液压缸缸筒厚度计算
液压缸的设计
目录一、设计要求——————————————————————-1 题目—————————————————————————1二、各零部件的设计及验算————————————————-51、缸筒设计———————————————————————52、法兰设计———————————————————————143、活塞设计———————————————————————194、活塞杆设计——————————————————————21•一、设计一单活塞杆液压缸，工作台快进时采用差动联接，快进、快退速度为5m/min。
当工作进给时外负载为25×103N，背压为0．5MPa，已知泵的公称流量为25L/min，公称压力为6．3MPa，工作行程L=100mm。
•要求：（1）确定活塞和活塞杆直径。
（2）如缸筒材料的[σ]=5×107N/m2，计算筒壁厚。
1、主要设计参数：•（1）外载F=25×103N，背压P2=0.5MPa•（2）工进、快退速度V1= 5m/min。
•（3）泵的公称流量q=25L/min，公称压力为P1=6．3MPa •（4）工作行程L=100mm•（5）缸筒材料的自选（教材仅作参考）2、设计提要①、液压油缸主要参数给定在设计要求中已经提到的参数这里就不再赘述，下面只给出此次设计中液压油缸主要部件的其他参数：缸内径：D=100mm；缸外径：D=116mm；1壁厚： =8mm；极限推力：F=25KN；max活塞杆直径：d=70mm；活塞外推流量(快退)：q2 =0.20L/min，快进：q1=0.39L/min说明：液压缸的效率油缸的效率η：本设计不考虑效率②、法兰安装方式螺纹连接③、缓冲机构的选用一般承压在10MP以上应当选用缓冲机构，本次设计中，工作压力为3.5MP，因此缓冲机构从略。
④、密封装置选用选用Y型密封圈.⑤、工作介质的选用因为工作在常温下，所以选用普通的是油型液压油即可。
液压缸计算
液压缸设计计算说明 系统压力为1p =25 MPa本系统中有顶弯缸、拉伸缸以及压弯缸。
以下为这三种液压缸的设计计算。
一、 顶弯缸 1 基本参数的确定（1）按推力F 计算缸筒内径D根据公式 3.5710D -=⨯ ① 其中，推力F=120KN系统压力1p =25 MPa带入①式，计算得D= 78.2mm ，圆整为D = 80 mm （2）活塞杆直径d 的确定确定活塞杆直径d 时，通常应先满足液压缸速度或速比的要求，然后再校核其结构强度和稳定性。
若速比为ϕ，则d = ② 取ϕ=1.6，带入②式，计算得d =48.9mm ，圆整为d =50mm8050D d ϕ===1.6 （3）最小导向长度H 的确定对一般的液压缸，最小导向长度H 应满足202L DH ≥+ ③ 其中，L 为液压缸行程，L=500mm带入③式，计算得H=65mm （4）活塞宽度B 的确定活塞宽度一般取(0.6~1.0)B D = ④ 得B=48mm~80mm ，取B=60mm （5）导向套滑动面长度A 的确定在D ＜80mm 时，取(0.6~1.0)A D = ⑤ D ＞80mm 时，取(0.6~1.0)A d = ⑥ 根据⑤式，得A=48mm~80mm ，取A=50mm （6）隔套长度C 的确定 根据公式2A BC H +=-⑦ 代入数据，解得C=10mm 2 结构强度计算与稳定校核 （1）缸筒外径缸筒内径确定后，有强度条件确定壁厚δ，然后求出缸筒外径D 1假设此液压缸为厚壁缸筒，则壁厚1]2D δ=⑧ 液压缸筒材料选用45号钢。
其抗拉强度为σb =600MPa 其中许用应力[]b nσσ=，n为安全系数，取n=5将数据带入⑧式，计算得δ=8.76mm故液压缸筒外径为D 1=D+2δ=97.52mm ，圆整后有 D 1=100mm ，缸筒壁厚δ=10mm （2）液压缸的稳定性和活塞杆强度验算按速比要求初步确定活塞杆直径后，还必须满足液压缸的稳定性及其强度要求。
液压缸计算
缸径D 160mm 杆径d110mm 额定启门力320KN 有杆腔启门压力30.1958009Mpa油缸内最高工作压力P 35Mpa 缸径D40mm 屈服极限σs 340Mpa 许用应力[σ]115Mpa 可以取115-150油缸壁厚δ6.100217865mm油缸缸底厚度计算缸径D20mm许用应力[σ]120Mpa 45钢取120，锻件（QT）取100油缸内最高工作压力P 40Mpa 缸底油口直径D00mm P*D800σ*(D-D0)2400缸底厚度4.999853331缸体内外径的平均值D1186.5mm 最终壁厚δ26.5mm 缸体纵向应力[σz1]23.90105721Mpa 缸体环向应力[σh1]123.1603774Mpa 缸体合应力[σzh1]125.4581169Mpa116螺纹拧紧系数K 1.25螺纹内摩擦系数K10.12螺纹内径d126.211mm螺纹外径d030mm 最大拉力F137.5KN螺纹强度核算有杆腔启门压力油缸壁厚计算液压缸缸体强度核算拉应力s86.916943Mpa剪应力t46.85576302Mpa合应力s n118.9156952Mpa45钢最大可取170螺栓螺纹强度核算螺纹拧紧系数K 1.25螺纹内摩擦系数K10.12螺纹内径d113.835螺纹外径d016最大拉力F1200螺栓数量Z23拉应力s72.34094687Mpa剪应力t39.40450854Mpa合应力s n99.45530893Mpa系统压力液压缸内最大计算工作压力Pc30.1958009Mpa活塞杆组件自重压力损失0.3Mpa密封和导向压力损失0.2Mpa管道压力损失0.4Mpa换向阀压力损失0.06Mpa调速阀压力损失0.6Mpa液控单向阀压力损失0.03Mpa回油滤器压力损失0.03Mpa系统压力计算值31.8158009Mpa系统压力圆整值31.82Mpa油缸运行所需流量活塞杆径d55mm活塞直径D110mm油缸数量N1启门活塞速度 