液压缸设计首先应掌握原始资料和设计依据，包括：主机的用途和工作条出：工作机构的结构特点、载荷工况、行程大小和动作要求；液压系统所选用的工作力和流量；材料、附件和加工工艺的现实情况；国家有关标准和规范等。
液压缸的内部结构和零件组成如图 26-112 和图 26-113 所示。
与其他液压元件相比，液压工程师发现液压缸的结构原理、计算和设计相对简单。力和速度的计算可根据第 26.7.1 节提供的公式进行。液压缸的主要尺寸包括缸径、活塞缸直径、缸长和缸壁厚度。不过，要获得性能合格的液压缸，必须注意细节。
液压缸设计遵循以下原则：满足工作条件和安装要求；②满足力、行程、速度要求；③零部件有足够的强度、刚度，满足使用寿命和可靠性要求；④密封可靠：充分考虑零部件加工和装配工艺；⑤安装、维修方便；⑦液压缸性价比高；⑧轻量化设计；⑨标准化设计。
设计中注意到以下几点：
(1) 液压缸类型选择
负载的特性和需求决定了液压缸的类型。虽然人们通常更多使用双作用油缸，但当存在自重、外部负载或弹簧力时，也可以使用单作用油缸来减少油管。这种设置可以借用现有的力。当需要以较短的安装长度实现较长的工作冲程时，可考虑使用多级伸缩式油缸或增加一个可放大冲程的倍增机构。要获得较长的冲程，需要较粗的活塞杆。还可以在油缸上安装止动套，以提高纵向抗弯强度。对于气缸筒的结构，一般机械设备通常采用拉杆式或螺纹式。相比之下，冶金工业、锻造机械和其他重型应用以及高压大直径气缸通常采用焊接结构。
(2) 计算并确定基本结构参数
根据液压缸遇到的外力，确定液压缸在冲程不同阶段的负载变化。这些外力包括重力、身体外部运动产生的摩擦力、惯性和工作负载。此外，您还必须提供这些条件下的功率值。
根据液压缸的工作负荷和选定的流体工作压力，确定活塞和活塞杆的直径。为此，您需要遵循国家标准。
根据液压缸的运动速度以及活塞和活塞杆的直径来确定液压泵的流量。
选择气缸材料并计算气缸外径。
选择气缸盖的结构形式，并计算气缸盖与气缸筒之间的连接强度。
液压缸行程的选择取决于负载的移动距离。
(3）液压缸活塞杆导向长度（见图 26-114）、稳定性和纵向弯曲强度
液压缸筒长 L 的计算公式如下
L=l+B+A+M+C (26-20)
式中 l - 活塞的最大工作冲程。
B-活塞长度，一般为（0.6~1）D（DB-80mm）；
A - 活塞杆导向长度，取 (0.6~1.5)D(D80mm) 。
M-活塞杆密封长度，由密封方法决定；
C - 其他长度。
建议的最低指导要求 H>l/20 或 H=D/2。气缸筒的长度最好不超过内径的 20 倍。
活塞杆导向长度 A 不能太小，否则会增加液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度），影响液压缸的稳定性。导向套筒的长度一般取决于液压缸的尺寸以及活塞杆密封件的类型和用途。其长度应大于活塞杆直径的 0.6 倍。这样可确保活塞杆有足够的稳定性。请参考图 26-114。
活塞杆应具有良好的稳定性，尽量使活塞杆在拉伸状态下承受最大负荷。
高速和长行程液压缸的导套应采用特殊结构。对于速度大于 1000 mm/s、冲程大于或等于 4000 mm 的液压缸，由于高速作用，可能会出现局部过热。这种过热会导致导套严重磨损。此外，还会出现金属粉末。这就要求对导套表面进行强制润滑。此外，我们还必须对活塞杆表面进行高频淬火和其他特殊处理。此外，我们还可以考虑使用静压轴承。
