法兰支承液压缸法兰区过渡形线的研究

发布时间：2020-05-15 22:28

【摘要】： 液压机作为一种重要的锻压设备在机械制造行业中占有重要地位,液压缸是液压机中的关键部件之一,以液压缸的法兰表面作为支承面的液压缸是各种液压机中采用最多的结构形式。其缸底及法兰均承受弯矩,特别是法兰过渡区应力集中表现得相当明显。液压缸的失效形式多数是疲劳破坏,主要是法兰过渡区产生疲劳裂纹。当然,这与实际的制造、安装及使用不当有关,但从设计方面考虑,关键在于过渡形线的好坏。本文对液压缸的法兰过渡区的过渡形线进行形状优化。首先,通过对液压缸破坏原因的探讨,法兰过渡区过渡形线现状的分析,作者研究了法兰过渡区降低应力集中的方法。作者在此基础上提出了两种新颖的过渡形线:内斜直线与圆弧组合过渡形线和内凹双圆弧过渡形线;并对此两种新颖的过渡形线进行了介绍。其次,运用弹性力学理论、环壳联解法编写了计算法兰支承液压缸应力的人机交互程序,并对现在常用的圆弧过渡形线和外斜直线与圆弧组合的过渡形线进行了计算分析。对内斜直线与圆弧组合过渡形线和内凹双圆弧过渡形线,进行了几何尺寸的计算、设计和分析。通过运用弹性力学理论的环壳联解法对上述四种过渡形线进行了较全面的比较、分析,作者认为内斜直线与圆弧组合过渡形线和内凹双圆弧过渡形线优于单圆弧过渡形线和外斜直线与圆弧组合的过渡形线。第三,作者运用有限元分析软件ANSYS对采用四种过渡形线的液压缸进行仿真分析。在分析过程中使用了三维等参元Solid186对液压缸模型进行了计算,然后再采用轴对称单元Plane82对计算结果进行了验证。基于两种单元计算结果的一致,可以确认采用两种新过渡形线液压缸的Von Mises应力较小,应力集中区也相对减少,其应力分布状况明显优于现有的采用其他过渡形线的液压缸。第四,通过ANSYS软件的Design Opt模块以液压缸的总体积为目标函数,以四种过渡形线的几何控制参数为设计变量,以液压缸过渡区的最大Von Mises应力为状态变量分别进行了一系列的优化工作,得到了最优解。通过对过渡形线的优化结果进行分析,作者提出了各过渡形线主要参数的取值范围,以便于工程技术人员参考。经过对四种过渡形线最优解的比较、分析,结果再次表明内斜直线与圆弧组合过渡形线和内凹双圆弧过渡形线优于单圆弧过渡形线和外斜直线与圆弧组合过渡形线。最后,通过ANSYS软件的Fatigue模块进行了疲劳耐久分析,结果表明采用此两种新型过渡形线的液压缸的疲劳耐久性表现良好,适合实际的工程需要。
【图文】：

形线,轮廓,过渡形线

兰过渡区、法兰支承区的应力水平高[1]。其中缸底过渡区和法兰过渡区，比较高，裂纹既易萌生，又易扩展，是全缸的危险区。法兰过渡区的σ第一位，但1σ 为压应力。液压缸的失效形式是疲劳破坏，主要是法兰过疲劳裂纹。当然，这与实际的制造、安装及使用不当有关，但从设计方关键在于过渡形线的好坏。对于过渡形线，应从下列方面进行分析：① 应力场状况疲劳破坏不仅与最大应力点的值有关，而且与此区域的应力状态有高应力区的范围(宽度与深度)，以及应力梯度，即低应力区材料的支持缸体是大型锻件或铸件，材料性能存在着不均匀性，以及表面和内部都在某些缺陷，因此，应力峰值点并不是唯一能产生疲劳裂纹源的地方，高应力区，在材料性能较弱或有缺陷处，都有可能产生疲劳裂纹源。高范围越大，破坏的概率也越大。② 过渡形线宽 C 与支承反力臂之间的制约关系。如图 2.1 所示，，过渡形线轮廓尺寸 C×A 越大，应力集中系数越小，线底宽 C 的加大，横梁支承面的支反力力臂也随之加大，从而使弯矩变

形线,圆弧过渡,过渡形线

兰过渡区、法兰支承区的应力水平高[1]。其中缸底过渡区和法兰过渡区，比较高，裂纹既易萌生，又易扩展，是全缸的危险区。法兰过渡区的σ第一位，但1σ 为压应力。液压缸的失效形式是疲劳破坏，主要是法兰过疲劳裂纹。当然，这与实际的制造、安装及使用不当有关，但从设计方关键在于过渡形线的好坏。对于过渡形线，应从下列方面进行分析：① 应力场状况疲劳破坏不仅与最大应力点的值有关，而且与此区域的应力状态有高应力区的范围(宽度与深度)，以及应力梯度，即低应力区材料的支持缸体是大型锻件或铸件，材料性能存在着不均匀性，以及表面和内部都在某些缺陷，因此，应力峰值点并不是唯一能产生疲劳裂纹源的地方，高应力区，在材料性能较弱或有缺陷处，都有可能产生疲劳裂纹源。高范围越大，破坏的概率也越大。② 过渡形线宽 C 与支承反力臂之间的制约关系。如图 2.1 所示，过渡形线轮廓尺寸 C×A 越大，应力集中系数越小，线底宽 C 的加大，横梁支承面的支反力力臂也随之加大，从而使弯矩变
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH137.51

【引证文献】