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液压缸设计
液压缸设计
液压缸一般来说是标准件，但有时也需要自行设计。
本节主要介绍液压缸主要尺寸的计算及强度，刚度的验算方法。
液压缸的设计是在对所设计的液压系统进行工况分析、负载计算和确定了其工作压力的基础上进行的。
首先根据使用要求确定液压缸的类型，再按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸，必要时需进行强度验算，最后进行结构设计。
液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度L、活塞杆直径d。
主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。
液压缸工作压力确定
液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。
液压缸的工作压力按负载确定。
对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不同。
设计时，液压缸的工作压力可按负载大小及液压设备类型参考表3.2、表3.3来确定。
表3.2 液压缸的公称压力（单位：
MPa,GB7938-87）
0.63
1.0
1.6
2.5
4.0
6.3
10.0
16.0
25.0
31.5
40.0
表3.3 各类液压设备常用的工作压力（单位：
MPa）
设备类型
一般机床
一般冶金设备
农业机械、
小型工程机械
液压机、重型机械、轧机压下、
起重运输机械
工作压力（MPa）
1～6.3
6.3～16
10～16
20～32
液压缸主要尺寸的确定
液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定，对单杆缸而言，无杆腔进油并不考虑机械效率时，由式（3.4）
（3.14）
有杆腔进油并不考虑机械效率时，由式（3.6）可得
（3.15）
一般情况下，选取回油背压，这时，上面两式便可简化，即无杆腔进油时
（3.16）
有杆腔进油时：
（3.17）
式（3.17）中的杆径d可根据工作压力选取，见表3.4；当液压缸的往复速度比有一定要求时，由式（3.7）得杆径为
（3.18）
推荐液压缸的速度比如表3.5所示。
表3.4液压缸工作压力与活塞杆直径
液压缸工作压力P（MPa）
≤5
5~7
>7
推荐活塞杆直径
（0.5~0.55）D
（0.6~0.7）D
0.7D
表3.5液压缸往复速度比推荐值
液压缸工作压力P（MPa）
≤10
1.25~20
>20
往复速度比ψ
1.33
1.46~2
2
计算所得的液压缸内经D和活塞杆直经d应圆整为标准系列参见《新编液压工程手册》。
液压缸的缸筒长度由活塞最大行程，活塞长度，活塞杆导向套长度，活塞杆密封长度和特殊要求的长度确定。
其中活塞长度为（0.6~1.0）D；导向套长度为（0.6~1.5）d。
为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20~30倍。
液压缸的校核
1.缸筒壁厚的验算
中、高压液压缸一般用无缝钢管做缸筒，大多属薄壁筒，即δ/D≤0.08，此时，可根据材料力学中薄壁圆筒的计算公式验算缸筒的壁厚，即
（3.19）
当δ/D≥0.3时，可用下式校核缸筒壁厚
（3.20）
当液压缸采用铸造缸筒时，壁厚由铸造工艺确定，这时应按厚壁圆筒计算公式验算壁厚。
当δ/D=0.08~0.3时，可用下式校核缸筒的壁厚
（3.21）
式中:
----缸筒内的最高工作压力
[σ]——缸筒材料的许允应力
2.液压缸稳定性验算
活塞杆长度根据液压缸最大行程L而定。
对于工作行程中受压的活塞杆，当活塞杆长度L与其直径d之比大于15时，应对活塞杆进行稳定性验算，关于稳定性验算的内容可查阅液压设计手册。
冶金设备标准液压缸
型号选择
HSG - L - 01 - D/d × 100 -E 2 5 0 1
HSG-双作用单杆活塞式液压缸
L-缸盖连接方式/：
L=threaded（bore≤Φ80）；K=卡键式（缸径≥Φ80）
01 –Designing code
D/d –bore Dia. mm/rod Dia. mm
100-Stroke
E-Pressure grade 16MPa
2 –缸头、缸筒连接方式/End & tube connection：
1=缸头耳环带衬套/End and trunnion with bushing；2=缸头耻环带关节轴承/End, ring with oscillating bearings；3=铰轴/hinge shaft（for cylinders with bore≥Φ80卡键式连接）；4=端部法兰/End flange（for cylinders with bore ≥Φ80卡键式连接/pin &key connection）；5=middle flange（for cylinders bore≥Φ80卡键式连接/ pin &key connection）
5 –活塞杆端连接方式代号/Piston rod connection code：
1=杆端外螺纹；
2=杆端内螺纹（bore≥63）；
3=杆端外螺纹杆头耳环带衬套;
4=杆端内螺纹杆头耳环带衬套; （bore≥63）；
5=杆端外螺纹杆头耳环带关节轴承；
6=杆端内螺纹杆头耳环带关节轴承（bore≥63）；
7=整体式活塞杆耳环带衬套（bores=40、50）；
8=整体式活塞杆耳环带关节轴承（bore=40、50）
0-缓冲部位代号：
0=不带缓冲；1=两端带缓冲；2=缸头端带缓冲；3=杆头端带缓冲
1 –油口连接方式代号：
1=内螺纹
L1-活塞杆端连接方式代号：
L1=杆端外螺纹；L2=杆端外螺纹▲
O –工作介质代号：
O=机油、液压油,；W=高水基（乳化液）（emulsified mixture）
注：
型号说明中凡标有▲的目前均按非标处理。
Model
公称压力/Workingpressure
PMa
BoreDia.
