【摘要】： 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(guò)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(guò)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(guò)渡形線的好壞。 本文對(duì)液壓缸的法蘭過(guò)渡區(qū)的過(guò)渡形線進(jìn)行形狀優(yōu)化。首先,通過(guò)對(duì)液壓缸破壞原因的探討,法蘭過(guò)渡區(qū)過(guò)渡形線現(xiàn)狀的分析,作者研究了法蘭過(guò)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(guò)渡形線:內(nèi)斜直線與圓弧組合過(guò)渡形線和內(nèi)凹雙圓弧過(guò)渡形線;并對(duì)此兩種新穎的過(guò)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(duì)現(xiàn)在常用的圓弧過(guò)渡形線和外斜直線與圓弧組合的過(guò)渡形線進(jìn)行了計(jì)算分析。對(duì)內(nèi)斜直線與圓弧組合過(guò)渡形線和內(nèi)凹雙圓弧過(guò)渡形線,進(jìn)行了幾何尺寸的計(jì)算、設(shè)計(jì)和分析。通過(guò)運(yùn)用彈性力學(xué)理論的環(huán)殼聯(lián)解法對(duì)上述四種過(guò)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(guò)渡形線和內(nèi)凹雙圓弧過(guò)渡形線優(yōu)于單圓弧過(guò)渡形線和外斜直線與圓弧組合的過(guò)渡形線。第三,作者運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)采用四種過(guò)渡形線的液壓缸進(jìn)行仿真分析。在分析過(guò)程中使用了三維等參元Solid186對(duì)液壓缸模型進(jìn)行了計(jì)算,然后再采用軸對(duì)稱單元Plane82對(duì)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(guò)渡形線液壓缸的Von Mises應(yīng)力較小,應(yīng)力集中區(qū)也相對(duì)減少,其應(yīng)力分布狀況明顯優(yōu)于現(xiàn)有的采用其他過(guò)渡形線的液壓缸。第四,通過(guò)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(guò)渡形線的幾何控制參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,以液壓缸過(guò)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(guò)對(duì)過(guò)渡形線的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析,作者提出了各過(guò)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(guò)對(duì)四種過(guò)渡形線最優(yōu)解的比較、分析,結(jié)果再次表明內(nèi)斜直線與圓弧組合過(guò)渡形線和內(nèi)凹雙圓弧過(guò)渡形線優(yōu)于單圓弧過(guò)渡形線和外斜直線與圓弧組合過(guò)渡形線。最后,通過(guò)ANSYS軟件的Fatigue模塊進(jìn)行了疲勞耐久分析,結(jié)果表明采用此兩種新型過(guò)渡形線的液壓缸的疲勞耐久性表現(xiàn)良好,適合實(shí)際的工程需要。
【圖文】：

蘭過(guò)渡區(qū)、法蘭支承區(qū)的應(yīng)力水平高[1]。其中缸底過(guò)渡區(qū)和法蘭過(guò)渡區(qū)，比較高，裂紋既易萌生，又易擴(kuò)展，是全缸的危險(xiǎn)區(qū)。法蘭過(guò)渡區(qū)的σ第一位，但1σ 為壓應(yīng)力。液壓缸的失效形式是疲勞破壞，主要是法蘭過(guò)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)方關(guān)鍵在于過(guò)渡形線的好壞。對(duì)于過(guò)渡形線，應(yīng)從下列方面進(jìn)行分析：① 應(yīng)力場(chǎng)狀況疲勞破壞不僅與最大應(yīng)力點(diǎn)的值有關(guān)，而且與此區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)有高應(yīng)力區(qū)的范圍(寬度與深度)，以及應(yīng)力梯度，即低應(yīng)力區(qū)材料的支持缸體是大型鍛件或鑄件，材料性能存在著不均勻性，以及表面和內(nèi)部都在某些缺陷，因此，應(yīng)力峰值點(diǎn)并不是唯一能產(chǎn)生疲勞裂紋源的地方，高應(yīng)力區(qū)，在材料性能較弱或有缺陷處，都有可能產(chǎn)生疲勞裂紋源。高范圍越大，破壞的概率也越大。② 過(guò)渡形線寬 C 與支承反力臂之間的制約關(guān)系。如圖 2.1 所示，，過(guò)渡形線輪廓尺寸 C×A 越大，應(yīng)力集中系數(shù)越小，線底寬 C 的加大，橫梁支承面的支反力力臂也隨之加大，從而使彎矩變

蘭過(guò)渡區(qū)、法蘭支承區(qū)的應(yīng)力水平高[1]。其中缸底過(guò)渡區(qū)和法蘭過(guò)渡區(qū)，比較高，裂紋既易萌生，又易擴(kuò)展，是全缸的危險(xiǎn)區(qū)。法蘭過(guò)渡區(qū)的σ第一位，但1σ 為壓應(yīng)力。液壓缸的失效形式是疲勞破壞，主要是法蘭過(guò)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)方關(guān)鍵在于過(guò)渡形線的好壞。對(duì)于過(guò)渡形線，應(yīng)從下列方面進(jìn)行分析：① 應(yīng)力場(chǎng)狀況疲勞破壞不僅與最大應(yīng)力點(diǎn)的值有關(guān)，而且與此區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)有高應(yīng)力區(qū)的范圍(寬度與深度)，以及應(yīng)力梯度，即低應(yīng)力區(qū)材料的支持缸體是大型鍛件或鑄件，材料性能存在著不均勻性，以及表面和內(nèi)部都在某些缺陷，因此，應(yīng)力峰值點(diǎn)并不是唯一能產(chǎn)生疲勞裂紋源的地方，高應(yīng)力區(qū)，在材料性能較弱或有缺陷處，都有可能產(chǎn)生疲勞裂紋源。高范圍越大，破壞的概率也越大。② 過(guò)渡形線寬 C 與支承反力臂之間的制約關(guān)系。如圖 2.1 所示，過(guò)渡形線輪廓尺寸 C×A 越大，應(yīng)力集中系數(shù)越小，線底寬 C 的加大，橫梁支承面的支反力力臂也隨之加大，從而使彎矩變
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH137.51

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉吟龍;袁飛;;基于上傳動(dòng)快鍛壓機(jī)主缸法蘭過(guò)渡處最優(yōu)形線的研究[J];甘肅科技;2011年24期

2 李建超;;液壓缸壁厚與法蘭最優(yōu)過(guò)渡圓弧半徑相關(guān)性研究[J];西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年05期

本文編號(hào)：2665721