液压缸设计规范.docx
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液压缸设计规范
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
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）
8101216202532
40506380（90）100（110）
125（140）160（180）200220（250）
（280）320（360）400450500
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）
45681012141618
202225283236404550
5663708090100110125140
160180200220250280320360
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
255080100125160200250320400
5006308001000125016002000250032004000
1.2.1第二系列
406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600
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、液压缸主要零件的结构、材料、技术要求
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缸体技术要求
A内径H8H9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HT200HT300HT350铸铁
D当缸盖又是导向导时选铸铁
3.2.2缸盖技术要求
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HT200HT300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
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
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根据主机的运动要求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确定液压缸的主要性能参数和主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
速度按主机要求决定再选择流量
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表示
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液压缸主要几何尺寸的计算。
（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要求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．根据速度比的要求来计算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：
φ1.151.251.331.462
D0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D
※选用速度比的方法。
（也可以是工作机要求）
工作压力p/MPa≤1012.5～20﹥20
速度比φ1.331.46～22
B．活塞直径d按强度要求计算
按简单的拉压强度计算
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
另一确定活塞杆的方法：
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的确定：
根据工作机运动要求确定
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—试验压力（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3240506080100125150180200
缸外径52607585105120150180215240
B.按中等壁厚
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
或如果知道缸外圆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
为试验压力
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/π²d²1z
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）
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。
活塞杆与活动横樑联接处作挤压计算。
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