FR Fk / nk
Fk
l / rk 1 2 时 l / rk 1 2 时
2 2 EJ
l2
fA a l 1 2 rk
2
当活塞杆的细长比：
Fk
附：液压缸的支承方式和末端系数 2 的值
3）、端盖厚度设计（法兰端盖厚度计算方法）
当活塞运动到最前端时，全部推力由端盖承受
工作原理： 当液压缸活塞杆回缩时，自动放气阀关闭；当液 压缸活塞杆伸出时，其开启。此时，空气通过排气孔 排出，直至工作油液充满无杆腔。
放气阀应安装于液压系统最高点，因在最高点处 其可收集液压油中所有空气。
4.2
①
② ③
液压缸的设计计算
了解和掌握液压缸在机械上的用途和动作要求。 了解液压缸的工作条件。 了解外部负载情况。 了解液压缸的最大行程，运动速度或时间，安装空间所允许的外形尺寸以 及缸本身的动作。 设计已知液压系统的液压缸，应了解液压系统中液压泵的工作压力和流 量的大小、管路的通径和布置情况、各种液压阀的控制情况。

拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和 装拆，但外形尺寸较大，且较重。


拉杆连接式
焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸 底处内径不易加工，且可能引起变形。

一般机床上用的液压缸，缸筒和缸盖的结 构形式和其使用的材料有关。

工作压力

p＜10MPa时，使用高强度铸铁；
p＜20MPa时，使用无缝钢管； பைடு நூலகம்＞20MPa时，使用铸钢或锻钢。
1.工作负载FR
注意：各项载荷均应在 FR=Fe+Ff+Fi 机构满负荷状态下计算， 其中 其中磨擦擦阻力按启动 Fe：稳定工作下 状态的静摩擦力计算。 的负载 缸的牵引力等于工作负 Ff：摩擦阻力 载。缸自身摩擦阻力已 经用机械效率的形式在 Fi：启动惯性阻 牵引力计算中加以考虑， 力 不再计入。
此时计算出最大端盖厚度，满足设计强度要求
图、法兰端盖
端盖厚度计算：
其中
D为缸筒直径，单位为m， dH为螺钉孔圆周直径，单位为m, 1 2 dm为作用力圆周直径，单位为m，且dm= db为螺钉孔直径，单位为m, d为活塞杆孔直径，单位为m， De为端盖外径，单位为m， p为工作压力，单位为MPa， 为材料的许用应力，单位为MPa
其速出扭矩和回转角速度分别为
T b mprdr b( R1 R2 )mp
2 2 R2
R1
w 8qv /[(D d )b]
2 2
r:叶片半径；b：叶片宽度；R1，R2：叶片顶端底端半径 d,D：叶片顶端底端直径；△p:进出口压差
4.1.3液压缸的典型结构举例
1）、液压缸的组成
设计依据
④
⑤
⑥
了解有关国家标准、技术规范以及参考资料。
设计原则
① 保证缸运动的出力、速度、和行程。 ② 保证缸每个零件有足够的强度、刚度和耐用性。 ③ 在保证以上两个条件的前提上，尽量减小缸的外形尺寸。 ④ 在保证缸性能的前提下，尽量减少零件数量，简化结构。
⑤ 要尽量避免缸承受横向负载，活塞杆工作时最好承受拉力，以免产生纵向弯曲。
排气阀排气、排气塞排气、进出油口排气
水平安装的液压缸进出油口最好向上，便于气体 的排出，或在液压缸的最高部位设置排气装置。对于速 度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，则必须安装 排气装置。

两种排气装置都在液压缸排气时打开（让活塞全行程往复移动数 次），排气完毕后关闭。

排气装置工作过程示意图
⑥
根据运动速度、工作出力和活塞直径，确定液压泵的流量和压力。
⑦
选择缸盖的结构形式，计算厚度和强度。
⑧
审定全部设计计算资料，进行修改补充。
⑨
选择适当的密封结构，设计缓冲、排气和防尘等装置。
⑩
绘制装配图和零件图，编制技术文件。
4.2.2基本参数设计
1.工作负载FR 2.速比φ 3.缸筒内径D 4.活塞杆直径d 5.最小导向长度H
d d 2

4）、缸底厚度计算 1）平底缸 缸底无孔时（如图a） h
0.433d
p /
单位为m 缸底有孔时（如图b） h 0.433D 单位为m
缸筒和缸盖的常见结构形式
法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆， 但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。

半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了 强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重 量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。

螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时 要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺 寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。
2）、活塞组件
(活塞和活塞杆连接 )
活塞组件由活塞、活塞杆和联接件等组成。

