液压缸设计规范.doc

液压缸
的设计计算
规范目录:一、液压缸的基本参数
1、 液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列
2、 液压缸行程系列（GB2349-1980）
二、液压缸类型及安装方式
1、 液压缸类型
2、 液压缸安装方式
三、液压缸的重要零件的结构、材料、及技术规定
1、 缸体
2、 缸盖（导向套）
3、 缸体及联接形式
4、 活塞头
5、 活寒杆
6、 活塞杆的密封和防尘
7、 缓冲装置
8、 排气装置
9、 液压缸的安装联接部分（GB/T2878）
四、液压缸的设计计算
1、 液压缸的设计计算部骤
2、 液压缸性能参数计算
3、 液压缸几何尺寸计算
4、 液压缸结构参数计算
5、 液压缸的联接计算
一、液压缸的基本参数
1.1液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列
1.1.1液压缸内径系列（GB/T2348-1993）
8 10 12 16 20 25 32
40 50 63 80 （90） 100 （110）
125 （140） 160 （180） 200 220 （250）
（280） 320 （360） 400 450 500
括号内为优先选取尺寸
1.1.2活塞杆外径尺寸 系列（GB/T2348-1993）
4 5 6 8 10 12 14 16 18
20 22 25 28 32 36 40 45 50
56 63 70 80 90 100 110 125 140
160 180 200 220 250 280 320 360
活塞杆连接螺纹型式按细牙，规格和长度查有关资料。
1.2液压缸的行程系列（GB2349－1980）
1.2.1第一系列
25 50 80 100 125 160 200 250 320 400
500 630 800 1000 1250 1600 2023 2500 3200 4000
1.2.1第二系列
40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600
二、液压缸的类型和安装办法
2.1液压缸的类型
对江东机械公司而言
2.1.1双作用式活塞式液压缸

2.1.2单作用式柱塞式液压缸

2.2液压缸的安装方式
对江东机械公司而言
2.2.1对柱塞式 头部法兰

2.2.2对活塞式 螺纹联接在梁上

三、液压缸重要零件的结构、材料、技术规定
3.1缸体
3.1.1缸体材料
A焊接缸头缸底等， 采用35钢 粗加工后调质 [σ]＝110MPa
B一般情况 采用45钢 HB241－285 [σ]＝120MPa
C铸钢 采用ZG310－57 [σ]＝100MPa
D球墨铸铁 （江东厂采用）QT50－7 [σ]＝80－90MPa
E无缝纲管调质（35号 45号） [σ]＝110MPa
3.1.2缸体技术规定
A内径 H8 H9 精度 粗糙度（ 垳磨 ）
B内径圆度 9－11级 圆柱度 8级
3.2缸盖(导向套)
3.2.1缸盖材料
A可选35,45号锻钢
B可选用ZG35,ZG45铸钢
C可选用HT200 HT300 HT350铸铁
D当缸盖又是导向导时选铸铁
3.2.2缸盖技术规定
A直径d(同缸内径)等各种回转面(不含密封圈)圆柱度按 9 、10 、11 级精度
B内外圆同轴度 公差0.03mm
C与油缸的配合端面⊥按7级
D导向面表面粗糙度
3.2.3联接形式多种可按图13
3.2.4活塞头(耐磨)
A材料 灰铸铁HT200 HT300 钢35 、45
B技术规定
外径D(缸内径)与内孔D1↗按7、8级
外径D的圆柱度 9、10、11级
端面与内孔D1的⊥按7级
C活塞头与活塞杆的联接方式
按图3形式
D活塞头与缸内径的密封方式
柱寒缸 40MPa以下V型组合 移动部分
活塞缸 32MPa以下用Yx型 移动部分
静止部分 32MPa以下用“O“型
3.2.5 活塞杆
A端部结构
按江东厂常用结构图17、18
B活塞杆结构
空心杆 实心杆
C材料
实心杆35、45钢
空心杆35、45无缝缸管
D技术规定
粗加工后调质HB229－285
可高频淬火HRC45－55
外圆圆度 公差按9、10、11级精度
圆柱度 按8级
两外圆↗为0.01mm
端面⊥按7级
工作表面粗糙度 < （江东镀铬深度0.05mm）
渡后抛光
3.2.6活塞杆的导向、密封、和防尘
A导向套结构图9（江东常用）
导向杆材料可用铸铁、球铁
导向套技术规定
内径H8/f8、H8/f9表面粗糙度
B活塞杆的密封与防尘
柱塞缸V型组合 移动部分
活塞缸Yx 移动部分
“O”型 （静止密封）
防尘，毛毡圈（江东常用）
3.2.7 液压缸缓冲装置
多路节流形式缓冲
参考教科书
3.2.8 排气装置
采用排气螺钉

