基于ANSYS的液压扳手有限元分析

　　1 工作原理

　　液压扳手机构由液压泵驱动，使液压缸中的活塞杆做往复直线运动，活塞杆相铰接的摇臂上装有棘轮。 前进时由高压油液推动活塞，活塞带动推拉杆。推拉杆通过销轴与摇臂铰接在一起，由摇臂带动棘轮旋转。 而后退时，由于棘轮的作用，使螺母朝一个力一向旋转，从而实现螺纹的预紧作用。

　　2 主要零部件强度分析

　　液压扳手主要由油缸、活塞、推拉杆、摇臂、驱动轴 5 个零部件组成。 分别对这 5 个零部件进行强度校核。

　　2.1 油缸

　　(1)建立几何模型

　　把在 Solidworks 环境下生成的油缸的 3-D 模型导入 ANSYS8.0。

　　(2)定义材料属性

　　选择各向同性材料。 已给定材料为 40CrMo，由机械手册知，该材料的弹性模量 E=202 GPa，泊松比μ=0.3，密度 ρ=7.9 g/m3。

　　(3)定义单元类型

　　设定 3-D10 节点结构实体模型 Solid92。将输入实体划分为 16 205 个节点， 9 479 个单元。

　　(4)划分有限元网格

　　用自适应网格划分，设定其精度等级为 6。

　　(5)施加约束及载荷

　　油缸所受的力为均布在其圆柱面上的 p=65MPa 的高压油。该力的大小 Fg=2 πrhp=1 690 805 N其约束为固定端面约束。

　　(6)显示 Von Mises 应力 (见图 1)

　　(7)分析结果

　　内表面的应力值远大于外表面上应力值。 油缸的最大应力区是在刚体内侧与底部交接处。 由于在油压的作用下，缸壁径向位移较大，而缸底为固定端，所以油缸的变形呈微喇叭状。 缸的 Von Mises 应力在 2 728～0.731×107Pa， 应力值远远小于其许用应力。

　　2.2 活塞

　　(1)建立几何模型(与 2.1(1)相同)

　　(2)定义材料属性(与 2.1(2)相同)

　　(3)定义单元类型

　　设定 3-D10 节点结构实体模型 Solid92。将输入实体划分为 71 754 个节点，46 586 个单元。

　　(4)划分有限元网格

　　采用自适应网格划分，设定其精度等级为 5。

　　(5)施加约束及载荷

　　当活塞处于工作状态时，高压油液作用在其端面。 其大小

　　其约束为固定端约束。

　　(6)显示 Von Mises 应力(见图 2)

　　(7)分析结果

　　活塞的应力值在 4.081～0.284×107Pa，大部分应力值在 4.081～315 763 Pa，小于其许用应力。 具有一定的冗度。

　　2.3 推拉杆

　　(1)建立几何模型(与 2.1(1)相同)

　　(2)定义材料属性(与 2.1(2)相同)

　　(3)定义单元类型

　　设定 3-D10 节点结构实体模型 Solid92。将输入实体划分为 17 841 个节点，12 192 个单元。