CN105298973B - 一种液压油缸的设计方法及液压油缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压油缸的设计方法及液压油缸，包括：确定液压油缸整体的可靠度R；确定液压油缸的各零件的许用可靠度R_n、强度储备系数n和可靠度指数[z]；计算应力分布参数μ_r、σ_r或强度分布参数μ_S、σ_S；基于可靠度指数[z]和强度储备系数n，并根据强度‑应力干涉模型计算应力均值μ_S或μ_r；基于均值μ_S或μ_r并根据均值μ_S或μ_r和液压油缸的零件尺寸的关系，确定液压油缸零件相应的结构尺寸。本发明的设计方法及液压油缸，不考虑安全系数的选取问题，考虑强度、应力的随机性，并应用强度应力干涉模型确定出液压油缸需要设计的结构尺寸、计算液压油缸的可靠度，具有可靠度高、安全程度较高的特点，并能够节约成本、提高产品的质量，使液压油缸有满足使用要求的安全效果。

Description

一种液压油缸的设计方法及液压油缸

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种液压油缸的设计方法及液压油缸。

背景技术

目前，液压油缸的常规设计一般都是基于最劣条件分析的设计方法。假设强度最小和载荷最大同时发生，两者间的比值即为安全系数。安全系数的选取一般是根据长期的实践经验定出。

(1)通过如下缸筒强度计算公式求解缸筒壁厚δ：

上述公式中的参数为：F_max：液压油缸最大推力；D：液压油缸缸筒内径；P_t：液压油缸的最大工作压力；δ：液压油缸缸筒壁厚；σ_s：液压油缸缸筒材料的屈服应力；[σ]：液压油缸缸筒材料的许用应力；n：液压油缸缸筒材料的安全系数，通常取3－5，一般根据经验选取。

联立式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)可得出缸筒壁厚δ：

(2)通过如下活塞杆稳定性计算公式求解活塞杆内径d1：

上述公式中的参数为：E：液压油缸活塞杆材料的弹性模量；d：液压油缸活塞杆外径；d₁：液压油缸活塞杆内径；I：液压油缸活塞杆惯性矩；l：液压油缸活塞杆长度；F_max：液压油缸最大推力；n：稳定性安全系数，通常取2－4，一般根据经验选取。

联立式(4-4)、式(4-5)、式(4-6)便能求出活塞杆内径d₁。

(3)结构件强度计算：以液压油缸缸底强度计算为例说明液压油缸结构件的设计。通过缸底强度计算公式求解缸底厚度δ₁。

上述公式中的参数为：D₁：为液压油缸缸底计算厚度外直径；δ₁：液压油缸缸底厚度；F_max：液压油缸最大推力；D：液压油缸缸筒内径；P_t：液压油缸的最大工作压力；σ_s：液压油缸缸底材料的屈服应力；[σ]：液压油缸缸底材料的许用应力；n：液压油缸缸筒材料的安全系数，通常取2－4，一般根据经验选取。

联立式(4-7)、式(4-8)、式(4-9)便能求出缸底厚度δ₁。

(4)焊缝强度计算：液压油缸焊缝主要有对接焊缝和搭接焊缝，以缸筒和缸底之间的对接焊缝为例说明液压油缸焊接设计。通过焊接强度计算公式求解焊缝底经d₂。

上述公式中的参数为：σ：液压油缸焊缝应力；D₂：液压油缸缸筒外径；d₂：液压油缸焊缝底径；F_max：液压油缸最大推力；η：焊接效率，取η＝0.7。σ_s：液压油缸焊缝的屈服应力；[σ]：液压油缸焊缝的许用应力；n：液压油缸焊缝的安全系数，通常取3－5，一般根据经验选取。