V启 2.1M/min闭门活塞速度 V闭 2.1M/min启门时油缸所需流量Q启14.9601375L/Min闭门时油缸所需流量Q闭 (不考虑差动）19.94685L/Min油泵排量汇漏系数e 1.2最大计算流量14.9601375L 系统流量17.952165L 电机转速1450油泵排量12.38080345ml 电机功率系统压力P31.82Mpa 油缸运行所需流量Q17.952165L 油泵容积效率0.88系统功率P10.81889944KW 计算厚度外直径D2备注油缸内最高工作压力P 25Mpa 缸径D 160mm材料牌号45屈服极限σs 360Mpa许用应力[σ]115Mpa 可以取115-150抗拉强度σb 610Mpa 安全系数n5一般取5缸筒材料的许用应力σp 122油缸壁厚公式116.39344262δ/D≤0.08油缸壁厚公式219.45525292δ/D=0.08~0.3油缸壁厚公式317.15506238δ/D≥0.3油缸壁厚δ020mm 外径公差余量c11mm 腐蚀余量c21mm 实际壁厚δ22.00mm计算厚度外直径D2100mm 缸内最大工作压力P 40MPA 缸筒材料的许用应力σp 122实际壁厚δ24.79350788油缸壁厚计算20100628油缸底部厚计算20100628缸筒头部法兰厚度法兰在缸筒最大内压下的轴向压力F20000N 法兰外圆半径RA0.24m 法兰螺孔直径DL0.0165m 法兰螺孔中心高b0.0671m 缸筒材料的许用应力σp122m 法兰厚度H7.918132238mm 不考虑DL的厚度7.641100175mm缸筒内径d200mm 卡键厚度h20mm 卡键宽度L10mm 外卡键剪应力 1.929375MPA 外卡键挤压应力201.1476064MPA 缸筒危险截面10.000525137MPA 内卡键剪应力157.5MPA 内卡键挤压应力165.7894737MPA 缸筒危险截面1108.3870968MPA。
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液压缸的设计一、液压缸类型与安装方式的确定当下各种液压缸规格品种比较少，主要是因各种机械对液压缸的要求差别太大。
比如对液压缸的内径、活塞杆直径、液压缸的行程和连接方式等要求不一样。
由于本次液压设计主要是实现立式快速的原则，故选双作用单活塞杆立式快速液压缸的设计。
因为是活塞式，故用螺纹连接。
二、液压缸的结构设计1、缸体与缸的连接缸体与缸的连接形式较多，有拉杆连接、法兰连接、内半环连接、焊接连接、内螺纹连接等。
在此选用法兰连接，如下图所示：这种连接结构简单，装拆方便。
3、活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆的连接大多采用螺纹连接结构和卡键连接结构。
螺纹连接结构形式简单实用，应用较为普遍；卡键连接机构适用于工作压力较大，工作机械振动较大的油缸。
因此从多方面的因素考虑选择螺纹连接结构。
4、液压缸缸体的安全系数对缸体来说，液压力、机械力和安全系数有关的因素都对缸体有影响。
液压缸因压力过高丧失正常工作能力而破坏，往往是强度问题、刚度和定性问题三种形式给表现出来，其中最重要的还是强度问题。
要保证缸体的强度，一定要考虑适当的安全系数。
三、液压缸的主要技术性能参数的计算（一）、压力所谓压力，是指作用在单位面积上的负载。
从液压原理可知，压力等于负载力与活塞的有效工作面积之比。
P=F/A(N/m2)式中：F—作用在活塞上的负载力（N）A—活塞的有效工作面积（m2）从上述可知，压力值的建立是因为负载力的存在而产生的，在同一个活塞的有效工作面积上，负载越大，所需的压力就越大，活塞产生的作用力就越大。
如果活塞的有效工作面积一定，压力越大，活塞产生的作用力就越大。
由此可知：1、根据负载力的大小，选择活塞面积合适的液压缸和压力适当的液压泵。
2、根据液压泵的压力和负载力，设计和选用合适的液压缸。
3、根据液压缸的压力和液压缸的活塞面积，确定负载的重量。
在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级。
见下表因本次液压缸的设计要求中已知的公称压力为30Mpa，由表1.1可知，本此液压缸属于高压。
液压缸设计计算
液压缸设计计算第四章液压缸的设计计算在上一章液压系统的设计中，已对液压缸的主要结构尺寸作了计算，本章继续对液压缸的其余主要尺寸及结构进行设计计算。
液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。
因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制工况图，选定系统的工作压力(详见第三章)，然后根据使用要求进行结构设计。
本章只对抬升缸做上述设计计算。
4.1计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个:缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。
在上一章中已经作过缸筒内径D及活塞杆外径的计算，此处从略。
缸筒内径D—80?活塞杆外径d—45?(详见第三章)4.1.1缸筒长度L缸筒长度由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即:L=l+B+A+M+C (4-1) 式中: l—活塞的最大工作行程;l=450?B—活塞宽度，一般为(0.6-1)D;取B=1×80=80?A—活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D;取A=1×80=80?M—活塞杆密封长度，由密封方式定;C—其他长度，取C=35?故缸筒长度为:L=80+35+450+80+15=660?4.2.2.最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H(如图4-1所示)。
