一、设计依据
设计一单缸液压缸，快进时采用差动连接，快退时油液输入缸的有杆腔。设快进、快退时的
速度均为0.1m/s，慢进、慢退时的速度均为0.01m/s，工进时杆受压，推力为25000N 被压P2=2?10Pa，活塞和活塞杆处的摩擦力F=12?10N，不计启动、制动时的惯性力。活塞杆铰接，缸筒固定，安装长度1500mm。 二、设计要求
1、液压缸是液压设备的一个组成部分，它与主机关系密切，两者的设计通常需要同时进行。设计中要从实际出发，重视调查研究，注重吸取国内外先进技术，力求做到设计出的系统重量轻、体积小、效率高、工作可靠、结构简单、操作和维护保养方便、经济性好。 2、要求双向往复速度相同。
3、调速性能好且运动速度误差不超过500。
4、设计中各参数的来源及选择应加以说明。 5、要求绘制液压缸装配图。 三、设计任务
1、明确设计要求；
2、计算该液压缸的各部分尺寸（D、d、?、t等）； 3、校验活塞杆的纵向稳定性；
4、选择液压缸各密封处的密封圈、防尘圈、导向套长度、油口尺寸、缓冲、排气装置的规格、形式；
5、绘制该液压缸的结构图及标注技术要求（缸筒、活塞、活塞杆、导向套等）。 编写技术文件（参见附件2）。包括：（1）设计任务书，计算书和使用说明书；（零、部件目录表、标准件、通用件和易损件总表等）。 四、液压缸主要尺寸的确定
液压缸的主要尺寸是指缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L等。根据液压缸的负载、运动速度、行程长度和选取的工作压力，即可将上述尺寸确定。 1、 液压缸内径和活塞直径的确定
（1）根据液压缸最大负载F和选取的工作压力P确定缸筒内径和活塞杆直径的。液压缸负载F的公式是
53F?PA?cm
2式中A：液压缸的有效工作压力m??，对无杆腔
A??D2/4,对有杆腔
A???D2?d2?/4；
Pa）P：作用，对无背压力时，P为系统工作压力，当有背压力
时，P为系统工作压力与背压力之差。
?4D2P1?F??4(D2?d2)p2?Ffc
无杆腔：D?4FF37000?1.13?1.13?0.1m 6?P?cmP?cm4.8?10?0.9 1
有杆腔：D?4F4?370002?d2??d?0.115m，取125 6?P?cm3.14?4.8?10?0.9F?FW?Ff?25000?12?103?37000
式中Fw：工作负载Fw=25000N
Ff导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动时为动摩擦阻力。Ff=12?103N
（2）我们选择的液压设备为机床中的组合机床工作压力为3~5MPa a,取P?5MP5背压力P2?2?10Pa
p1?p?p2?5?106pa?2?105pa?4.8?106pa
A?FP?cm?37000?8.56?10?3m2 64.8?10?0.9?cm为液压缸的机械效率，?cm=0.9
活塞杆直径d?0.5D?0.5?0.1?0.05?50mm，取63mm 活塞长度?(0.6~1)D我们取1，1?125mm?125mm
活塞杆导向长度?(0.6~1.5)d我们取1.5，1.5?63mm?94.6mm 2、按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由A?qmin可得 vminqmin0.05?1032 A??cm?0.83cm2
vmin60式中qmin是由机械制造手册查得CE系列调速阀AQF3-E10B的最小稳定流量为
0.05L/min .液压缸有杆腔的实际面积为；A??D?42?d2???12.5?42?6.32?cm2?91.5cm2
可见上述不等式满足，液压缸能达到所需低速。
3、计算在各工作阶段液压缸所需的流量
q快进?q工进?q慢退??4d2v快进?D2v工进??4??6.3?10?2??6m3/min?18.7L/min
2?4?4?0.1252?0.6m3/min?7.36L/min
?4(D2?d2)v慢退??4??0.1252?0.0632??0.6m3/min?5.5L/min
2
q快退??4(D2?d2)v快退??4??0.1252?0.0632??6m3/min?54.9L/min
125?10液压缸采用薄壁圆筒公式计算 54、液压缸壁厚和外径的计算
液压缸的内径D与其壁厚?的比值D/?=
??pyD2????7.5?0.125mm?4.7mm
2?100式中?：液压缸壁厚（m）
D：液压缸内径（m）
py：实验压力，一般取最大工作压力的（1.25~1.5）倍MPa
???：缸筒材料的许用应力。取铸钢：???=100~110MPa
液压缸缸筒壁厚算出后，即可求出缸筒外径D1为： D1?D?2?=125+10=135mm
式中D1值应按无缝钢管标准，按有关标准圆整为标准值。 5、缸盖壁厚的确定
无孔时 t?0.433D2py????0.433?0.13?7.5?15.4mm 100有孔时 t?0.433D2D2py???(D2?d0)?0.433?0.13?7.5?0.13?21.5mm