联立式(4-10)、式(4-11)便能求出焊缝底经d₂：

由上述的设计方法可以得出，目前的液压油缸的常规设计一般都是基于最劣条件分析的设计方法。假设强度最小和载荷最大同时发生，两者间的比值即为安全系数。由于对设计参数的统计规律缺乏了解，所以在设计时从安全角度考虑，有可能安全系数选取偏大，导致结构尺寸偏大，引起材料的增加及成本的提高。液压油缸的常规设计方法存在如下不足之处：

(1)安全系数根据长期的实践经验定出，一般较为保守，容易造成材料的浪费；

(2)没有考虑液压油缸的强度、所受压力、尺寸稳定性等各参数的不确定性引起的误差；

(3)计算的安全系数没有反映出液压油缸的可靠度。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种液压油缸的设计方法，应用强度应力干涉模型确定出液压油缸的结构尺寸。

一种液压油缸的设计方法，包括：确定液压油缸整体的可靠度R；确定液压油缸的各零件的许用可靠度R_n、强度储备系数n和可靠度指数[z]；计算应力分布参数μ_r、σ_r或强度分布参数μ_S、σ_S；其中，基于所述可靠度指数[z]和强度储备系数n，并根据强度-应力干涉模型计算应力均值μ_S或μ_r；基于所述均值μ_S或μ_r并根据所述均值μ_S或μ_r和液压油缸的零件尺寸的关系，确定液压油缸零件相应的结构尺寸。

根据发明的一个实施例，进一步的，所述液压油缸的零件包括：缸筒和活塞；所述强度-应力干涉模型为：其中，z为可靠性指数，μ_S为应力均值，μ_r为强度均值，σ_S为应力标准差，σ_r为强度标准差，为应力交变系数，为强度交变系数，n为强度储备系数。(公式显示不全，注意行间距的调整)

根据发明的一个实施例，进一步的，液压油缸的缸筒壁厚均值μ_δ满足：μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；μ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均值；基于强度-应力干涉模型计算缸筒壁厚均值μ_δ；其中，σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均方差；μ_r为缸筒材料的屈服强度均值；σ_r为缸筒材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

根据发明的一个实施例，进一步的，活塞杆的内径均值μ_d1满足：E为液压油缸活塞杆材料的弹性模量；μ_l为液压油缸活塞杆长度的均值；基于强度-应力干涉模型计算活塞杆的内径均值μ_d1；其中，E为液压油缸活塞杆材料的弹性模量；σ_l为液压油缸活塞杆长度的均方差；σ_d为液压油缸活塞杆外径的均方差；σ_d1为液压油缸活塞杆内径的均方差；μ_F为液压油缸系列载荷的均值:F_i为液压油缸系列载荷；K_i为液压油缸载荷F_i出现的概率；σ_F为液压油缸系列载荷的标准差:

根据发明的一个实施例，进一步的，液压油缸缸底厚度的均值μ_δ1满足：μ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均值；μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；基于强度-应力干涉模型计算液压油缸缸底厚度的均值μ_δ1；其中，缸底应力的均方差：σ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ1为液压油缸缸底壁厚的均方差；μ_r为缸底材料的屈服强度均值；σ_r为缸底材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

根据发明的一个实施例，进一步的，液压油缸缸筒和缸底之间的对接焊缝底径的均值μ_d2满足：μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D2为液压油缸缸筒外径的均值；基于强度-应力干涉模型计算对接焊缝底径的均值μ_d2；其中，焊缝应力的均值：σ_D2为液压油缸缸筒外径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_d2为液压油缸焊缝底径的均方差；μ_r为焊缝材料的屈服强度均值；σ_r为焊缝材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

本发明要解决的一个技术问题是提供一种液压油缸，液压油缸的结构尺寸满足应用强度应力干涉模型。

一种液压油缸，包括：缸筒和活塞；缸筒壁厚均值μ_δ满足强度-应力干涉模型其中μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；μ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均值；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均方差；μ_r为缸筒材料的屈服强度均值；σ_r为缸筒材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