如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。
图4-1 油缸的导向长度对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式:H?L/20+D/2 (4-2)式中: L—液压缸最大工作行程(m);L=0.45mD—缸筒内径(m)，D=0.08m。
故最小导向长度H?62.5?4.2.液压缸主要零部件设计4.2.1缸筒1.缸筒结构缸筒与缸头的连接用法兰连接，其优点是:结构简单，易加工，易装卸;缺点是重量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小;外径较大。
油缸强度计算公式汇总
常用油缸强度计算公式汇总一、 缸体强度计算： 1、缸体壁厚计算 ⑴ 按薄壁筒计算：[]σδ2D P y ≥⑵ 按中等壁厚计算：[]()c P DP yy +-=ψσδ3.2⑶按厚壁筒计算：[][]⎪⎪⎭⎫⎝⎛-≥y P D 73.12σσδP y试验压力(Mpa)； ［σ］ 缸体材料许用应力；［σ］＝σb / n ；σb 缸体材料的抗拉强度。
对于45钢正火处理，σb ＝580 Mpa ； n 安全系数；一般取3.5～5；ψ 强度系数；对于无缝钢管ψ＝1；c 计入管壁公差及侵蚀的附加壁厚；一般按标准圆整缸体外圆值； D 缸体内径(mm)2、缸底厚度计算⑴ 平形无油孔：[]σyP Dh 433.0=⑵ 平形有油孔：()[]σ0433.0d D DP Dh y -=d 0油口直径(mm)；3、缸筒发生完全塑性变形的压力计算⎪⎭⎫⎝⎛=D D Log P s p 113.2σ式中：P pl 缸筒发生完全塑性变形的压力； σs 缸体材料的屈服强度。
对于45钢正火处理，σs ＝340 Mpa ； D 1 缸体外径4、缸筒径向变形计算⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⨯=∆γ221221D D D D E P D D y式中：△D 缸体材料在试验压力下的变形量； E 缸体材料弹性模数；对于钢材E ＝2.1×105 Mpa ； γ 缸体材料的泊松系数；对于钢材γ＝0.3；5、缸体焊缝连接强度计算()()[]σηηπσ≤-=-=2121221214d D PyD d D F 式中：d 1 焊缝底径； η 焊接效率，一般取η＝0.7； ［σ］ 缸体材料许用应力；［σ］＝σb / n ； σb 缸体材料的抗拉强度。
对于45钢正火处理，σb ＝580 Mpa ； n 安全系数；一般取3.5～5；6、缸体螺纹连接强度计算 缸体外螺纹的拉应力为：()()22122215.14Dd P D D d KFy -=-=πσ 缸体螺纹处的剪应力为：()23102331017.02.0D d P d D D d FKd K y -=-=τ 合应力为： ()[]στσσ≤+=223n式中： K 螺纹预紧力系数，一般为1.25～1.5； K 1 螺纹内摩擦系数，一般取K 1＝0.12； d 0 螺纹外径；［σ］ 缸体材料底许用应力，［σ］＝σs / n ； σs 缸体材料的屈服强度。
液压缸计算公式
1、液压缸内径和活塞杆直径的确定液压缸的材料选为Q235无缝钢管，活塞杆的材料选为Q235 液压缸内径：p F D π4==⨯⨯14.34= F ：负载力 （N ）A ：无杆腔面积 (2mm )P ：供油压力 (MPa)D ：缸筒内径 (mm)1D ：缸筒外径 (mm)2、缸筒壁厚计算π×／≤≥ηδσψμ1）当δ/D ≤0.08时pD p σδ2max 0＞（mm ） 2)当δ/D=0.08~0.3时maxmax 03-3.2p D p p σδ≥（mm ） 3)当δ/D ≥0.3时⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+≥max max 03.14.02p p D p p σσδ（mm ） n bp σσ=δ：缸筒壁厚（mm ）0δ：缸筒材料强度要求的最小值（mm ）m ax p ：缸筒内最高工作压力（MPa ）p σ：缸筒材料的许用应力（MPa ）b σ：缸筒材料的抗拉强度（MPa ）s σ：缸筒材料屈服点（MPa ）n ：安全系数3 缸筒壁厚验算21221s )(35.0D D D PN -≤σ(MPa) D D P s rL 1lg3.2σ≤ PN ：额定压力rL P ：缸筒发生完全塑性变形的压力(MPa)r P ：缸筒耐压试验压力(MPa)E ：缸筒材料弹性模量(MPa)ν：缸筒材料泊松比 =0.3同时额定压力也应该与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生，即：()rL P PN 42.0~35.0≤(MPa)4 缸筒径向变形量⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=∆ν221221D D D D E DP D r （mm ）变形量△D 不应超过密封圈允许范围5 缸筒爆破压力DD PE b 1lg 3.2σ=(MPa)6 缸筒底部厚度P P D σδmax 21433.0≥（mm ）2D ：计算厚度处直径（mm ）7 缸筒头部法兰厚度PL a d r Fb h σπ)(4-=（mm ） F ：法兰在缸筒最大内压下所承受轴向力（N ）b ：连接螺钉孔的中心到法兰内圆的距离（mm ）a r ：法兰外圆的半径（mm ）L d ：螺钉孔直径如不考虑螺钉孔，则：Pa r Fb h σπ4=（mm ） 8 螺纹强度计算螺纹处拉应力()2214D d KF-=πσ (MPa)螺纹处切应力)(2.033101D d KFd K -=τ (MPa) 合成应力P n στσσ≤+=223 许用应力0sn P σσ=F ：螺纹处承受的最大拉力0d ：螺纹外径 （mm ）1d ：螺纹底径 （mm ）K ：拧紧螺纹系数，不变载荷取K=1.25~1.5，变载荷取K=2.5~4 1K ：螺纹连接的摩擦因数，1K =0.07~0.2，平均取1K =0.12s σ：螺纹材料屈服点（MPa ）0n ：安全系数，取0n =1.2~2.59 缸筒法兰连接螺栓强度计算螺栓螺纹处拉应力zd KF214πσ= （MPa ）螺纹处切应力zd KFd K 31012.0=τ (MPa)合成应力P n σστσσ≤≈+=3.1322z ：螺栓数量10、缸筒卡键连接卡键的切应力（A 处）lD P l D D P 441max 121max ==ππτ (MPa)卡键侧面的挤压应力 )2(h 4)2(44121max 2212121max h D D P h D D D P c -=--=πππσ 卡键尺寸一般取h=δ,l=h,2h h h 21==验算缸筒在A 断面上的拉应力[]22121max 22121max )(4-)(4D h D D P D h D D P --=-=ππσ (MPa)11、缸筒与端部焊接焊缝应力计算()n d D Fb σηπσ≤-=21214 (MPa)1D ：缸筒外径 （mm ）1d ：焊缝底径 （mm ）η：焊接效率，取η=0.7b σ：焊条抗拉强度 (MPa)n ：安全系数，参照缸筒壁的安全系数选取如用角焊ησh D F 12= h —焊角宽度 （mm ）12、活塞杆强度计算1)活塞杆在稳定工况下，如果只承受轴向推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算：P d Fσπσ≤=24 (MPa)2)如果活塞杆所承受的弯曲力矩（如偏心载荷等），则计算式： P d W M A F σσ≤⎪⎪⎭⎫⎝⎛+= (MPa) 3）活塞杆上螺纹、退刀槽等部位是活塞杆的危险截面，危险截面的合成应力应该满足：P n F σσ≤≈222d 8.1 (MPa) 对于活塞杆上有卡键槽的断面，除计算拉应力外，还要计算校核卡键对槽壁的挤压应力：()[]pp c d d F σπσ≤+-=243212 F ：活塞杆的作用力（N ）d ：活塞杆直径 （mm ）P σ：材料许用应力，无缝钢管P σ=100~110MPa ，中碳钢（调质）P σ=400MPad A ：活塞杆断面积 (2mm )W ：活塞杆断面模数 (3mm )M ：活塞杆所承受弯曲力矩（N.m ）2F ：活塞杆的拉力 （N ）2d ：危险截面的直径 （mm ）1d ：卡键槽处外圆直径 （mm ）3d ：卡键槽处内圆直径 （mm ）c ：卡键挤压面倒角 （mm ）pp σ：材料的许用挤压应力（MPa ）13、活塞杆弯曲稳定行计算活塞杆细长比计算 dL B 4=λ B L ：支铰中心到耳环中心距离（油缸活塞杆完全伸出时的安装距）；1）若活塞杆所受的载荷力1F 完全在活塞杆的轴线上，则按下式验算：kK n F F ≤1 2261210B K L K I E F ⨯=π （N ）()()51108.111⨯=++=b a E E （MPa ） 圆截面：44049.064d d I ==π(4m )K F ：活塞杆弯曲失稳临界压缩力 （N ）K n ：安全系数，通常取K n =3.5~6K ：液压缸安装及导向系数（见机械设计手册5卷21-292） 1E :实际弹性模量（MPa ）a ：材料组织缺陷系数，钢材一般取a ≈1/12b ：活塞杆截面不均匀系数，一般取b ≈1/13E ：材料弹性模量，钢材 5101.2⨯=E （MPa ）I ：活塞杆横截面惯性矩（4m )d A ：活塞杆截面面积 （2m )e ：受力偏心量 （m ）s σ：活塞杆材料屈服点（MPa ）S ：行程 （m ）2）若活塞杆所受的载荷力1F 偏心时，推力与支承的反作用力不完全处在中线上，则按下式验算：βσsec 81106e d A F d S K +⨯= （N ）其中：62010⨯=EI L F a B K β 一端固定，另一端自由0a =1，两端球铰0a =0.5，两端固定0a =0.25， 一端固定，另一端球铰0a =0.3514、 缸的最小导向长度 220D S H +≥（mm ）导向套滑动面的长度1）在缸径≤80mm 时A=(0.6~1)D2）在缸径＞80mm 时A=(0.6~1)d活塞宽度取B=(0.6~1)D15、圆柱螺旋压缩弹簧计算材料直径：P KC P d τn 6.1≥ CC C K 615.04414+--= 或按照机械设计手册选取（5卷11-28） d DC = 一般初假定C-5~8有效圈数：'8'd 3n n4P P D P F Gd n ==弹簧刚度n C GDn D G P 43488d '==总圈数x n +=1nx ：1/2 (见机械设计手册第5卷 11-18） 节距：n dH t )2~1(0-=间距：d t -=δ自由高度：d n H ）（10+=最小工作载荷时高度：101-F H H =GD C P Gd D P F 414311n 8n 8==或者'11P P F =最大工作载荷时的高度n n F H H -0=GD C P Gd D P F n n 443n n 8n 8==或者'n1P P F = 工作极限载荷下的高度j j F H H -0=GDC P GdD P F j j 443j n 8n 8==或者'j 1P P F =弹簧稳定性验算 高径比：DH b 0=应满足下列要求两端固定 b ≤5.3 一端固定，另一端回转 b ≤3.7 两端回转 b ≤2.6 当高径比大于上述数值时，按照下式计算：n B C P H P C P ＞0'=C P ：弹簧的临界载荷 （N ）B C ：不稳定系数 （见机械设计手册第5卷 11-19） n P ：最大工作载荷 （N ）强度验算： 安全系数 P S S ≥+=maxmin075.0τττ0τ： 弹簧在脉动循环载荷下的剪切疲劳强度，（见机械设计手册第5卷 11-19）m ax τ： 最大载荷产生的最大切应力 n 3max 8P d KDπτ=， m in τ： 最小载荷产生的最小切应力 13in8P d KD m πτ=， P S ：许用安全系数 当弹簧的设计计算和材料实验精度高时，取 P S =1.3~1.7 ， 当精确度低时，取 P S =1.8~2.2静强度： 安全系数P SS S ≥=maxττ S τ：弹簧材料的屈服极限15 系统温升的验算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。
液压缸的计算
3.4液压系统设计
3.4.1液压系统设计图
在绘制液压系统图的过程中应力求系统的结构简单。注意各元件间的联系。避免无动作发生，既要减少能量损失，还要提高系统的工作效率。为了便于液压系统的维护和检测，本系统中要安装必要检测元件（如压力表，温度计）。各液压元件尽量采用国家标准件。在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制，对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制，系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号及各电磁铁代号，并附有电磁铁，行程阀及其他控制元件的动作表。基于以上准则，本设计的液压系统图拟定如下图所示
1）导向套（环式）的结构形式
活塞杆的导向的结构形式有三种：无导向套（环）、金属导向套（环）和非金属导向套（环）。
本课题选用金属导向套。
2）导向套（环）的长度
导向支承长度是端盖长度减去防尘圈沟槽的长度值后的剩余部分。
3）导向套（环）的材料和加工要求
导向套（环）外圆与端盖内孔配合多为H8/f7，内孔与活塞杆的配合多为H9/f9。
其中 ————-液压缸最大压力
所以
在本设计中，因其径向载荷小，结构简单，而选择用定量叶片泵，这样也可以使运动中的噪音降低，流量脉动小。根据表23.5-20[9]选取
图3-2 液压泵
YB1-16,
其技术规格为： 排量：16ml/r
额定压力：6.3Mpa
转速：960r/min
驱动功率：2.2KW
(3-16)
式中 -----缸底止口外径， ；
-----油口直径, ；
-----工作压力， ；
----材料许用应力安全系数（ ）, 。
3.4.7缸筒头部法兰厚度
选择螺钉连接法兰，法兰厚度 为
液压油缸设计计算公式
液压油缸的主要设计技术参数一、液压油缸的主要技术参数：1.油缸直径；油缸缸径，内径尺寸。
2. 进出口直径及螺纹参数3.活塞杆直径；4.油缸压力；油缸工作压力，计算的时候经常是用试验压力，低于16MPa乘以1.5，高于16乘以1.255.油缸行程；6.是否有缓冲；根据工况情况定，活塞杆伸出收缩如果冲击大一般都要缓冲的。
7.油缸的安装方式；达到要求性能的油缸即为好，频繁出现故障的油缸即为坏。
应该说是合格与不合格吧？好和合格还是有区别的。
二、液压油缸结构性能参数包括：1.液压缸的直径；2.活塞杆的直径；3.速度及速比；4.工作压力等。
液压缸产品种类很多，衡量一个油缸的性能好坏主要出厂前做的各项试验指标，油缸的工作性能主要表现在以下几个方面：1.最低启动压力：是指液压缸在无负载状态下的最低工作压力，它是反映液压缸零件制造和装配精度以及密封摩擦力大小的综合指标；2.最低稳定速度：是指液压缸在满负荷运动时没有爬行现象的最低运动速度，它没有统一指标，承担不同工作的液压缸，对最低稳定速度要求也不相同。
3.内部泄漏：液压缸内部泄漏会降低容积效率，加剧油液的温升，影响液压缸的定位精度，使液压缸不能准确地、稳定地停在缸的某一位置，也因此它是液压缸的主要指标之。
液压油缸常用计算公式液压油缸常用计算公式项目公式符号意义液压油缸面积(cm 2 ) A =πD 2 /4 D ：液压缸有效活塞直径(cm) 液压油缸速度(m/min) V = Q / A Q ：流量(l / min)液压油缸需要的流量(l/min) Q=V×A/10=A×S/10tV ：速度(m/min)S ：液压缸行程(m)t ：时间(min)液压油缸出力(kgf) F = p × AF = (p × A) －(p×A)( 有背压存在时)p ：压力(kgf /cm 2 )泵或马达流量(l/min) Q = q × n / 1000 q ：泵或马达的几何排量(cc/rev) n ：转速（rpm ）泵或马达转速(rpm) n = Q / q ×1000 Q ：流量(l / min) 泵或马达扭矩(N.m) T = q × p / 20π液压所需功率(kw) P = Q × p / 612管内流速(m/s) v = Q ×21.22 / d 2 d ：管内径(mm)管内压力降(kgf/cm 2 )△P=0.000698×USLQ/d 4U ：油的黏度(cst)S ：油的比重L ：管的长度(m)Q ：流量(l/min)d ：管的内径(cm)液压常用计算公式项目公式符号意义液壓缸面積(cm2) A =πD2/4D：液壓缸有效活塞直徑 (cm)液壓缸速度(m/min)V = Q / A Q：流量 (l / min) 液壓缸需要的流Q=V×A/10=A×V：速度 (m/min)非标液压、机电、试验、工控设备开发研制。
液压缸的设计与计算
液压缸的缓冲装置
必要性 缓冲原理 缓冲装置类型
