3.3　液压缸的设计与计算

液压缸的设计是整个液压系统设计的重要内容之一。由于液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系。对于不同的机械设备及其工作机构，液压缸具有不同的用途和工作要求，因此在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负载图，选定系统的工作压力，然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、刚度、稳定性验算，最后再进行结构设计。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。

3.3.1　液压缸主要尺寸的确定

液压缸的缸筒内径D，可根据负载的大小和选定的工作压力，或运动速度和输入的流量来确定。对单杆缸而言，无杆腔进油且不考虑机械效率时，由式（3.4）可得

有杆腔进油且不考虑机械效率时，由式（3.6）可得

一般情况下，选取回油背压p2=0，这时，上面两式便可简化，即无杆腔进油时

有杆腔进油时

式（3.17）中杆径d可根据工作压力选取，见表3.1；当对液压缸的往复速度比有一定要求时，由式（3.7）得杆径为

推荐液压缸的速度比如表3.2所示。

计算所得的液压缸内径D和活塞杆直径d应圆整为标准系列，参见《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。

3.3.2　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作为缸筒，大多为薄壁筒，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

当δ/D≥0.3时，可用下式校核缸筒壁厚

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。

式中：pmax——缸筒内的最高工作压力（Pa）

[σ]——缸筒材料的许用应力（Pa）。

（2）液压缸稳定性验算

只有当液压缸的计算长度l≥10D时，才进行液压缸纵向稳定性的验算。验算可按材料力学有关公式进行，此处不再赘述。