3.2.9液压缸的安装联接部分的型式及尺寸
可用螺纹联接（细牙） 油口部位
可用法兰压板联接 油口部位
液压缸安装可按图8
4 液压缸的设计计算
4.1液压缸的设计计算部骤
4.1.1根据主机的运动规定定缸的类型选择安装方式
4.1.2根据主机的动力分析和运动分析拟定液压缸的重要性能参数和重要尺寸 如推力速度 作用时间 内径 行程 杆径
注：负载决定了压力。速度决定流量。
4.1.3根据选定的工作压力，和材料进行液压缸结构设计如缸体壁厚缸底厚度、结构、密封形式、排气、缓冲等
4．1.4 液压缸的性能验算
4.2液压缸性能参数的计算
4.2.1液压缸的输出力
A液压缸单杆、活塞和柱塞缸推力F1（液压缸的输出按负载F决定）
F1=P1A1×103
P1-工作压力（MPa）（按工作母机选定液压机选25MPa）
F1－推力（kN）
A1－活塞与柱塞的作用面积（㎡）
A1＝πD2/4
D－活塞直径（m）
B）单杆活塞缸的拉力F2
F2＝P2A2×103
P2－工作压力（MPa） 液压缸的拉力按拉
F2－液压拉力（kN） 负载F’决定
A2－有杆腔面积（㎡）
A2＝π（D2－d2）/4
D－活塞直径（m）
d－活塞杆直径（m）
4．2.2 液压缸的输出速度
速度按主机规定决定再选择流量
A. 单杆活塞缸或柱塞缸外伸时速度=60/A2
—活塞外伸速度（m/min）
—进入液压缸流量(m³/s) 有时流量用L/min表达
A1—活塞的作用面积（m²）
B.单杆活塞杆缩入时的速度
=60/A2
—活塞的缩小速度。（m/min）
—流量。进入液压缸的流量（m³/s）可用
A2=π(D²－d²)/4
D—活塞直径（m）
d—活塞杆直径（m）
C.液压缸的作用时间t
t=/=As/
t—液压缸的作用时间（s）
—液压缸的容积（m³）
A—液压缸的作用面积（m²）
※ 活塞杆伸出时 A=(π/4)D²
※ 活塞杆缩入时 A=π(D²－d²)/4
S—液压缸的行程（m） (看1.2.1和1.2.2)
—进入液压缸的流量(m³/s)
4.3 液压缸重要几何尺寸的计算。（D,d,S）
4.3.1液压缸内径D的计算
A．根据负载大小选定系统压力表计算D

D—液压缸内径（m）
F—液压缸的推力（kN）
P—选定的工作压力（MPa）
B. 根据执行机构的速度规定和选定的液压泵流量来计算D

D—液压缸内径（m）
—进入液压缸的流量（m³/s）
—液压缸输出的速度 （m/min）
※ 注：无论采用哪种方法计算出的液压缸内径按1.1.1缸筒内径尺寸系列圆整为标准值。
4.3.2 活塞杆直径d的计算
A．根据速度比的规定来计算d
d=D
d—活塞杆直径（m）
D—油缸直径（内）（m）
φ—速度比
φ=v2/v1=D²/ (D²－d²)
. 活塞杆缩入速度 m/min
. 活塞杆伸出速度 m/min
速度比关系：
φ 1.15 1.25 1.33 1.46 2
D 0.36D 0.45D 0.5D 0.56D 0.71D
※ 选用速度比的方法。（也可以是工作机规定）
工作压力 p/MPa ≤10 12.5～20 ﹥20
速度比 φ 1.33 1.46～2 2
B．活塞直径d按强度规定计算
按简朴的拉压强度计算
d≥3.57X
[σ]—为许用应力 100-120MPa（碳钢）
F—活塞杆输出力
※ d计算出以后按1.1.2圆整为标准数
另一拟定活塞杆的方法：
当杆受拉力：d=(0.3～0.5)D
当杆受压力：d=(0.5～0.55)D (P≤5MPa)
d=(0.6～0.7)D (5MP﹤P≤7.0MPa)
d=0.7D (P﹥7MPa)
必要时活塞杆的直径d按下式进行强度校核：