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缓冲的必要性
由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞 击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工 精度，甚至使液压缸损坏。 ∴ 常在大型、高速、或高精度液压缸中设置 缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。
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∵ 在质量较大、速度较高(v>12m/min），
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设计依据
缸工作压力、运动速度、工作条件、
加工工艺及拆 装检修等。
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4、3、2 缸体与端盖的结构设计
缸体与端盖的连接 活塞和活塞杆结构 活塞杆头部的连接 液压缸的缓冲装置 液压缸的排气装置
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缸体与端盖的连接
法兰连接 半环连接 螺纹连接 拉杆连接 焊接连接
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缓冲原理
利用节流方法在液压缸的回油腔产 生阻力，减小速度，避免撞击。
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缓冲装置类型
（1） （2） （3） （4） 圆柱形环隙式缓冲装置 圆锥形环隙式缓冲装置 可变节流槽式缓冲装置 可调节流孔式缓冲装置
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液压缸的排气装置
必要性 排气方法
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排气的必要性
∵ 系统在安装或停止工作后常会渗入空气
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（三）液压缸缸体长度L
原则：由液压缸最大行程、活塞宽 度、活塞杆导向套长 度、活 塞杆密封 长度和特殊要求的 其它长度确定, 为减小加工难 度，一般液压缸缸体长度不 应大于内径的20—30倍。
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三 缸筒壁厚δ
中低压系统，无需校核 确定原则 < 高压大直径时，必须校核δ
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导向长度H≥L/20+D/2 （L为液压缸最大行程） 活塞宽度B =（0、6——1、0）D； A =(0.6—10)D （D<80mm） 导向套滑动面长度A A =(0.6—1)d （D≥80mm） 如装有隔套K时， C = H -（A+B）/2
液压缸的设计
液压缸的设计⽬录⼀、设计要求——————————————————————-1 题⽬—————————————————————————1⼆、各零部件的设计及验算————————————————-51、缸筒设计———————————————————————52、法兰设计———————————————————————143、活塞设计———————————————————————194、活塞杆设计——————————————————————21⼀、设计⼀单活塞杆液压缸，⼯作台快进时采⽤差动联接，快进、快退速度为5m/min。
当⼯作进给时外负载为25×103N，背压为0．5MPa，已知泵的公称流量为25L/min，公称压⼒为6．3MPa，⼯作⾏程L=100mm。
要求：（1）确定活塞和活塞杆直径。
（2）如缸筒材料的[σ]=5×107N/m2，计算筒壁厚。
1、主要设计参数：（1）外载F=25×103N，背压P2=0.5MPa（2）⼯进、快退速度V1= 5m/min。
（3）泵的公称流量q=25L/min，公称压⼒为P1=6．3MPa ?（4）⼯作⾏程L=100mm（5）缸筒材料的⾃选（教材仅作参考）2、设计提要①、液压油缸主要参数给定在设计要求中已经提到的参数这⾥就不再赘述，下⾯只给出此次设计中液压油缸主要部件的其他参数：缸内径：D=100mm；缸外径：D=116mm；1壁厚： =8mm；极限推⼒：F=25KN；max活塞杆直径：d=70mm；活塞外推流量(快退)：q2 =0.20L/min，快进：q1=0.39L/min说明：液压缸的效率油缸的效率η：本设计不考虑效率②、法兰安装⽅式螺纹连接③、缓冲机构的选⽤⼀般承压在10MP以上应当选⽤缓冲机构，本次设计中，⼯作压⼒为3.5MP，因此缓冲机构从略。
④、密封装置选⽤选⽤Y型密封圈.⑤、⼯作介质的选⽤因为⼯作在常温下，所以选⽤普通的是油型液压油即可。
液压缸设计结构参数及计算公式表
590
31.5
法兰外径
螺孔1中心
螺孔1径
大法兰外径
440
400
22
380
1. 法兰强度的计算
缸筒法兰厚度
缸底法兰厚度 44.58081558
导向套法兰厚度 79.66815503
缸筒法兰厚度
缸底法兰厚度
导向套法兰厚度 大法兰厚度
35
35
150
150
结论
NO, 需重新确定各设计参数
2. 螺栓抗拉强度的计算
卡键厚度
键外缸筒长
键屈服强度
214
180
16
16
440
1. 卡键挤压强度及剪切强度的计算
卡键剪应力 安全系数
卡键压应力1 安全系数
