液压缸设计规范

液压缸设计规范 Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020
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、液压缸的主要零件的结构、材料、及技术要求
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
液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列
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
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。

液压缸的行程系列（GB2349－1980）
25 50 80 100 125 160 200 250 320 400
500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000
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
液压缸的类型
对江东机械公司而言
液压缸的安装方式
对江东机械公司而言
三、液压缸主要零件的结构、材料、技术要求
缸体
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
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
缸盖(导向套)
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
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
C与油缸的配合端面⊥按7级
D导向面表面粗糙度
A材料灰铸铁HT200 HT300 钢35 、45
B技术要求
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
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技术要求
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
端面⊥按7级
工作表面粗糙度 <（江东镀铬深度）
渡后抛光
A导向套结构图9（江东常用）
导向杆材料可用铸铁、球铁
导向套技术要求
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
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
液压缸的设计计算部骤
注：负载决定了压力。

速度决定流量。

4．液压缸的性能验算
液压缸性能参数的计算
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．液压缸的输出速度
速度按主机要求决定再选择流量
A. 单杆活塞缸或柱塞缸外伸时速度υ1=60qν/A2
υ1—活塞外伸速度（m/min）
qν—进入液压缸流量(m3/s) 有时流量用L/min表示 A1—活塞的作用面积（m2）
B.单杆活塞杆缩入时的速度
ν2=60qν/A2
ν2—活塞的缩小速度。

（m/min）
qν—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=υ/qν=As/qν
t—液压缸的作用时间（s）
υ—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—
qν—进入液压缸的流量(m3/s)
液压缸主要几何尺寸的计算。

（D,d,S）
A．根据负载大小选定系统压力表计算D
D=3.57×10−2√F/P
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要求和选定的液压泵流量来计算D
D=8.74√qυ/υ
D—液压缸内径（m）
qυ—进入液压缸的流量（m3/s）
υ—液压缸输出的速度（m/min）
活塞杆直径d的计算
A．根据速度比的要求来计算d
d=D√(φ−1)/φ
d—活塞杆直径（m）
D—油缸直径（内）（m）
φ—速度比
φ=v2/v1=D2/ (D2－d2)
ν2. 活塞杆缩入速度 m/min
υ1. 活塞杆伸出速度 m/min
速度比关系：
φ 2
D
※选用速度比的方法。

（也可以是工作机要求）
工作压力 p/MPa ≤10 ～20 ﹥20
速度比φ～2 2
B．活塞直径d按强度要求计算
按简单的拉压强度计算
d≥10−2√F/[σ]
[σ]—为许用应力 100-120MPa（碳钢）
F—活塞杆输出力
※
另一确定活塞杆的方法：
当杆受拉力：d=～D
当杆受压力：d=～D (P≤5MPa)
d=～D (5MP﹤P≤
d= (P﹥7MPa)
必要时活塞杆的直径d按下式进行强度校核：
D√4F/π[σ]
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= 液压缸行程S的确定：根据工作机运动要求确定
液压缸的结构参数的计算：缸壁、油口直径、缸底、缸头厚度等。

δ
A. 当D/δ≥16时，按薄壁筒计算：
δ≥P y D/2[σ]
δ—缸壁厚度 (m)
Py—试验压力（MPa）
当工作压力≤16MPa时 P y=
当工作压力≥16MPa时 Y y=
[σ]—缸体材料的许用应力（MPa）
按抗拉强度：σb
[σ]= σb/n b
n b=～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
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. 按中等壁厚
当≤D/δ﹤16
δ=（P y D/[σ]-P y)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﹤
※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
δ≥D/2(√[σ]
[]y
−1）
或如果知道缸外圆D1，内圆D。

校核按第四强度理论σ= [√3D12/（D12−D2)]P≤[σ]
（以能量为判据）[第三强度（以最大切应力为判据）暂不使用]
D1=D√σ
[σ]−1.73P y
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
δ≥D/2(√[σ]+0.4P y
[]y
−1）
σ=
(1.3D 12+0.4D 2)
D 12−D
p ≤[σ] D 1=D √[σ]+0.4P y [
σ]−1.3P y
P y 为试验压力
当缸的额定压力P n ≤16Mpa 时, P y =P n 当缸的额定压力P n >16Mpa 时, P y =P n
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 D 1=D+2δ D 1—
液压缸油口的直径计算
应根据活塞的最高运动速度υ和油口最高流速υo 而定。

d o =0.13D √υ/υo υo —油口流速（m/min ） d o —液压缸口直径（m ） υ—活塞输出速度（m /min ） D —液压缸内径 （m ）
υ—液压缸最大输出速度 （m/min ）
缸底厚度计算
无孔底h=√P y/[σ]
有孔底h=√P y D/(D−d o)[σ]
d0—油口直径
缸头厚度计算
A．螺钉连接法兰，如图
h=√3F(D o−d cp)/πd cp[σ]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）
d H—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）
d cp—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
液压缸的联接计算
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=
如用角焊
σ=√2F/D1hη
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/
合成应力
σn=√(σ2+3τ2)≈1.3σ?[σ]
z 为螺栓的个数
K为螺纹拧紧系数静载荷时 K=～
动载荷时 K=～4
K1为螺纹内摩擦系数 K1=
d1为螺纹内径（m）当采用普通螺纹时d1=
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
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/
合成应力为
σn=√(σ2+3τ2)≤[σ]
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=～动载K=～4
K1—螺纹内摩擦系数 K1=
d0—螺纹外径（m）
d1—螺纹内径 d1=
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）
另外，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。

活塞杆与活动横梁联接处作挤压计算。