F—液压缸的负载
[σ]—活塞杆材料许用应力 [σ]= σb(抗拉强度)/n(安全系数=1.4)
4.3.3 液压缸行程S的拟定：根据工作机运动规定拟定
4.4 液压缸的结构参数的计算：缸壁、油口直径、缸底、缸头厚度等。
4.4.1缸壁厚度：δ
A. 当D/δ≥16时，按薄壁筒计算：
δ≥PyD/2[σ]
δ— 缸壁厚度 (m)
Py—实验压力（MPa）
当工作压力≤16MPa时 Py=1.5p
当工作压力≥16MPa时 Yy=1.25p
[σ]—缸体材料的许用应力（MPa）
按抗拉强度：σb
[σ]= /
=3.5～5 一般取5
锻钢[σ]=100～120MPa
铸钢[σ]=100～110MPa
球墨铸铁[σ]=80～90MPa
铸铁[σ]=60MPa
钢管[σ]=100～110MPa
推荐再校核
按工程机械 P≤16MPa 无缝管20号，P﹥16MPa无缝管45号
缸径
P≤16MPa
20MPa
25MPa
31.5MPa
40
50
50
50
54
50
60
60
60
63.5
63
76
76
83
83
80
95
95
102
102
90
108
108
108
114
100
121
121
121
127
110
133
133
133
140
125
146
146
146
152
140
168
168
168
168
160
194
194
194
194
180
219
219
219
219
200
245
245
245
245
重型机械 无缝管45号 P≤16MPa
缸内径 32 40 50 60 80 100 125 150 180 200
缸外径 52 60 75 85 105 120 150 180 215 240
B. 按中档壁厚
当3.2≤D/δ﹤16
δ=（PyD/(2.3[σ]-Py)ψ）+C
ψ：强度系数 对无缝管ψ=1
C：计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值
C． 按厚壁筒计算
对中、高压D/δ﹤3.2
※ 当材料为塑性材料时，按第四强度理论
塑性材料常用第四强度理论

或假如知道缸外圆D1，内圆D。校核按第四强度理论
（以能量为判据 ） [第三强度（以最大切应力为判据）暂不使用]

当材料为脆性材料时（江东厂）按第二强度理论
（以应变为判据） [第一强度理论（以最大拉应力）暂不使用]
脆性材料常用第二强度理论

为实验压力
当缸的额定压力时,=1.5
当缸的额定压力16时, =1.25
当选用无缝钢管时，计算的壁厚值应圆整为符合标准的壁厚值（GB8713—1988）
D．缸体外径的计算
D1=D+2δ
D1—缸体外径 （参见4.4.1重型机械表 ）
4.4.2 液压缸油口的直径计算
应根据活塞的最高运动速度和油口最高流速而定。

—油口流速（m/min）
—液压缸口直径（m）
—活塞输出速度（m/min）
D—液压缸内径 （m）
—液压缸最大输出速度 （m/min）
4.4.3 缸底厚度计算
无孔底 h=0.433D
有孔底 h=0.433D
d0—油口直径
4.4.4 缸头厚度计算
A． 螺钉连接法兰，如图
h= 图13号

h—法兰厚度（m）
F—法兰受力总和（N）
F=πd²p/4 + π(d²h- d²)q /4
d —密封环内径（m）
dH—密封环外径（m）
P—系统工作压力（Pa）
q—附加密封力（Pa）
D0—螺孔分布圆直径（m）
—密封环平均直径（m）
[σ]—法兰材料许用应力 (Pa)
缸头联接形式多种，可按不同方法计算参考机械设计手册第4卷23—193页
4.5 液压缸的联接计算
4.5.1 缸盖连接计算
有多种缸底连接形式，常用焊接和螺栓联接两种
A． 焊接联接计算
采用对焊，焊缝拉应力为
σ=4F/π（D1²-D2²）η
F—液压缸输出最大推力（N）
F=πD²P/4
D—缸内径（m）
p—系统最大工作压力（Pa）
D1—缸外径（m）
D2—焊缝底径 （m）
η—焊接效率 η=0.7
如用角焊
F/h
h—焊角宽度 （m）
B．螺栓联接的计算

螺纹处的拉应力为
σ=4kF/π²d²1 z
螺纹的切应力
τ=K1KFd0/0.2d³1z
合成应力

z 为螺栓的个数
K为螺纹拧紧系数 静载荷时 K=1.25～1.5
动载荷时 K=2.5～4
K1为螺纹内摩擦系数 K1=0.12
d1为螺纹内径 （m）当采用普通螺纹时d1= d0-1.0825t
d0螺纹外径 （m）
t—螺纹的螺距（m）
F—缸体螺丝处所受拉力
Z—螺栓数
τ—螺纹处的切应力
4.5.2 活塞与活塞杆的联接计算
A．采用螺纹联接其危险截面（螺纹的退刀槽）处拉应力为
σ=4KF1/πd1² 如图

切应力为 τ=K1KF1d0/0.2d1³
合成应力为

F1—液压缸输出拉力（N）
F1=π（D²-d²）p /4
P—液压系统压力 Pa
d—活塞杆直径 m
[σ]活—活塞杆材料许用应力Pa
[σ]=σs/n
[σ]—螺纹处的拉应力（Pa）
K—螺纹拧紧系数 静载K=1.25～1.5 动载K=2.5～4
K1—螺纹内摩擦系数 K1=0.12
d0—螺纹外径（m）
d1—螺纹内径 d1=d0-1.0825t
t—螺距
τ—螺纹处的切应力
[σ]螺—螺纹材料的许用应力
[σ]螺=σs/n
σs—螺纹材料的屈服点（Pa）
此外，如必要可对油缸导向套与缸头，导向套与油缸，活塞头与活塞杆作挤压计算。
活塞杆与活动横樑联接处作挤压计算。