卡键压应力2
87.5 5.942857143 193.236715
6.7275 147.3684211
结论
OK, 卡键设计参数正确
2. 卡键槽挤压、抗拉、剪切强度的计算
键槽拉应力 安全系数
441 335 305 245 205 785 835 930 850 屈服强度
400～450 500～550 600～650
800
430 325 295 235 195
屈服强度 8 6 4
伸长率
1. 一般缸径、杆径及压力的计算
缸径(mm)
一般缸筒长不超过内径20倍
1.1 已知推力、压力求缸径(效率0.9-0.98)
221.8181818 50.42
缸筒内壁处最大合应力
226.7345455 安全系数
3.528355145
缸底支承时缸筒内壁处最大合 应力
244.2867845 安全系数
液压缸的设计与计算
液压缸的设计与计算一液压缸的主要尺寸液压缸的主要尺寸包括：液压缸内径D、活塞杆直径d、液压缸缸体长度l。
（一）液压缸内径D1 根据最大总负载和选取的工作压力来确定以单杆缸为例：无杆腔进油时 D =√4F1/π(p1-p2)-d2p2/p1-p2有杆腔进油时 D =√4F2/π(p1-p2)+d2p1/p1-p2 若初步选取回油压力p2=0，则上面两式简化为：无杆腔进油时 D =√4F1/πp1有杆腔进油时 D =√4F2/πp1+d22 根据执行机构的速度要求和选定的液压泵流量来确定无杆腔进油时：D=√4qv/πv1有杆腔进油时：D=√4qv/πv1+ d2计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准系列值。
（二）活塞杆直径d原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取当液压缸的往复速度比有一定要求时 d = D√λv-1/λv计算所得活塞杆直径d亦应圆整为标准系列值。
（三）液压缸缸体长度L原则：由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其它长度确定其中：活塞宽度=（0。
6--1。
0）；D<80mm时，C=(0.6-10)D导向套长度C〈D≥80mm时，C=(0.6-1)d为减小加工难度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的20--30倍。
二液压缸的校核1 缸体壁厚δ的校核中低压系统，无需校核原则〈高压大直径时，必须校核δ校核方法：1）薄壁缸体（无缝钢管）当δ/ D≤0.08时：δ≥pmaxD/2[б]2）厚壁缸体（铸造缸体）当δ/ D=0.08--0.3时：δ≥pmaxD/2.3 [б]-3pmax当δ/ D≥0.3时：δ≥D/2（√[б]+ 0.4 pmax/[б] -1.3pmax-12 液压缸缸盖固定螺栓直径d1的校核∵液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中同时承受拉应力和剪切应力∴可按下式校核d1≥√5.2KF/πz[б]3 活塞杆稳定性验算当液压缸承受轴向压缩载荷时：若l/d≤10时，无须验算l/d≥10时，应该验算，可按材料力学有关公式进行。
(完整版)油缸强度计算公式汇总
常用油缸强度计算公式汇总一、 缸体强度计算： 1、缸体壁厚计算 ⑴ 按薄壁筒计算：[]σδ2D P y ≥⑵ 按中等壁厚计算：[]()c P DP yy +-=ψσδ3.2⑶按厚壁筒计算：[][]⎪⎪⎭⎫⎝⎛-≥y P D 73.12σσδP y试验压力(Mpa)； ［σ］ 缸体材料许用应力；［σ］＝σb / n ；σb 缸体材料的抗拉强度。
对于45钢正火处理，σb ＝580 Mpa ； n 安全系数；一般取3.5～5；ψ 强度系数；对于无缝钢管ψ＝1；c 计入管壁公差及侵蚀的附加壁厚；一般按标准圆整缸体外圆值； D 缸体内径(mm)2、缸底厚度计算⑴ 平形无油孔：[]σyP Dh 433.0=⑵ 平形有油孔：()[]σ0433.0d D DP Dh y -=d 0油口直径(mm)；3、缸筒发生完全塑性变形的压力计算⎪⎭⎫⎝⎛=D D Log P s p 113.2σ式中：P pl 缸筒发生完全塑性变形的压力； σs 缸体材料的屈服强度。
对于45钢正火处理，σs ＝340 Mpa ； D 1 缸体外径4、缸筒径向变形计算⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⨯=∆γ221221D D D D E P D D y式中：△D 缸体材料在试验压力下的变形量； E 缸体材料弹性模数；对于钢材E ＝2.1×105 Mpa ； γ 缸体材料的泊松系数；对于钢材γ＝0.3；5、缸体焊缝连接强度计算()()[]σηηπσ≤-=-=2121221214d D PyD d D F 式中：d 1 焊缝底径； η 焊接效率，一般取η＝0.7； ［σ］ 缸体材料许用应力；［σ］＝σb / n ； σb 缸体材料的抗拉强度。
对于45钢正火处理，σb ＝580 Mpa ； n 安全系数；一般取3.5～5；6、缸体螺纹连接强度计算 缸体外螺纹的拉应力为：()()22122215.14Dd P D D d KFy -=-=πσ 缸体螺纹处的剪应力为：()23102331017.02.0D d P d D D d FKd K y -=-=τ 合应力为： ()[]στσσ≤+=223n式中： K 螺纹预紧力系数，一般为1.25～1.5； K 1 螺纹内摩擦系数，一般取K 1＝0.12； d 0 螺纹外径；［σ］ 缸体材料底许用应力，［σ］＝σs / n ； σs 缸体材料的屈服强度。
液压缸计算缸底厚度
