液压缸设计规范

液压缸设计规范 Revised as of 23 November 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 3240 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 1820 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 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 400500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 400040 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550700 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]＝100MPaD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]＝110MPaA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 、45B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、18B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84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=P1A1×103P1-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＝πD2/4D－活塞直径（m）B）单杆活塞缸的拉力F2F2＝P2A2×103P2－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）/4D－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/A2υ1—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/A2ν2—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)/4D—活塞直径（m）d—活塞杆直径（m）C.液压缸的作用时间tt=υ/qν=As/qνt—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)/4S—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DD=3.57×10−2√F/PD—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DD=8.74√qυ/υD—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dd=D√(φ−1)/φd—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/minυ1. 活塞杆伸出速度 m/min速度比关系：φ 2D※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 2B．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。

δA. 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 bn 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 240B. 按中等壁厚当≤D/δ﹤16δ=（P y D/[σ]-P y)ψ）+Cψ：强度系数对无缝管ψ=1C：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][σ]−1.73P 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] D 1=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−Dp ≤[σ] D 1=D √[σ]+0.4P y [σ]−1.3P yP 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/υoυo—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 /4d —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）ηF—液压缸输出最大推力（N）F=πD2P/4D—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/D1hηh—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=K1KFd0/31z合成应力σn=√≈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=～4K1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=K1KF1d0/3合成应力为σn=√(σ2+3τ2)≤[σ]F1—液压缸输出拉力（N）F1=π（D2-d2）p /4P—液压系统压力 Pad—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=～4K1—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/nσs—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。