根据发明的一个实施例，进一步的，活塞杆的内径均值μ_d1满足强度-应力干涉模型其中，E为液压油缸活塞杆材料的弹性模量；μ_l为液压油缸活塞杆长度的均值，σ_l为液压油缸活塞杆长度的均方差；σ_d为液压油缸活塞杆外径的均方差；σ_d1为液压油缸活塞杆内径的均方差；μ_F为液压油缸系列载荷的均值:F_i为液压油缸系列载荷；K_i为液压油缸载荷F_i出现的概率；σ_F为液压油缸系列载荷的标准差:

根据发明的一个实施例，进一步的，液压油缸缸底厚度的均值μ_δ1满足强度-应力干涉模型其中，μ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均值；μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；缸底应力的均方差：σ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ1为液压油缸缸底壁厚的均方差；μ_r为缸底材料的屈服强度均值；σ_r为缸底材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

根据发明的一个实施例，进一步的，液压油缸缸筒和缸底之间的对接焊缝底径的均值μ_d2满足强度-应力干涉模型其中，μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D2为液压油缸缸筒外径的均值；焊缝应力的均值σ_D2为液压油缸缸筒外径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_d2为液压油缸焊缝底径的均方差；μ_r为焊缝材料的屈服强度均值；σ_r为焊缝材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

本发明的液压油缸的设计方法及液压油缸，不考虑安全系数的选取问题，考虑强度、应力的随机性并应用强度应力干涉模型确定出液压油缸需要设计的结构尺寸、计算出液压油缸的可靠度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为强度-应力干涉模型的示意图；

图2为根据本发明的液压油缸的设计方法的一个实施例的流程示意图；

图3为根据本发明的液压油缸的设计方法的另一个实施例的流程示意图；

图4为根据本发明的液压油缸的一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合各个图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

在机械产品中，影响应力的主要因素有承受的外载荷、结构的几何形状和尺寸、材料的物理性质等。影响强度的主要因素有材料的机械性能、工艺方法和使用环境等。广义的应力是引起失效的负荷，强度是抵抗失效的能力。由于影响应力和强度的因素具有随机性，所以应力和强度具有分散特性。

在机械产品中，零件(部件)是正常还是失效决定于强度和应力的关系。当零件(部件)的强度大于应力时，其能够正常工作，当零件(部件)的强度小于应力时，其发生失效。因此，要求零件(部件)在规定的条件下和规定的时间内能够承载，必须满足以下条件：

S-r>0；

S：零件(部件)的强度；r：零件(部件)的应力。

强度应力干涉模型如图1所示，强度和应力都为随即变量，其分布规律可能为对数分布、指数分布、伽玛分布、正态分布及其它分布，本发明假设其服从正态分布。

由图1可知，(1)当强度和应力的标准差σ_r和σ_S一定时，提高μ_r-μ_S或就会提高可靠度；(2)当应力和强度的均值μ_S和μ_r一定时，降低它们的标准差σ_S和σ_r可以提高可靠度；(3)干涉区(阴影部分)反映不可靠度的大小。

由强度-应力干涉模型理论得到可靠度

其中，z为可靠性指数，与可靠度一一对应。

式中，μ_S为应力均值，μ_r为强度均值，σ_S为应力标准差，σ_r为强度标准差，为应力交变系数，为强度交变系数。

对于相对重要而且工作环境恶劣、承受应力复杂的设备,考虑到决定载荷及应力等现行计算方法具有一定的误差,为了使零件具有一定的强度储备,可以把零件工作应力的均值扩大n倍作为零件受力时的极限状态,n称为强度储备系数。该系数不是常规设计中的安全系数。

机械零件可靠度设计中要可靠性指数小于一定值，即可保证机械零件的可靠度满足使用条件。

图2为根据本发明的液压油缸的设计方法的一个实施例的流程示意图；如图2所示：

步骤101，确定液压油缸整体的可靠度R；

步骤102，确定液压油缸的各零件的许用可靠度R_n、强度储备系数n和可靠度指数[z]；

步骤103，计算应力分布参数μ_r、σ_r或强度分布参数μ_S、σ_S；其中，基于所述可靠度指数[z]和强度储备系数n，并根据强度-应力干涉模型计算应力均值μ_S或μ_r；

