液压缸的设计计算规范
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）
8 10 12 16 20 25 32
40 50 63 80 （90） 100 （110）
125 （140） 160 （180） 200 220 （250）
（280） 320 （360） 400 450 500
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）
4 5 6 8 10 12 14 16 18
20 22 25 28 32 36 40 45 50
56 63 70 80 90 100 110 125 140
160 180 200 220 250 280 320 360
1.1.3活塞杆连接螺纹型式一般按细牙设计，规格和长度查有关资
料或计算。
1.2液压缸的行程系列（GB2349－1980）
1.2.1第一系列
25 50 80 100 125 160 200 250 320 400
500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000
1.2.1第二系列
40 63 90 110 140 180 220 280 360 450
550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800
3600
1.2.3按用户要求进行设计（核算活塞杆的压杆稳定性）
二、液压缸的类型和安装办法
2.1液压缸的类型
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
见样本
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 许用应力取
[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无缝纲管调质（35号 45号） [σ]＝110MPa
E 合金钢（27SiMn 等）
3.1.2缸体技术要求
A 内径 H8 H9 精度 粗糙度（ 垳磨 ）
B 内径圆度
3.2导向套
3.2.1导向套材料（根据压力等级及受力情况选择）
A可选35,45号锻钢
B可选用ZG35,ZG45铸钢
C可选用HT200 HT300 HT350铸铁
3.2.2导向套技术要求 9－11级 圆柱度
8级
A 直径d(同缸内径) 等各种回转面(不含密封圈) 圆柱度按
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 9 、
D 导向面表面粗糙度密封沟槽3.2，配合面6.3，其余12.5
3.2.3导向套联接形式多种（看油缸类型及用户尺寸决定如：HSG
系列、CD 系列等）
3.2.4活塞
A 材料HT300 钢35 、45 、合金钢（27SiMn 等）
B 技术要求
支撑槽与内孔同轴度，按7、8级
端面与内孔D1的⊥按7级
（看油缸类型如：HSG 系列、CD 系列等及用户尺寸决定）
D活塞与缸内径的密封方式
柱寒缸 40MPa以下V 型组合 ，滑环 移动部分
活塞缸 32MPa以下用Yx 型 滑环 移动部分
静止部分 32MPa以下用“O “型
3.2.5 活塞杆
A 两端连接形式 （看油缸类型如：HSG 系列、CD 系列等及用户
尺寸决定）
B活塞杆结构
空心杆 实心杆
C材料
实心杆35、45钢 40cr
空心杆35、45无缝缸管
D技术要求
粗加工后调质HB248－302 HB280-320
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
3.2.6活塞杆的导向、密封、和防尘
A （看油缸类型如：HSG 系列、CD 系列等及用户尺寸决定）
导向：支撑环或铸件
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 滑环 移动部分
活塞缸Yx 滑环 移动部分
“O ”型 （静止密封）
防尘圈
3.2.7 液压缸缓冲装置
节流形式缓冲
固定缓冲
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
4 液压缸的设计计算
4.1液压缸的设计计算步骤
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F （液压缸的输出按负载F 决定） 1
F 1=P1A 1×103
P 1-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＝πD 2/4
D－活塞直径（m ）
B ）单杆活塞缸的拉力F2
F2＝P 2A 2×103
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（D 2－d 2）/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
—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 =60/A 2
A 1—活塞的作用面积（m²）
B. 单杆活塞杆缩入时的速度
=60/A 2 —活塞的缩小速度。（m/min） —流量。进入液压缸的流量（m³/s）可用
A 2=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（m ³）
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 ）
υ—速度比
υ=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：
υ 1.15 1.25 1.33 1.46 2
D 0.36D 0.45D 0.5D 0.56D 0.71D ※ 选用速度比的方法。（也可以是工作机要求） 工作压力 p/MPa ≤10 12.5～20 ﹥20 速度比 υ 1.33 1.46～2 2
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≥P y D/2[σ] δ— 缸壁厚度 (m) Py —试验压力（MPa ）
当工作压力≤16MPa 时 P y =1.5p 当工作压力≥16MPa 时 Y y =1.25p [σ]—缸体材料的许用应力（MPa ） 按抗拉强度：σb [σ]=
/
5
=3.5～5 一般取
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
重型机械 无缝管45号 P≤16MPa
缸内径 32 40 50 60 80 100 125 150 180 200
缸外径 52 60 75 85 105 120 150 180 215 240 B. 按中等壁厚 当3. 2≤D/δ﹤16 δ=（P y D/(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D 1，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 当缸的额定压力当缸的额定压力
16
时
, 时,
=1.5=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 D 1=D+2δ
D 1—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
—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
而定。
无孔底 h=0.433D有孔底 h=0.433Dd 0—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 ） d H —密封环外径（m ） P —系统工作压力（Pa ） q —附加密封力（Pa ）
D 0—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（D 1²-D 2²）η
F —液压缸输出最大推力（N ） F=πD ²P/4 D —缸内径（m ）
p —系统最大工作压力（Pa ） D 1—缸外径（m ） D 2—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/π²d²1 z 螺纹的切应力 τ=K1KFd 0/0.2d³1z 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
K 1为螺纹内摩擦系数 K1=0.12
d 1为螺纹内径 （m ）当采用普通螺纹时d 1= d0-1.0825t
d 0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/πd 1² 如图
切应力为 τ=K1KF 1d 0/0.2d1³ 合成应力为
F 1—液压缸输出拉力（N ） F 1=π（D ²-d ²）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
K 1—螺纹内摩擦系数 K1=0.12 d 0—螺纹外径（m ）
d 1—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。