单杆活塞缸实现差动连接，并按
设计缸径和杆径的油缸称为差动液压缸。
（3）柱塞缸
图1-50所示为柱塞缸，图1-50（a）所示为单向液压推动柱塞缸示意图，它只能实现一个方向的液压传动，反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。如图1-50（b）所示，这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特别适用于行程较长的场合。
图1-50 柱塞缸示意图
柱塞缸输出的推力和速度各为：
F=pA=pπd2/4
居中&&&vi=q/A=4q/（πd2）
（4）增压液压缸
增压液压缸又称增压器，它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压（图1-51）。它有单作用和双作用两种形式，单作用增压缸的工作原理示意图如图1-51（a）所示，当输入活塞缸的液体压力为p1，活塞直径为D，柱塞直径为d时，柱塞缸中输出的液体压力为高压，其值为：
p2=p1（D/d）2=Kp1 （1-16）
K=D2/d2
式中 K——增压比，它代表其增压程度。
图1-51 增压液压缸示意图
显然增压能力是在降低有效能量的基础上得到的，也就是说，增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。
单作用增压缸在柱塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端位置，再向右行时才又输出高压液体，为了克服这一缺点，可采用双作用增压缸，如图1-51（b）所示，由两个高压端连续向系统供油。
（5）伸缩缸
伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上（图1-52）。
伸缩缸可以是如图1-52（a）所示的单作用式，也可以是如图1-52（b）所示的双作用式，前者靠外力回程，后者靠液压回程。
图1-52 伸缩缸示意图
伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸，当到达行程终点后，稍小直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快。其值为：
（1-17）
（1-18）
式中 i——i级活塞缸。
（6）齿轮缸
齿轮缸由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成，如图1-53所示。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动，如机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机械手等。
图1-53 齿轮缸示意图
齿条活塞缸的速度推力特性：
输出转矩为：
TM=Δp（π/8）D2Diηm （1-19）
输出角速度为：
ω=8qηv/（πD2Di） （1-20）
式中 Δp——缸左右两腔压力差；
D——活塞直径；
Di——齿轮分度圆直径。
（7）摆动液压缸
摆动液压缸的工作原理见图1-54。
图1-54 摆动液压缸的工作原理
图1-54（a）是单叶片摆动缸。若从油口Ⅰ通入高压油，叶片2作逆时针摆动，低压力从油口Ⅱ排出。因叶片与输出轴连在一起，帮输出轴摆动同时输出转矩、克服负载。
此类摆动缸的工作压力小于10MPa，摆动角度小于280°。由于径向力不平衡，叶片和壳体、叶片和挡块之间密封困难，限制了其工作压力的进一步提高，从而也限制了输出转矩的进一步提高。
图1-54（b）是双叶片摆动缸。在径向尺寸和工作压力相同的条件下，其输出转矩是单叶片摆动缸的2倍，但回转角度要相应减少，双叶片摆动缸的回转角度一般小于120°。
叶片摆动缸的总效率η=70%～95%，对单叶片摆动缸来说，设其机械效率为1，出口背压为零，则它的输出转矩为：
（1-21）
式中 P——单叶片摆动缸的进口压力；
B——叶片宽度；
R1——叶片轴外半径，叶片内半径；
R2——叶片外半径。