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F g=59036N（活塞杆在抬腿过程中始终受压）
2、惯性载荷F a=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F m=(1−ηm)F，其中F是作用于活塞上的载
荷，且F=F w
，F w是外载荷，F w=F g+F a，其中ηm是液
ηm
压缸的机械效率，取ηm=0.95
综上可得：外载荷F w=59036N，密封阻力F m=2952N，
总载荷F=61988N。
②、初选系统工作压力
1、按载荷选定工作压力，取工作腔压力为P=12MPa1
（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P2=1MPa（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1MPa）
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−P2A2
P 1----------液压缸工作腔压力（Pa ）
P 2----------液压缸回油腔压力（Pa ）
A 1----------无杆腔活塞有效作用面积，A 1=πD 24
，D 为活塞直径（m ） A 2----------有杆腔活塞有效作用面积，A 2=π4（D 2−d 2)，d 为活塞
杆直径 （m ）
选取d/D=0.7（由于工作压力为12MPa 大于5MPa ，故根据手册选取d/D=0.7）
综上可得：D=82.8mm ，根据手册可查得常用活塞杆直径，可取D=90mm ，d=60mm 。
校核活塞杆的强度，其中活塞杆的材料为45钢，故[σ]=100MPa 。
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。
σ= F 14πd 2=21.9MPa ＜[σ]=100MPa ，故满足强度要
求。
即d=60mm ，则D=90mm 。
由此计算得工作压力为：
P 1=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δ =9mm 。
校核液压缸缸壁的强度，其中液压缸的材料为45钢，故[σ]=100MPa 。
由于该缸处于低压系统，故先按薄壁筒计算，σ=P y D 2δ，其中工
作压力P =P =12MPa ≤16MPa 1，可取P y =1.5P 1，则σ=90MPa ＜
[σ]=100MPa，故满足强度要求。
又由于D/δ=10，故可将该缸筒视为厚壁，则δ的校核应按下面公式进行。
δ≥D
2
(√
[σ]+0.4P y
[σ]−1.3P y
−1)
计算的δ=9mm≥8.23mm，故经过校核满足要求
即取缸筒壁厚δ=9mm。
B、水平摆动液压缸结构尺寸设计计算
①、水平摆动缸的负载组成
1、工作载荷F g=4000N（活塞杆正反行程中保持不变）
2、惯性载荷F=0a（由于所选用液压缸尺寸较小，即不
计重量，故不考虑惯性载荷）
3、密封阻力F m=(1−ηm)F，其中F是作用于活塞上的载
荷，且F=F w
ηm
，F w是外载荷，F w=F g+F a，其中ηm是液压缸的机械效率，取ηm=0.95
综上可得：外载荷F w=4000N，密封阻力F m=211N，
总载荷F=4211N。
②、选定系统尺寸
由所受最大负载的大腿缸计算所得的液压缸的数据，初步
拟定水平摆动缸的尺寸为:D=90mm，d=60mm，δ=9mm。
③、液压缸工作压力的计算
摆腿动作开始时已经将腿抬起，故不受外载荷作用，则摆动腿液压缸受外载荷工作的过程为腿已放下，并且开始拖动身体前进的过程，在这个过程中活塞杆受拉。
活塞杆受拉时：
F =P 1A 2−P 2A 1
P 1----------液压缸工作腔压力（Pa ）
P 2----------液压缸回油腔压力（Pa ）（由于回油路带有调速阀，且回油
路的不复杂，故根据手册选取回油腔压力为0.5MPa ）
A 1----------无杆腔活塞有效作用面积，A 1=πD 24
，D 为活塞直径（m ） A 2----------有杆腔活塞有效作用面积，A 2=π4（D 2−d 2)，d 为活塞
杆直径 （m ）
综上可得： 工作腔压力P 1=2.03MPa
校核活塞杆的强度，其中活塞杆的材料为45钢，故[σ]=100MPa 。
由于活塞杆在受负载的工作过程中仅收到拉力作用，故仅校核其拉伸强度即可。
σ= F 14πd 2=1.4MPa ＜[σ]=100MPa ，故满足强度要
求。
校核液压缸缸壁的强度，其中液压缸的材料为45钢，故[σ]=100MPa 。
由于该缸处于低压系统，故先按薄壁筒计算，σ=P y D 2δ，其中工
作压力P =P 1=1MPa ≤16MPa ，可取P y =1.5P 1，则σ=15.225MPa ＜[σ]=100MPa ，故满足强度要求。
又由于D /δ=10，故可将该缸筒视为厚壁，则δ的校核应按下面公
式进行。
δ≥D
2
(√
[σ]+0.4P y
[σ]−1.3P y
−1)
计算的δ=9mm≥1.197mm，故经过校核满足要求。
即取缸筒壁厚δ=9mm。
C、小腿液压缸结构尺寸设计计算
①、小腿液压缸的负载组成
1、在工作过程中存在拉力与压力的循环作用，其中最大
拉力为F
g拉=27176N，最大压力为F
g压
=10618N。
2、惯性载荷F a=0（由于所选用液压缸尺寸较小，即不
计重量，故不考虑惯性载荷）
3、密封阻力F m=(1−ηm)F，其中F是作用于活塞上的载
荷，且F=F w
ηm
，F w是外载荷，F w=F g+F a，其中ηm是液压缸的机械效率，取ηm=0.95
综上可得：外拉载荷F
w拉=27176N，密封阻力F
m拉
=
1359N，总拉载荷F
拉=28535N；外压载荷F
w压
=
10618N，密封阻力F
m压=531N，总拉载荷F
拉
=
11149N
②、选定系统尺寸
由所受最大负载的大腿缸计算所得的液压缸的数据，初步拟定水平摆动缸的尺寸为:D=90，d=60，δ=9mm。
③、液压缸工作压力的计算
活塞杆受拉时：
F=P
拉1
A2−P2A1
活塞杆受压时：
F=P
压1
A1−P2A2
P1----------液压缸工作腔压力（Pa）
P2----------液压缸回油腔压力（Pa）（由于回油路带有调速阀，且回油路有背压阀，回油路油路不复杂，故根据手册选取回油腔
压力为1MPa）
A1----------无杆腔活塞有效作用面积，A1=πD2
4
，D为活塞直径（m）
A2----------有杆腔活塞有效作用面积，A2=π
4
（D2−d2)d为活塞杆直径（m）
综上可得：在受最大拉力作用时，工作腔压力P
拉1
=9.87MPa；
在受最大压力作用时，工作腔压力P
压1
=2.3MPa。
校核活塞杆的强度，其中活塞杆的材料为45钢，故[σ]=100MPa。
由于活塞杆在受负载的工作过程中不仅受到拉力作用，还受到压
力作用，但是拉力较压力大，故仅校核其拉伸强度即可。
σ=
F
拉
1
4
πd2
=
10.1MPa＜[σ]=100MPa，故满足强度要求。
校核液压缸缸壁的强度，其中液压缸的材料为45钢，故[σ]= 100MPa。
由于该缸处于低压系统，故先按薄壁筒计算，σ=P y D
2δ
，其中最
大工作压力P=P
拉1
=9.87MPa≤16MPa，可取P y=1.5P1，则σ=
74.025MPa＜[σ]=100MPa，故满足强度要求。
又由于D/δ=10，故可将该缸筒视为厚壁，则δ的校核应按下面公式进行。
δ≥D
2
(√
[σ]+0.4P y
[σ]−1.3P y
−1)
计算的δ=9mm≥6.54mm，故经过校核满足要求。
即取缸筒壁厚δ=9mm。