步骤104，基于所述均值μ_S或μ_r并根据所述均值μ_S或μ_r和液压油缸的零件尺寸的关系，确定液压油缸零件相应的结构尺寸。

本发明的液压油缸的设计方法：确定液压油缸整体可靠度R；确定各零件许用可靠度R_n和强度储备系数n，由R_n值查标准正态分布表，确定可靠度指数[z]；确定应力分布参数μ_r、σ_r或强度分布参数μ_S、σ_S；由可靠度指数[z]、强度储备系数n，根据强度-应力干涉模型计算公式求应力均值μ_S或μ_r；由均值μ_S或μ_r，并根据其和零件尺寸的关系，确定相应的结构尺寸；确定所有需要设计的结构尺寸，完成液压油缸可靠性设计，保证液压油缸的可靠性。

图3为根据本发明的液压油缸的设计方法的另一个实施例的流程示意图，如图3所示：进行液压油缸可靠性设计，液压油缸结构尺寸设计可归纳为四类：缸筒强度计算、稳定性计算、结构件强度计算、焊缝强度计算。

步骤201－204，通过载荷分布、其它随机变量、结构形式的确定或设置，进行应力计算。

步骤206－209，根据设计输入参数，要求液压油缸可靠度为R，即废品率为1-R，以及各个零部件的可靠度，计算可靠度指数。

步骤210－213，根据材料的机械性能、其它随机变量、工艺方法计算各个部件的强度。

步骤205、214，进行应力统计及概率分布、强度统计及概率分布进行结构尺寸的设计。

根据液压油缸设计要求，需要校核缸筒强度、稳定性、焊缝强度、缸底强度等m处左右的可靠性，则每一处可靠性不得低于：

由R_n值查标准正态分布表，确定可靠度指数为[z]。

缸筒强度计算：

液压油缸工作环境存在超载、压力冲击等工况，缸筒强度必须具有一定的强度储备，强度储备系数取为n，n取1－1.25。缸筒强度储备系数建议取1.25。缸筒强度计算中求解量为缸筒壁厚δ。

缸筒应力计算：

公式编号6-，改为2-！！

由式6-1和式6-2可知：

式中：F：液压油缸系列载荷；D：液压油缸缸筒内径；P：液压油缸系列工作压力；δ：液压油缸缸筒壁厚。

缸筒应力均值μ_S为：

式中：μ_F：液压油缸系列载荷的均值；μ_D：液压油缸缸筒内径的均值；μ_δ：液压油缸缸筒壁厚的均值

缸筒应力方差σ_S为：

式中：σ_F：液压油缸系列载荷的均方差；σ_D：液压油缸缸筒内径的均方差，因液压油缸缸筒一般是珩磨或滚刮加工而成的，尺寸一致性较好，均方差取缸筒内径公差的1/3。σ_δ：液压油缸缸筒壁厚的均方差。设计中允许缸筒壁厚的偏差为±m％，缸筒壁厚的均方差为m％×μ_δ。

缸筒材料强度计算：

μ_r为缸筒材料的屈服强度均值。σ_r为缸筒材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。Cr一般取0.04－0.08，考虑到目前我国的材质，建议取高值。

液压油缸缸筒的可靠度为：

将μ_r、σ_r、μ_S、σ_S、n带入式6-3求解得到μ_δ。

液压油缸稳定性计算：

液压油缸工作环境存在超载、压力冲击等工况，液压油缸稳定性必须具有一定的强度储备,强度储备系数取为n，n取1－1.25。稳定性强度储备系数建议取1.25。稳定性计算中求解量为活塞杆内径d₁。