缸径D 160mm 杆径d110mm 额定启门力320KN 有杆腔启门压力30.1958009Mpa油缸内最高工作压力P 35Mpa 缸径D40mm 屈服极限σs 340Mpa 许用应力[σ]115Mpa 可以取115-150油缸壁厚δ6.100217865mm油缸缸底厚度计算缸径D20mm 许用应力[σ]120Mpa 45钢取120，锻件（QT）取100油缸内最高工作压力P 40Mpa 缸底油口直径D00mmP*D800σ*(D-D0)2400缸底厚度4.999853331缸体内外径的平均值D1186.5mm 最终壁厚δ26.5mm缸体纵向应力[σz1]23.90105721Mpa 缸体环向应力[σh1]123.1603774Mpa 缸体合应力[σzh1]125.4581169Mpa116螺纹拧紧系数K 1.25螺纹内摩擦系数K10.12螺纹内径d126.211mm 螺纹外径d030mm 最大拉力F137.5KN 拉应力s 86.916943Mpa 剪应力t 46.85576302Mpa 合应力s n118.9156952Mpa45钢最大可取170螺纹强度核算有杆腔启门压力油缸壁厚计算液压缸缸体强度核算螺栓螺纹强度核算螺纹拧紧系数K 1.25螺纹内摩擦系数K10.12螺纹内径d113.835螺纹外径d016最大拉力F1200螺栓数量Z23拉应力s72.34094687Mpa剪应力t39.40450854Mpa合应力s n99.45530893Mpa 系统压力液压缸内最大计算工作压力Pc30.1958009Mpa活塞杆组件自重压力损失0.3Mpa密封和导向压力损失0.2Mpa管道压力损失0.4Mpa换向阀压力损失0.06Mpa调速阀压力损失0.6Mpa液控单向阀压力损失0.03Mpa回油滤器压力损失0.03Mpa系统压力计算值31.8158009Mpa系统压力圆整值31.82Mpa 油缸运行所需流量活塞杆径d55mm活塞直径D110mm油缸数量N1启门活塞速度 V启 2.1M/min 闭门活塞速度 V闭 2.1M/min 启门时油缸所需流量Q启14.9601375L/Min 闭门时油缸所需流量Q闭 (不考虑差动）19.94685L/Min 油泵排量汇漏系数e 1.2最大计算流量14.9601375L系统流量17.952165L电机转速1450油泵排量12.38080345ml电机功率系统压力P31.82Mpa 油缸运行所需流量Q17.952165L 油泵容积效率0.88系统功率P10.81889944KW 计算厚度外直径D2油缸壁厚计算20100628备注油缸内最高工作压力P25Mpa缸径D160mm材料牌号45屈服极限σs360Mpa许用应力[σ]115Mpa可以取115-150抗拉强度σb610Mpa安全系数n5一般取5缸筒材料的许用应力σp122油缸壁厚公式116.39344262δ/D≤0.08油缸壁厚公式219.45525292δ/D=0.08~0.3油缸壁厚公式317.15506238δ/D≥0.3油缸壁厚δ020mm外径公差余量c11mm腐蚀余量c21mm实际壁厚δ22.00mm油缸底部厚计算20100628计算厚度外直径D2100mm缸内最大工作压力P40MPA缸筒材料的许用应力σp122实际壁厚δ24.79350788缸筒头部法兰厚度法兰在缸筒最大内压下的轴向压力F20000N 法兰外圆半径RA0.24m 法兰螺孔直径DL0.0165m 法兰螺孔中心高b0.0671m 缸筒材料的许用应力σp122m 法兰厚度H7.918132238mm 不考虑DL的厚度7.641100175mm缸筒内径d200mm 卡键厚度h20mm 卡键宽度L10mm 外卡键剪应力 1.929375MPA 外卡键挤压应力201.1476064MPA 缸筒危险截面10.000525137MPA 内卡键剪应力157.5MPA 内卡键挤压应力165.7894737MPA 缸筒危险截面1108.3870968MPA。
液压缸尺寸计算
A、大腿液压缸结构尺寸设计计算①、大腿缸的负载组成1、工作载荷鸟=59036N（活塞杆在抬腿过程中始终受压）2、惯性载荷化=0 （由于所选用液压缸尺寸较小，即不计重量，且执行元件运动速度变化较小，故不考虑惯性载荷）3、密封阻力凡= （1-力JF,其中F是作用于活塞上的载荷，且卩=匹，比是外载荷，F W = F S+F a，其中耳护是液压缸的机械效率，取??机=0.95综上可得：外载荷凡=59036N,密封阻力& = 2952N, 总载荷F= 61988N。
②、初选系统工作压力2、按载荷选定工作压力，取工作腔压力为P = 12MP幻（由于总载荷为61988N大于50000N,故根据手册选取工作压力为12MPa）2、选择执行元件液压缸的背压力为传=IMP日（由于回油路带有调速阀，且回油路的不太复杂，故根据手册选取被压压力为IMPa）③、液压缸主要结构尺寸的计算1、在整个抬腿过程中活塞杆始终受压，故可得下式：活塞杆受压时：F = P1A1— P2A2P1------ 液压缸工作腔压力（PJ）P2------ 液压缸回油腔压力（PJ）A’ -------- 无杆腔活塞有效作用面积，Ai=乎，D为活塞直径（m）A2------ 有杆腔活塞有效作用面积，A2 = ^（D2-d2）, d为活塞一4杆直径（m）选取d/D二0.7 （由于工作压力为12MPa大于5MPa,故根据手册选取d/D二0.7）综上可得：D二82.8mm,根据手册可查得常用活塞杆直径，可取D=90mm, d二60mm。
校核活塞杆的强度，其中活塞杆的材料为45钢，故[a] = lOOMPao由于活塞杆在受负载的工作过程中仅收到压力作用，故仅校核其压缩强度即可。
总 = 21.9MPaV[o] = 100MPa,故满足强度要即d二60mm,贝D二90mm。
由此计算得工作压力为:竹=10.3MPa根据所选取的活塞直径D=90mm,可根据手册选的液压缸的外径为108mm,即可得液压缸壁厚为§ = 9mm。