当阻力作用在活塞杆上时，必须确保活塞杆直径足够大，以承受气缸施加的负载和应力。同时，必须避免出现大的偏差。当纵向弯曲强度不足时，滑动面的摩擦等会对导向套和活塞造成较大的偏转载荷，导致卡死、爬行和密封件异常磨损等问题。防止纵向弯曲所需的额外强度取决于冲程和枢轴连接方式。
由于活塞杆较细，应进行纵向弯曲强度检查和液压缸稳定性计算。
(4) 液压缸安装方法
安装方法应基于负载特性和运动形式。关键是要确保液压缸沿动作方向受力。此外，液压缸不应承受径向负载。
法兰安装提供高强度中心线支撑。长气缸的自由端可能需要额外的支撑以防止下垂。此外，安装螺栓时应注意避免剪切力。
(5) 带有内部缓冲制动装置和新缓冲装置的液压缸
由于缓冲区产生的冲击压力，重载高速动作有时会损坏机械装置或液压缸。当油缸速度超过 200 m/s 且运动质量较大时，应使用制动结构（见图 26-115）。该制动结构应靠近活塞行程的末端。该结构可使活塞逐渐减速，防止活塞撞击气缸盖。如果仅靠气缸内的缓冲装置无法吸收所有惯性能量，还必须考虑液压回路的减速措施。
图 26-115 所示的各种缓冲结构中，抛物线缓冲效果最好（见图 26-115a），但需要数控机床加工，成本较高，而图 26-115b 所示的节流槽形状由铣床加工而成，方便简单，应用较多。阶梯式缓冲器（见图 26-115c）通常会产生一个压力峰值。该压力峰值小于恒定节流阀圆柱形缓冲器的一半。
基于这一特性，阶梯式缓冲器常用于液压缸的无杆腔。双锥形缓冲器（见图 26-115e）比锥形缓冲器（见图 26-115d）性能更好，工程师经常将其用于挖掘机液压缸中。多孔缸体和多孔柱塞缓冲器（见图 26-115f、h）可达到近似理想抛物线水平的缓冲效果。图 26-116a 显示了液压缸缓冲器的具体结构。传统的液压缸缓冲器结构非常常见。
新型可变节流缓冲结构目前有多种，包括恒定节流或可变节流缓冲结构（见图 26-116b、c 和浮动衬套自调节流量式缓冲结构（见图 26-116d）等。
在图 26-116b 所示的恒定节流缓冲结构中，活塞向气缸盖移动。在卡环和锥形弹簧的作用下，缓冲块也随着活塞向气缸盖移动。当缓冲块与气缸盖平面复合时，在无杆腔内形成一个缓冲油腔。节流孔将封闭的油排出，从而实现恒定的节流缓冲。图 26-116c 所示的可变节流阀缓冲器结构改进了恒定节流阀缓冲器结构。它通过在缓冲块的进油管上安装小孔来实现。这种设计允许随着活塞向气缸盖移动而改变节流面积。它通过改变节流孔的数量来实现可变节流。
新型节流型缓冲装置采用锥形弹簧和恒定（可变）节流缓冲结构。与圆柱形弹簧相比，锥形弹簧具有更高的横向稳定性。振动频率为可变值，可防止共振现象。这种设计可避免压力脉冲和缓冲室压力峰值过高。它能确保压力逐渐变化。这种结构节省了传统缓冲柱塞的横向尺寸。它还能减少缓冲行程。结构简单，成本低。同时，液压缸进出油的反向运动正常进行。
(6）液压缸的排气问题
空气侵入液压缸通常会导致液压缸在运动过程中晃动或爬行。要解决这个问题，可增加排气装置或快速移动液压缸至最大行程，强行排出空气。然而，液压缸中的气体并不是造成爬行现象的唯一原因。将液压缸安装在不平行的导轨上也会导致爬行。这是因为不平行的导轨会产生较大的阻力。在这种情况下，应调整或重新安装液压缸。
(7) 油口流速
油口流速不应超过 7 米/秒，以免压力损失过大影响气缸输出功率。
(3) 密封材料的选择
密封要考虑材料与油的相容性、适用温度、速度范围和防尘等装置。
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