液压油缸的稳定性计算使用广义强度-应力干涉模型，“强度”对应液压油缸的临界力，“应力”对应液压油缸的外载荷。

液压油缸的临界力计算：

联立式6-4、式6-5：

式中：E：液压油缸活塞杆材料的弹性模量；d：液压油缸活塞杆外径；d₁：液压油缸活塞杆内径；I：液压油缸活塞杆惯性矩；l：液压油缸活塞杆长度。

临界应力均值μ_Fk：

式中：μ_l：液压油缸活塞杆长度的均值；μ_d：液压油缸活塞杆外径的均值；μ_d1：液压油缸活塞杆内径的均值

临界应力均方差σ_Fk：

式中：σ_l：液压油缸活塞杆长度的均方差；σ_d：液压油缸活塞杆外径的均方差，因液压油缸活塞一般是磨削或抛光加工而成的，尺寸一致性较好，均方差取活塞杆外径公差的1/3。

σ_d1：液压油缸活塞杆内径的均方差。设计中允许活塞杆壁厚的偏差为±m₁％，因μ_d1＝μ_d-2μ_δ1，则活塞杆内径的均方差为

液压油缸的外载荷计算：

μ_F为液压油缸系列载荷的均值:

式中：F_i：液压油缸系列载荷；K_i：液压油缸载荷F_i出现的概率。

σ_F为液压油缸系列载荷的标准差:

液压油缸稳定性的可靠度为：

将μ_Fk、σ_Fk、μ_F、σ_F、n带入式6-6求解得到μ_d1。

液压油缸结构件强度计算：

液压油缸工作环境存在超载、压力冲击等工况，液压油缸结构强度必须具有一定的强度储备,强度储备系数取为n，n取1－1.25。结构件强度储备系数建议取1。以液压油缸缸底强度计算为例说明液压油缸结构件可靠性计算，缸底强度计算中求解量为缸底厚度δ₁。

缸底应力计算：

联立式6-2和式6-7：

式中：S₁：液压油缸缸筒应力；D₁：为液压油缸缸底计算厚度外直径；δ₁：液压油缸缸底厚度；F：液压油缸系列载荷；D：液压油缸缸筒内径。

缸底应力的均值：

式中：μ_δ1：液压油缸缸底厚度的均值；μ_D1：液压油缸缸底计算厚度外直径的均值；μ_F：液压油缸系列载荷的均值；μ_D：液压油缸缸筒内径的均值。

缸底应力的均方差：

式中：σ_D1：液压油缸缸底计算厚度外直径的均方差，取缸底计算厚度外直径公差的二分之一；σ_F：液压油缸系列载荷的均方差；σ_D：液压油缸缸筒内径的均方差，例如，液压油缸缸筒一般是珩磨或滚刮加工而成的，尺寸一致性较好，均方差取缸筒内径公差的1/3；σ_δ1：液压油缸缸底壁厚的均方差，取缸底厚度公差的1/3。

缸筒材料强度计算：

μ_r为缸底材料的屈服强度均值。

σ_r为缸底材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。Cr一般取0.04～0.08，考虑到目前我国的材质，建议取高值。

液压油缸缸底强度的可靠度为：

将μ_r、σ_r、μ_S1、σ_S1、n带入式6-8求解得到μ_δ1。

焊缝强度计算：

液压油缸工作环境存在超载、压力冲击等工况，液压油缸结构强度必须具有一定的强度储备,强度储备系数取为n，n取1－1.25。焊缝强度储备系数建议取1。液压油缸焊缝主要有对接焊缝和搭接焊缝，本发明以缸筒和缸底之间的对接焊缝为例说明液压油缸焊接可靠性计算，焊接可靠性计算中求解量为焊缝底径d₂。

