法蘭支承液壓缸法蘭區(qū)過渡形線的研究.pdf

1、液壓機(jī)作為一種重要的鍛壓設(shè)備在機(jī)械制造行業(yè)中占有重要地位，液壓缸是液壓機(jī)中的關(guān)鍵部件之一，以液壓缸的法蘭表面作為支承面的液壓缸是各種液壓機(jī)中采用最多的結(jié)構(gòu)形式。其缸底及法蘭均承受彎矩，特別是法蘭過渡區(qū)應(yīng)力集中表現(xiàn)得相當(dāng)明顯。液壓缸的失效形式多數(shù)是疲勞破壞，主要是法蘭過渡區(qū)產(chǎn)生疲勞裂紋。當(dāng)然，這與實(shí)際的制造、安裝及使用不當(dāng)有關(guān)，但從設(shè)計(jì)方面考慮，關(guān)鍵在于過渡形線的好壞。 本文對液壓缸的法蘭過渡區(qū)的過渡形線進(jìn)行形狀優(yōu)化。首先，通過對

2、液壓缸破壞原因的探討，法蘭過渡區(qū)過渡形線現(xiàn)狀的分析，作者研究了法蘭過渡區(qū)降低應(yīng)力集中的方法。作者在此基礎(chǔ)上提出了兩種新穎的過渡形線：內(nèi)斜直線與圓弧組合過渡形線和內(nèi)凹雙圓弧過渡形線；并對此兩種新穎的過渡形線進(jìn)行了介紹。其次，運(yùn)用彈性力學(xué)理論、環(huán)殼聯(lián)解法編寫了計(jì)算法蘭支承液壓缸應(yīng)力的人機(jī)交互程序，并對現(xiàn)在常用的圓弧過渡形線和外斜直線與圓弧組合的過渡形線進(jìn)行了計(jì)算分析。對內(nèi)斜直線與圓弧組合過渡形線和內(nèi)凹雙圓弧過渡形線，進(jìn)行了幾何尺寸的計(jì)算、設(shè)

3、計(jì)和分析。通過運(yùn)用彈性力學(xué)理論的環(huán)殼聯(lián)解法對上述四種過渡形線進(jìn)行了較全面的比較、分析，作者認(rèn)為內(nèi)斜直線與圓弧組合過渡形線和內(nèi)凹雙圓弧過渡形線優(yōu)于單圓弧過渡形線和外斜直線與圓弧組合的過渡形線。第三，作者運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對采用四種過渡形線的液壓缸進(jìn)行仿真分析。在分析過程中使用了三維等參元Solid186對液壓缸模型進(jìn)行了計(jì)算，然后再采用軸對稱單元Plane82對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證?；趦煞N單元計(jì)算結(jié)果的一致，可以確認(rèn)采用兩種新過

4、渡形線液壓缸的Von Mises應(yīng)力較小，應(yīng)力集中區(qū)也相對減少，其應(yīng)力分布狀況明顯優(yōu)于現(xiàn)有的采用其他過渡形線的液壓缸。第四，通過ANSYS軟件的Design Opt模塊以液壓缸的總體積為目標(biāo)函數(shù)，以四種過渡形線的幾何控制參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以液壓缸過渡區(qū)的最大Von Mises應(yīng)力為狀態(tài)變量分別進(jìn)行了一系列的優(yōu)化工作，得到了最優(yōu)解。通過對過渡形線的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析，作者提出了各過渡形線主要參數(shù)的取值范圍，以便于工程技術(shù)人員參考。經(jīng)過對四種過