螺纹式连接

半环式连接
螺纹式连接结构简单，装卸方便，但在高压大负载下需 要有螺帽防松装置。


半环式连接结构较复杂，装卸不便，但工作较可靠。
此外活塞和活塞杆也有制成整体式结构的，但它只适 用于尺寸较小的场合。 活塞一切工作般用耐磨铸铁制造，活塞杆则不论是空 心的还是实心的，大多用钢料制造。
pyD 2
承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同各异。一般分为薄壁 圆筒和厚壁圆筒。
厚壁圆筒计算公式：
D 2
0.4py 1 1.3py
式中：Py为实验压力， 为缸筒材料许用应力。 缸筒的壁厚计算出来以后，便可得到缸筒的外径：
液压缸运行前应将缸内的空气排净，否则运 行时缸内气体被压缩，造成液压缸的抖动或爬行， 并产生噪声。
排气使用方法：
1 排气孔 油口设置在液压缸最高处； 2 排气塞 象螺钉（如暖气片上的放气阀）； 3 排气阀 使液压缸两腔经该阀与油箱相通 启动时，拧开排气 阀使液压缸空载往复 运动几次即可。
液压缸排气
（m）
式中，FR为液压缸负载，N；d为活塞杆的直径，m； 为活
2）稳定性验算 活塞杆所能承受的负载FR，应小于使它保持工作稳定的临界负载FK。FK的值与 活塞杆材料的性质、截面形状、直径 和长度，以及缸的安装方式等因素有关，可按材 料力学中的有关公式进行计算，即 式中，nk为安全系数，一般取nk=2—4。 当活塞杆的细长比：
最小导向长度是在活塞杆全部伸出时，导向套滑动面 中点，到活塞支撑面中点的距离。导向长度的大小影响缸 的初始挠度、稳定性和活塞杆强度，因此必须使其不小于 规定的最小值H。可用下面经验公式计算。
L D H 20 2
式中，L为缸的最大工作行程
(m)
4.2.3液压缸强度计算
1.缸筒壁厚和外径
薄壁圆筒计算公式：
4q D 或D π 1
4q ( d ^ 2) π 2
式中，q为缸所需流量，m3/s；v1，v2为 活塞的伸出，缩回运动速度m/s
4.活塞杆直径d 活塞杆直径通常是先按选定的速比和缸筒 的内径D初算，然后再验算其强度和稳定性。
由
1 d 得
计算结果应按有关标准圆整
5.最小导向长度H

2》．可变节流式缓冲装置
活塞与缸盖间的油液须经轴向三角槽流出，从而在回油腔中形 成缓冲压力使活塞受到制动作用。

在缓冲长 度内，工作油 液只能通过可 调节流阀。 这种缓冲 方式适用于液 压缸运动速度 的范围为6～ 20 m/min。 对于高速运动 液压缸，应使 用辅助缓冲装 置或刹车装置 。
设计步骤
① ② 根据设计依据，初步确定设计方案，会同有关人员进行技术经济分析。 对缸进行受力分析，选择适当的结构形式、安装方式。
③
④ ⑤
根据工作负载、重力、摩擦力和惯性力确定液压缸在行程各阶段上负载的变化 规律及有关的技术数据。
根据工作负载和选定的额定压力，确定活塞端面面积并计算活塞直径和缸筒直 径。 根据缸径和运动速度之比或者工作负载和材料的许用应力，确定活塞杆直径。
必要性：
1）在质量较大、速度较高（v>12m/min），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。 2）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。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。
D外 D 2
通过上式得到的外径D外后通过查表，将计算出的外径圆整到标准系列 中去，并向大的方向调整。
2.活塞杆的计算
活塞杆的计算应包括活塞杆的强度计算和稳定性校核（即压杆稳定性计算）
1）活塞杆的强度计算
活塞杆主要受拉力和压力作用，因此有：
4 FR d 6 10
塞杆材料的许用应力，Mpa

3）、液压缸的密封装置
液压缸的密封装置主要用来防止液压 油的泄漏。密封装置的优劣，将直接影响 液压缸的工作性能和效率。

对密封装置的基本要求是：
1）密封性能好，且随着压力的增加，密封性能随之增加。 2）摩擦阻力要小。
3）足够的使用寿命和耐油性。
4）使用的温度范围广。 5）结构工艺性好，成本低廉。 密封性、耐磨性、经济性。

液压缸的结构由: 缸体组件、 活塞组件、 密封装置、 缓冲装置和排气装置 五个基本部分组成。

缸体组件

缸体组件：包括缸底、缸筒、缸头、 连接件和缸盖等.
缸体组件的连接形式 ∵ 压力、缸体材料、工作条件不同 ∴ 连接形式很多

常见的缸体组件的联接形式有：
法兰联接、 螺纹联接、 半环联接、 拉杆联接、 钢丝联接、 焊接等几种连接形式。
缓冲原理： 是活塞在接近行程终端时，将回油阻力增大， 从而降低活塞速度。