動力缸是將液壓或氣壓能轉變為機械能的、做直線往復運動（或擺動運動）的執行元件。它結構簡單、工作可靠。用它來實現往復運動時，可免去減速裝置，並且沒有傳動間隙，運動平穩。根據提供壓力的原理可將動力缸分為兩類：液壓缸和氣壓缸。
在套用於石油加工和石油化工生產的容積式液壓傳動機械中，動力液壓缸是液壓發動機最常用的形式。動力液壓缸的動態連線密封件（活塞和活塞桿密封件）是最重要的結構元件，它的可靠性決定了整個液壓缸工作的穩定性。
氣壓缸是將氣壓能轉變為機械能的、做直線往復運動（或擺動運動）的氣壓執行元件。它結構簡單、工作可靠。用它來實現往復運動時，可免去減速裝置，並且沒有傳動間隙，運動平穩，因此在各種機械的氣壓系統中得到廣泛套用。
基本介紹
- 中文名：動力缸
- 外文名：power cylinder
- 原理：將液、氣壓能變為機械能往復運動
- 分類：液壓缸、氣壓缸
- 職能：液壓能或氣壓能轉換為機械能
液壓缸的類型及特點,活塞式液壓缸,柱塞式液壓缸,擺動液壓缸,伸縮式液壓缸,齒條活塞缸,液壓缸的結構,缸體組件,活塞組件,緩衝裝置,排氣裝置,氣壓缸的類型,活塞式,柱塞式,伸縮式,擺動式,氣壓缸的加工,
液壓缸的類型及特點
液壓缸（油缸）主要用於實現機構的直線往復運動，也可以實現擺動，其結構簡單，工作可靠，套用廣泛。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是速度和力。 液壓缸和液壓馬達都是液壓執行元件， 其職能是將液壓能轉換為機械能。
液壓缸原理示意圖
液壓缸原理示意圖活塞式液壓缸
活塞式液壓缸可分為單桿式和雙桿式兩種結構，其固定方式由缸體固定和活塞桿固定兩種，按液壓力的作用情況有單作用式和雙作用式。在單作用式液壓缸中，壓力油只供液壓缸的一腔，靠液壓力使缸實現單方向運動，反方向運動則靠外力（如彈簧力、自重或外部載荷等）來實現；而雙作用液壓缸活塞兩個方向的運動則通過兩腔交替進油，靠液壓力的作用來完成。
雙活塞桿液壓缸的活塞兩端都帶有活塞桿，分為缸體固定和活塞桿固定兩種安裝形式。
單活塞桿液壓缸的活塞僅一端帶有活塞桿，活塞雙向運動可以獲得不同的速度和輸出力。
當單桿活塞缸兩腔同時通入壓力油時，由於無桿腔有效作用面積大於有桿腔的有效作用面積，使得活塞向右的作用力大於向左的作用力，因此，活塞向右運動，活塞桿向外伸出；與此同時，又將有桿腔的油液擠出，使其流進無桿腔，從而加快了活塞桿的伸出速度，單活塞桿液壓缸的這種連線方式被稱為差動連線。差動連線是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實現快速運動的有效辦法。
柱塞式液壓缸
當活塞式液壓缸行程較長時，加工難度大,使得製造成本增加。某些場合所用的液壓缸並不要求雙向控制,柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價格低廉的液壓缸。
柱塞式液壓缸
柱塞式液壓缸柱塞缸由缸筒、柱塞、導套、密封圈和壓蓋等零件組成，柱塞和缸筒內壁不接觸，因此缸筒內孔不需精加工，工藝性好，成本低。柱塞式液壓缸是單作用的，它的回程需要藉助自重或彈簧等其它外力來完成。如果要獲得雙向運動，可將兩柱塞液壓缸成對使用;為減輕柱塞的重量，有時製成空心柱塞。
擺動液壓缸
擺動液壓缸能實現小於360°角度的往復擺動運動，由於它可直接輸出扭矩，故又稱為擺動液壓馬達，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結構形式。單葉片擺動液壓缸主要由定子塊1、缸體2、擺動軸3、葉片4、左右支承盤和左右蓋板等主要零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片和擺動軸固連在一起，當兩油口相繼通以壓力油時，葉片即帶動擺動軸作往復擺動。
擺動液壓缸