焊缝应力的计算：

式中：S₂：液压油缸焊缝应力；D₂：为液压油缸缸筒外径；d₂：液压油缸焊缝底径；F：液压油缸系列载荷；η：焊接效率，取η＝0.7。

焊缝应力的均值：

式中：μ_F：液压油缸系列载荷的均值；μ_D2：液压油缸缸筒外径的均值；μ_d2：液压油缸焊缝底径的均值。

焊缝应力的均值：

式中：σ_D2：液压油缸缸筒外径的均方差，设计中允许缸筒壁厚的偏差为±m％，缸筒外径的均方差为2m％×μ_δ；σ_F：液压油缸系列载荷的均方差；σ_d2：液压油缸焊缝底径的均方差，一般取焊缝底径公差的1/3。

焊缝材料强度计算：

μ_r为焊缝材料的屈服强度均值。

σ_r为焊缝材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。Cr一般取0.04～0.08，考虑到目前我国的材质，建议取高值。

液压油缸焊缝强度的可靠度为：

将μ_r、σ_r、μ_S2、σ_S2、n带入式6-9求解得到μ_d2。

图4为本发明提供的一种液压油缸，此液压油杆的各个部件尺寸通过上述的可靠性设计方法进行计算、确定，包括：缸筒1和活塞；活塞包括：活塞头2和活塞杆3。

缸筒壁厚均值μ_δ满足：并且缸筒壁厚均值μ_δ满足强度-应力干涉模型其中μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；μ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均值；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均方差；μ_r为缸筒材料的屈服强度均值；σ_r为缸筒材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

根据发明的一个实施例，进一步的，活塞杆的内径均值μ_d1满足：并且活塞杆的内径均值μ_d1满足强度-应力干涉模型其中，E为液压油缸活塞杆材料的弹性模量；μ_l为液压油缸活塞杆长度的均值，σ_l为液压油缸活塞杆长度的均方差；σ_d为液压油缸活塞杆外径的均方差；σ_d1为液压油缸活塞杆内径的均方差；μ_F为液压油缸系列载荷的均值:F_i为液压油缸系列载荷；K_i为液压油缸载荷F_i出现的概率；σ_F为液压油缸系列载荷的标准差:

根据发明的一个实施例，进一步的，液压油缸缸底厚度的均值μ_δ1满足：并且，液压油缸缸底厚度的均值μ_δ1满足强度-应力干涉模型其中，μ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均值；μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；缸底应力的均方差：σ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ1为液压油缸缸底壁厚的均方差；μ_r为缸底材料的屈服强度均值；σ_r为缸底材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

根据发明的一个实施例，进一步的，液压油缸缸筒和缸底之间的对接焊缝底径的均值μ_d2满足：并且对接焊缝底径的均值μ_d2满足强度-应力干涉模型其中，μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D2为液压油缸缸筒外径的均值；焊缝应力的均值σ_D2为液压油缸缸筒外径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_d2为液压油缸焊缝底径的均方差；μ_r为焊缝材料的屈服强度均值；σ_r为焊缝材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

上述实施例提供的液压油缸的设计方法及液压油缸，不考虑安全系数的选取问题，考虑强度、应力的随机性并应用强度应力干涉模型确定出液压油缸需要设计的结构尺寸、计算出液压油缸的可靠度，具有可靠度高、安全程度较高的特点，并能够节约成本、提高产品的质量，使液压油缸有满足使用要求的安全效果。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种液压油缸的设计方法，其特征在于，包括：

确定液压油缸整体的可靠度R；

确定液压油缸的各零件的许用可靠度R_n、强度储备系数n和可靠度指数[z]；

计算应力分布参数μ_r、σ_r或强度分布参数μ_S、σ_S；其中，基于所述可靠度指数[z]和强度储备系数n，并根据强度-应力干涉模型计算应力均值μ_S或μ_r；

基于所述均值μ_S或μ_r并根据所述均值μ_S或μ_r和液压油缸的零件尺寸的关系，确定液压油缸零件相应的结构尺寸；

其中，所述液压油缸的零件包括：缸筒，缸筒的壁厚均值μ_δ满足其中，z为可靠性指数，μ_S为应力均值，μ_r为强度均值，σ_S为应力标准差，σ_r为强度标准差，为应力交变系数，为强度交变系数，n为强度储备系数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述液压油缸的零件还包括：活塞。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