D（mm）
Ψ=1.33
Ψ=1.46
Ψ=2
MinimumStroke
S（mm）
Ψ=1.46
RodDiameter
d（mm）
Max.StrokeS（mm）
RodDiameter
d（mm）
Max.Stroke
S（mm）
RodDiameter
d（mm）
Max.Stroke
S（mm）
Push（N）
Pull（N）
HSGL01-40/dE
16
40
20
320
22
400
25
480
-
20090
14020
HSGL01-50/dE
50
25
400
28
500
32
600
-
31400
21550
HSGL01-63/dE
63
32
500
35
630
45
750
-
49870
34480
HSGL01-80/dE
80
40
640
45
800
55
950
-
49870
54980
HSGL01-80/dE
80
40
640
45
800
-
-
30
80420
54980
HSGL01-90/dE
90
45
720
50
900
63
1080
40
101790
70360
HSGL01-100/dE
100
50
800
55
1000
70
1200
40
125660
87650
HSGL01-110/dE
110
55
880
63
1100
80
1320
45
152050
102180
HSGL01-125/dE
125
63
1000
70
1250
90
1500
35
196350
134770
HSGL01-140/dE
140
70
1120
80
1400
100
1680
50
246300
165880
HSGL01-150/dE
150
75
1200
85
1500
105
1800
55
282600
191850
HSGL01-160/dE
160
80
1280
90
1600
110
1900
45
321700
219910
HSGL01-180/dE
180
90
1450
100
1800
125
2150
45
407150
281500
HSGL01-200/dE
200
100
1600
110
2000
140
2400
50
502660
350600
HSGL01-220/dE
220
110
1760
125
2200
160
2640
60
608200
411860
HSGL01-250/dE
250
125
2000
140
2500
180
3000
60
785600
539100
注：
1.速比Ψ为活塞腔有效面积与活塞杆腔有效面积之比。
2.最大行程原则上是：
Ψ=1.33时，S=8D；Ψ=1.45时，S=10D；Ψ=2时，S=12D；（D为缸径）。
3.最小行程不包括缸头、缸筒连接方式为铰轴及中部法兰型
外形安装连接尺寸图（活塞杆端为内螺纹连接）
Bore
φ
dΨ=1.33
dΨ=1.46
dΨ=2
d1
R×b
L6
M2
L8
L5
L7
L1
2-M1
H1
φ1
40
57
20
22
※25
20orGE20ES
25
30
M16×1.5
30
30
65
225
M14×1.5
15
65
50
68
25
28
※32
30orGE30ES
35
40
M22×1.5
35
40
65
243
M18×1.5
15
75
63
83
32
35
45
30orGE30ES
35
40
M27×1.5
40
40
65
258
M18×1.5
15
90
80
102
40
45
55
40or
GE40ES
45
50
M33×1.5
45
50
75△65
300
M22×1.5
18
110
90
114
45
50
63
40or
GE40ES
45
50
M36×2
45
50
66▲76
305▲325
M22×1.5
18
-
100
127
50
55
70
50or
GE50ES
60
65
M42×2
50
60
72▲82
340▲360
M27×2
20
-
110
140
55
63
80
50or
GE50ES
60
65
M48×2
55
60
77▲87
360▲380
M27×2
20
-
125
152
63
70
90
50or
GE50ES
60
65
M52×2
60
60
78
370
M27×2
20
-
140
168
70
80
100
60or
GE60ES
70
75
M60×1.52
65
70
85▲95
405▲425
M27×2
20
-
150
180
75
85
105
60or
GE60ES
70
75
M64×2
70
75
92▲102
420▲440
M33×2
22
-
160
194
80
90
110
60or
GE60ES
70
75
M68×2
75
70
100
435
M33×2
22
-
180
219
90
100
125
70or
GE70ES
80
85
M76×3
85
89
107
480
M42×2
24
-
200
245
100
110
140
80orGE80ES
90
95
M85×3
95
100
110
510
M42×2
24
-
220
273
110
125
160
90orGE90ES
100
105
M95×3
105
110
120
560
M42×2
24
-
250
299
125
170
180
100orGE100ES
110
120
M105×3
115
122
135
614
M42×2
25
-
Bore
L15
L16
L12
L17
φ3
φ4
φ5
H3
L22
n-φ6
L33
L34
s
80
125
185
322
25
115
145
175
20
128
8-φ13.5
>260<205+S
>240<235+S
55
90
140
200
322▲352
25
130
160
190
20
134▲144
8-φ13.5
>275<215+S
>260<245+S
60
100
155
230
372▲392
30
145
180
210
20
150▲160
8-φ18
>310<230+S
>290<270+S
80
110
170
245
392▲412
30
160
195
225
22
157▲167
8-φ18
>320<250+S
>300<285+S
70
125
185
260
422
30
175
210
240
22
180
10-φ18
>335<280+S
>315<320+S
55
140
200
290
463▲483
35
190
225
260
24
201▲211
10-φ20
>385<305+S
>360<345+S
80
150
215
305
478▲498
35
205
245
285
26
207▲217
10-φ22
>400<320+S
>380<360+S
80
160
230
320
498
35
220
260
300
28
217
10-φ22
>410<340+S
>390<380+S
70
180
255
360
548
42
245
285
325
30
238
10-φ24
>455<365+S
>430<410+S
90
200
285
405
578
40
275
320
365
32
261
10-φ26
>485<365+S
>460<435+S
100
220
320
455
633
53
305
355
405
34
285
10-φ29
Tobecustomized
100
250
350
500
687
53
330
390
450
36
311
12-φ32
105
外形安装连接尺寸图（活塞杆端为外螺纹连接）
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