擺動液壓缸單葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過280º，雙葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過150º。當輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動液壓缸擺動軸輸出轉矩是相同參數單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度則是單葉片的一半。擺動缸結構緊湊，輸出轉矩大，但密封困難，一般只用於中、低壓系統中往復擺動，轉位或間歇運動的地方。
伸縮式液壓缸
伸縮式液壓缸具有二級或多級活塞，伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實現較長的行程，而縮回時長度較短，結構較為緊湊。此種液壓缸常用於工程機械和農業機械上。有多個一次運動的活塞，各活塞逐次運動時，其輸出速度和輸出力均是變化的。伸縮式雙作用缸缸體兩端有進、出油口A和B。當A口進油，B口回油時，先推動一級活塞向右運動。一級活塞右行至終點時，二級活塞在壓力油的作用下繼續向右運動。
伸縮式液壓缸的特點是：活塞桿伸出的行程長，收縮後的結構尺寸小，適用於翻斗汽車，起重機的伸縮臂等。
齒條活塞缸
齒條活塞缸由帶有齒條桿的雙作用活塞缸和齒輪齒條機構組成，活塞往復移動經齒條、齒輪機構變成齒輪軸往復轉動。
液壓缸的結構
單活塞桿液壓缸主要由缸底1、缸筒6、缸蓋10、活塞4、活塞桿7和導向套8等組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端與缸蓋採用螺紋連線。活塞與活塞桿採用卡鍵連線。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應部位設定了密封圈3、5、9、11和防塵圈12。
雙作用單活塞桿液壓缸結構圖
雙作用單活塞桿液壓缸結構圖缸體組件
缸筒是液壓缸的主體，其內孔一般採用鏜削、絞孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝製造，要求表面粗造度在0.1μm~0.4μm。端蓋裝在缸筒兩端，與缸筒形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此，端蓋及其連線件都應有足夠的強度。導向套對活塞桿或柱塞起導向和支承作用，有些液壓缸不設導向套，直接用端蓋孔導向。缸筒、端蓋和導向套的材料選擇和技術要求可參考液壓設計手冊。
活塞組件
活塞組件由活塞、密封件、活塞桿和連線件等組成。
活塞裝置主要用來防止液壓油的泄漏。對密封裝置的基本要求是具有良好的密封性能，並隨壓力的增加能自動提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。
油缸主要採用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。
（1）O形密封圈
O形密封圈的截面為圓形，主要用於靜密封。與唇形密封圈相比，運動阻力較大，作運動密封時容易產生扭轉，故一般不單獨用於油缸運動密封。
O形圈密封的原理：任何形狀的密封圈在安裝時，必須保證適當的預壓縮量，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易於損壞。因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關手冊給出的數據嚴格保證。
在動密封中，當壓力大於10MPa時，O形圈就會被擠入間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側設定聚四氟乙烯或尼龍製成的擋圈，雙向受高壓時，兩側都要加擋圈。
（2）V形密封圈
V形圈的截面為V形，V形密封裝置是由壓環、V形圈和支承環組成。當工作壓力高於10MPa時，可增加V形圈的數量，提高密封效果。安裝時，V形圈的開口應面向壓力高的一側。
（3）Y（Yx）形密封圈
Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。它是一種摩擦阻力小、壽命較長的密封圈，套用普遍。Y形圈主要用於往復運動的密封。根據截面長寬比例的不同，Y形圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式。
緩衝裝置
當液壓缸帶動質量較大的部件作快速往復運動時，由於運動部件具有很大的動能，因此當活塞運動到液壓缸終端時，會與端蓋碰撞，而產生衝擊和噪聲。這種機械衝擊不僅引起液壓缸的有關部分的損壞，而且會引起其它相關機械的損傷。為了防止這種危害，保證安全，應採取緩衝措施，對液壓缸運動速度進行控制。
排氣裝置
液壓傳動系統往往會混入空氣，使系統工作不穩定，產生振動、爬行或前沖等現象，嚴重時會使系統不能正常工作。因此，設計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。
對於速度穩定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設定專門的排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。當鬆開排氣塞或閥的鎖緊螺釘後，低壓往復運動幾次，帶有氣泡的油液就會排出，空氣排完後擰緊螺釘，液壓缸便可正常。
氣壓缸的類型
根據常用氣壓缸的結構形式，可將其分為四種類型：
活塞式
單活塞桿氣壓缸只有一端有活塞桿。如圖所示是一種單活塞氣壓缸。其兩端進出口油口A和B都可通壓力油或回油，以實現雙向運動，故稱為雙作用缸。
柱塞式
（1） 柱塞式氣壓缸是一種單作用式氣壓缸，靠氣壓力只能實現一個方向的運動，柱 塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；
氣壓缸
氣壓缸（2）柱塞只靠缸套支承而不與缸套 接觸，這樣缸套極易加工，故適於做 長行程氣壓缸；
（3）工作時柱塞總受壓，因而它必須 有足夠的剛度；
（4）柱塞重量往往較大，水平放置時 容易因自重而下垂，造成密封件和導向 單邊磨損，故其垂直使用更有利。
伸縮式
伸縮式氣壓缸具有二級或多級活塞，伸縮式氣壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實現較長的行程，而縮回時長度較短，結構較為緊湊。此種氣壓缸常用於工程機械和農業機械上。
擺動式
擺動式氣壓缸是輸出扭矩並實現往復運動的執行元件，也稱擺動式氣壓馬達。有單葉片和雙葉片兩種形式。定子塊固定在缸體上，而葉片和轉子連線在一起。根據進油方向， 葉片將帶動轉子作往復擺動。
氣壓缸的加工
缸筒作為氣壓缸、礦用單體支柱、氣壓支架、炮管等產品的主要部件，其加工質量的好壞直接影響整個產品的壽命和可靠性。缸筒加工要求高對同軸度、耐磨性要求嚴格。缸筒的基本特徵是深孔加工，其加工一直困擾加工人員。
採用滾壓加工，由於表面層留有表面殘餘壓應力，有助於表面微小裂紋的封閉，阻礙侵蝕作用的擴展。從而提高表面抗腐蝕能力，並能延緩疲勞裂紋的產生或擴大，因而提高缸筒疲勞強度。通過滾壓成型，滾壓表面形成一層冷作硬化層，減少了磨削副接觸表面的彈性和塑性變形，從而提高了缸筒內壁的耐磨性，同時避免了因磨削引起的燒傷。滾壓後，表面粗糙度值的減小，可提高配合性質。
油缸是工程機械最主要部件，傳統的加工方法是：拉削缸體——精鏜缸體——磨削缸體。採用滾壓方法是：拉削缸體——精鏜缸體——滾壓缸體，工序是3部分，但時間上對比：磨削缸體1米大概在1-2天的時間，滾壓缸體1米大概在10-30分鐘的時間。投入對比：磨床或絎磨機（幾萬至幾百萬），滾壓刀（1千至幾萬）。孔的表面硬度提高約30%，缸筒內表面疲勞強度提高25%。油缸使用壽命若只考慮缸筒影響，提高2～3倍，鏜削滾壓工藝較磨削工藝效率提高3倍左右。以上數據說明，滾壓工藝是高效的，能大大提高缸筒的表面質量。
油缸經過滾壓後，表面沒有鋒利的微小刃口，長時間的運動摩擦也不會損傷密封圈或密封件，這點在氣壓行業特別重要。
