法蘭支承液壓缸法蘭區(qū)過渡形線的研究.pdf

1、液壓機作為一種重要的鍛壓設(shè)備在機械制造行業(yè)中占有重要地位，液壓缸是液壓機中的關(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，這與實際的制造、安裝及使用不當(dāng)有關(guān)，但從設(shè)計方面考慮，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，運用彈性力學(xué)理論、環(huán)殼聯(lián)解法編寫了計算法蘭支承液壓缸應(yīng)力的人機交互程序，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)行了幾何尺寸的計算、設(shè)

3、計和分析。通過運用彈性力學(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)行了計算，然后再采用軸對稱單元Plane82對計算結(jié)果進(jìn)行了驗證?；趦煞N單元計算結(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