液压油缸的缸筒壁厚均值μ_δ满足：μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；μ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均值；

其中，σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均方差；μ_r为缸筒材料的屈服强度均值；σ_r为缸筒材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

活塞杆的内径均值μ_d1满足：E为液压油缸活塞杆材料的弹性模量；μ_l为液压油缸活塞杆长度的均值；

基于强度-应力干涉模型计算活塞杆的内径均值μ_d1；

其中，E为液压油缸活塞杆材料的弹性模量；σ_l为液压油缸活塞杆长度的均方差；σ_d为液压油缸活塞杆外径的均方差；σ_d1为液压油缸活塞杆内径的均方差；μ_F为液压油缸系列载荷的均值:F_i为液压油缸系列载荷；K_i为液压油缸载荷F_i出现的概率；σ_F为液压油缸系列载荷的标准差:

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

液压油缸缸底厚度的均值μ_δ1满足：μ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均值；μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；

基于强度-应力干涉模型计算液压油缸缸底厚度的均值μ_δ1；

其中，缸底应力的均方差：σ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ1为液压油缸缸底壁厚的均方差；μ_r为缸底材料的屈服强度均值；σ_r为缸底材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

液压油缸缸筒和缸底之间的对接焊缝底径的均值μ_d2满足：μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D2为液压油缸缸筒外径的均值；

基于强度-应力干涉模型计算对接焊缝底径的均值μ_d2；

其中，焊缝应力的均值：

σ_D2为液压油缸缸筒外径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_d2为液压油缸焊缝底径的均方差；μ_r为焊缝材料的屈服强度均值；σ_r为焊缝材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

7.一种液压油缸，其特征在于，包括：

缸筒和活塞；

缸筒的壁厚均值μ_δ满足强度-应力干涉模型

其中，μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；μ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均值；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ为液压油缸缸筒壁厚的均方差；μ_r为缸筒材料的屈服强度均值；σ_r为缸筒材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

8.如权利要求7所述的液压油缸，其特征在于：

活塞杆的内径均值μ_d1满足强度-应力干涉模型

其中，E为液压油缸活塞杆材料的弹性模量；μ_l为液压油缸活塞杆长度的均值，σ_l为液压油缸活塞杆长度的均方差；σ_d为液压油缸活塞杆外径的均方差；σ_d1为液压油缸活塞杆内径的均方差；μ_F为液压油缸系列载荷的均值:F_i为液压油缸系列载荷；K_i为液压油缸载荷F_i出现的概率；σ_F为液压油缸系列载荷的标准差:

9.如权利要求7所述的液压油缸，其特征在于：

液压油缸缸底厚度的均值μ_δ1满足强度-应力干涉模型

其中，μ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均值；μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D为液压油缸缸筒内径的均值；缸底应力的均方差：

σ_D1为液压油缸缸底计算厚度外直径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_D为液压油缸缸筒内径的均方差；σ_δ1为液压油缸缸底壁厚的均方差；μ_r为缸底材料的屈服强度均值；σ_r为缸底材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。

10.如权利要求7所述的液压油缸，其特征在于：

液压油缸缸筒和缸底之间的对接焊缝底径的均值μ_d2满足强度-应力干涉模型

其中，μ_F为液压油缸系列载荷的均值；μ_D2为液压油缸缸筒外径的均值；焊缝应力的均值σ_D2为液压油缸缸筒外径的均方差；σ_F为液压油缸系列载荷的均方差；σ_d2为液压油缸焊缝底径的均方差；μ_r为焊缝材料的屈服强度均值；σ_r为焊缝材料的屈服强度标准差，σ_r＝C_rμ_r。