碧波液压网 欢迎你,游客。 登录 注册

液压缸结构设计的有限元法

版权信息:站内文章仅供学习与参考,如触及到您的版权信息,请与本站联系。
液压导航网

  0 引言

  液压缸是液压机的关键部件,其设计质量的好坏直接影响主机的工作性能和使用寿命,特别是大型液压机的主液压缸,造价约数十万元,如果设计不当,过早失效将造成较大的经济损失。因此采用现代设计方法对液压缸进行结构设计,对提高使用寿命,增加经济效益具有重要意义。

  液压缸受力情况可以分为三部分:缸底、法兰和中间厚壁圆筒,如图1所示。理论分析和应力测定表明,只有在和法兰支承表面及缸底内表面距离各为1.5R(R为液压缸外半径)的缸筒中段,才可以按厚壁圆筒公式进行强度计算,而在其他部分,因分别受到缸底与法兰部分弯曲力矩的影响,不能用一般的厚壁圆筒公式来计算[1]。

  本文采用有限元方法对3MN液压机使用中过早出现失效的工作缸进行分析计算,得到详细的应力、应变分布云图及应力集中和最大变形的位置。根据分析结果,优化设计方案,并对优化后的方案重新进行数值模拟。

  1 建立计算模型

  液压缸整体结构是轴对称的,采用柱坐标(r,H, z),所有应力、应变和位移与H无关,只是r和z的函数,因此建模时,三维轴对称模型转化为二维模型,由此得到的分析结果比三维结构更为精确[2,3]。图2为有限元计算模型,采用四边形单元,为了保证有足够的计算精度,在容易产生失效的地方:缸壁到法兰的过渡区以及缸底到缸壁过渡区进行网络细分。节点总数941,单元总数796。

  缸体材料采有铸钢ZG270~500,弹性模量E=260GPa,泊松比L=0.34,屈服强度Rs=270MPa,取安全系数n=1.8,则许用应力[R]=150MPa[4]。

  2 受力分析与约束条件

  液压缸工作时,高压油作用在柱塞上,反作用力作用于缸底,通过缸壁传到法兰部分,靠法兰与支承面上的支承反力来平衡,该力以均匀面力作用于法兰表面。液体压力均匀分布于密封以上的内壁,而从密封上端开始,假设内压按三角形分布向下递减,直到密封下端处,内压降为零;同时缸底小孔处从内向外,压力也按三角形分布。

  由于液压缸以法兰支承,并用螺栓与横梁固联,因经法兰表面各节点垂直方向自由度受到约束。

  3 有限元法基本原理

  假设液压缸各单元为线弹性体,并处于小变形范围,满足弹性力学的基本假设。有限元计算模型在离散化后归结为求解一个线性方程组

  [B]单元的几何矩阵;

  [D]材料的弹性矩阵;

  [u]模型上各离散点的位移向量;

  [F]模型中所受的外力向量。

  根据建立的有限元模型和材料特性,得出方程(1)的各项系数后,根据载荷及边界条件,可得到所求模型各节点的位移{a}e,各离散点的位移向量{u}=[N] {a}e

你没有登陆,无法阅读全文内容

您需要 登录 才可以查看,没有帐号? 立即注册

标签: 有限元 液压缸
点赞   收藏

相关文章

发表评论

请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。

用户名: 验证码: 看不清?点击更换

最新评论