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液压缸的设计计算
   由于液压执行元件与主机结构有着直接关系，因此所需要的液压缸和气缸在结构上千变万化。尽管有一些标准件可供选用，但有时还必须根据实际需要自行设计。下面介绍液压缸和气缸的设计计算。
    （一）重要尺寸的计算
    液压缸的重要尺寸涉及缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L。
    根据负载大小和液压缸的工作压力拟定活塞的有效工作面积，再根据液压缸的不同结构形式计算出缸筒的内径。活塞杆直径是按受力情况决定的，可按表4.1初步选取。缸筒长度的拟定要考虑活塞最大行程、活塞厚度、导向和密封所需长度等因素。通常情况
L≤(20~30)d。计算结果要圆整成国家标准中的推荐值。重要尺寸初步拟定后，还要按速度规定进行验证。同时满足力和速度的规定后才可以拟定下来。
表4.1  液压缸工作压力与活塞杆直径
液压缸工作压力p/MPa
<5
5～7
>7
推荐活塞杆直径d
(0.5～0.55)D
(0.6～0.7)D
0.7D

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（二）强度校核
    强度校核的项目涉及缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径ds。
1. 缸筒壁厚
 1.  缸筒壁厚δ
    在中、低压系统中，缸筒壁厚由结构工艺决定，一般不做校核。在高压系统中需按下列情况进行校核。
    当D/δ>10时为薄壁，δ按下式校核         

式中，D-缸筒内径；
      [σ]—缸筒材料的许用应力，[σ]=σb/n，σb是材料的抗拉强度，一般取安全系数n=5；
      py—实验压力，当缸的额定压力pn≤16MPa时，py=1.5pn；pn>16MPa时，py=1.25pn。
    当D/δ<10时为厚壁，δ按下式校核

2.  活塞杆直径d

式中，F—活塞杆上的作用力；
          [σ]—活塞杆材料的许用应力，[σ]= σb/1.4。
 3.  缸盖固定螺栓直径ds

式中，F—活塞杆上的作用力；k—螺纹拧紧系数，k=1.12~1.5；z—固定螺栓个数；
          [σ]—螺栓材料的许用应力，[σ]= σs/（1.22~2.5），σs为材料的屈服点。Δ

（三）活塞杆稳定性校核
    当活塞杆受轴向压缩负载时有压杆稳定性问题，即压缩力F超过某一临界Fk值时活塞杆就会失去稳定性。活塞杆稳定性按下式进行校核      
式中，nk—安全系数，一般取nk=2~4。
    当活塞杆的细长比时，
    当活塞杆的细长比，且时，
式中，l—安装长度，见表4.2；
      rk—活塞杆截面最小回转半径，；
      ψ1—柔性系数，见表4.3；
      ψ2—由液压缸支承方式决定的末端系数，见表4.2；
      E—活塞杆材料的弹性模量，钢材：；
      J—活塞杆横截面惯性矩；
      A—活塞杆横截面积；
      f—由材料强度决定的实验值，见表4.3；
      α—系数，见表4.3。
液压缸的缓冲计算
    缓冲计算是估计缓冲时液压缸内出现的最大冲击力，以便校核缸筒强度。同时，还应校核制动距离是否符合规定。
    液压缸缓冲时，背压腔内的液压能E1和工作部件的机械能E2分别为
式中，pc-缓冲腔中平均缓冲压力；      pp—高压腔中的压力；
      Ac、Ap—缓冲腔、高压腔的有效工作面积；      lc—缓冲行程长度；
      m—工作部件质量；      v—工作部件速度；      Ff—摩擦力。
    当E1=E2时，工作部件的机械能所有被缓冲腔液体吸取，即
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您的位置：＜第9章 系统的设计计算＜9.1概述
 9.1  概述
液压传动系统的设计环节
    液压传动系统的种类很多，用途和设计规定也不尽相同，因此设计环节没有固定格式。下图是液压传动系统设计的基本内容和一般流程，不是设计准则。在实际设计过程中，这些环节互相关联，交替进行，甚至要通过多次反复才干完毕。

9.2  明确设计规定、进行工况分析
    设计规定是做任何设计的依据。液压传动系统的设计通常要考虑以下几方面的问题：
（一）了解主机的基本情况
    液压传动系统设计通常是主机设计的一部分，设计规定重要是由主机根据工艺过程提出的。因此要了解下列基本情况。
     主机的工艺流程、作业环境和重要技术参数；
     主机的总体布局和对液压系统在空间尺寸上的限制。
（二）明确液压系统的任务与规定
     液压系统应当完毕的运动方式（移动、转动或摆动）；
     液压执行元件承受负载的大小和性质、运动速度的大小和变化范围；
     液压执行元件的动作顺序和联锁关系，各动作的同步规定；
     液压系统的自动化限度、运动平稳性、定位精度、工作效率、安全性和可维护性等；
     液压系统的工作环境（如环境的温度、湿度、尘埃和外界振动等）；
     液压系统的成本核算。
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   液压系统工况分析
    工况分析涉及液压系统动力参数分析和运动参数分析。这是拟定液压系统方案、选择或设计液压元件、拟定液压系统工作参数的依据。
（一）动力参数分析
    这项工作是通过计算拟定各液压执行元件上负载力的大小和方向，并注意工作过程中也许产生的冲击和过载等问题。
    液压系统承受的负载可以通过样机实验测定，也可以由理论分析拟定。用理论分析时必须考虑到各种力的作用，比如工作负载（切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、重力等）、惯性负载和阻力负载（摩擦力、背压力）等。通过动力分析，绘制如图9.2(a)所示的负载图，这是拟定液压系统工作压力的依据。动力参数分析中的相关计算可以参阅表9.1、表9.2和表9.3。
（二）运动参数分析
    运动参数分析是根据工艺规定拟定各液压系统执行元件的位移和速度的变化规律。据此绘制如图9.2(b)所示的速度图，这是拟定液压系统工作流量的依据。