100?(0.13?0.063)式中t：缸盖有效厚度（mm） D2：缸盖止口内径（mm） d0：缸盖孔的直径（mm）
6、液压缸工作行程的确定
由液压缸的长度以及液压缸壁厚等可知液压缸工作行程l=1250mm 7、最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此时间时必须保证有一定的最小导向长度。
对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求
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H?LD1250125????250mm 202202式中L：液压缸最大行程 D：液压缸内径
活塞的宽度B一般取B=（0.6~1.0）D;B=125mm。缸盖滑动支承面的长度l1，根据液压缸内径D而定；
当D?80mm时，取l1=（0.6~1.0）d,取D=50mm 8、活塞杆稳定性的验算
当液压缸支承长度LB?(10~15)时，必须考虑活塞杆弯曲稳定性进行验算。因为
LB??10~15?d所以不需进行验算
五、液压缸的结构设计
液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的结构、活塞杆与活塞的结构、活塞杆导向结构、密封装置、缓冲装置、排气装置、及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。 1、缸体与缸盖的连接形式
缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。 连接方式 结构形式图例 优 缺 点 优点： （1） 结构简单、成本低 （2） 容易加工、便于拆装 （3） 强度较大、承承受高压 缺点： （1） 径向尺寸较大 （2） 重量比螺纹连接的大；缸体为钢管时，用拉杆连接的重量也较大 （3） 用钢管焊上法兰、工艺过程复杂些 法兰连接 2、 活塞杆与活塞的连接结构 连接形式 结构形式图例 特 点 半环连接 结构简单，拆装方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应用在压力高、负载大、有振动的场合
3、 活塞杆导向部分的结构
活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成端盖分开的导向套结构。后者
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导向套磨损后便于更换，所以应用较普通。导向套的位置可以安装在密封圈的内侧，也可以装在外测。机床和工程机械中一般采用装在内测的结构，有利于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。
活塞杆出的密封形式有O形、V形、Y形和Yx形密封圈。为了清除活塞杆处外露部分粘附的灰尘，保证油液清洁及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈。常用的有无骨架防尘圈和，J形防尘圈，也可用毛毡圈防尘。 结构形式 结构简图 特 点 （1）端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个端盖 （2）盖与杆的密封常用O形、端盖直接导向 V形、Y形和Yx形密封圈 （3）防尘圈用无骨架的防尘圈 4、 活塞及活塞杆处密封圈的选用
活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封的部位、使用压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。
密封部位 类型 活塞用 活塞杆用 截面简图 材料 压力范围温度范围摩速度范擦/围（m/s） 泄露 (MPa) (?C) 用途 NBR O型圈 √ √ FPM ?13~?130 ?6 ?15~?180 ?0.5 中/低 通用 5、 液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量较大，运动速度较高，则在到达行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞浴缸筒端盖之间产生机械碰撞。为防止这种现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。 （1）环状间隙式节流缓冲装置
如图所示，活塞端部的缓冲柱塞1向端盖3方向运动进入圆柱形油腔2时，将封闭在柱塞与端盖间的油液从环状间隙中挤出去。由于间隙很小，因而起节流缓冲作用。适用于运动惯性不大、运动速度不高的液压系统。
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