针对液压缸的优化设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com万方数据液压缸硇优化设计口张剑慈衢州学院工程实训中心浙江衢州324000摘要：液压缸是液压设备中的重要部件。工作中承受的交变负荷严重影响其使用寿命。根据生产实践中液压缸的损坏规律和特点，提出了将弹性理论、优化理论和有限元法结合的液压缸的优化设计方法，优化结果表明，改善了液压缸的应力状况，此方法并可精确地确定液压缸的结构尺寸，减轻液压缸的重量。关键词：液压缸损坏优化设计中图分类号：THl37．51文献标识码：B文章编号：1000—4998(2012)09—0059—03液压机的工作缸负荷重

2、。工作频繁，往往由于设计、制造或使用不当过早损坏。液压缸体的结构一般可分为三部分：即缸底、法兰和中间厚壁圆筒。液压缸体的一般形式是一端开口、一端封闭的厚壁高压容器。根据多年来生产现场的使用经验，液压缸损坏的部位多数在法兰与缸壁连接的圆弧部分，其次在缸壁向缸底过渡的圆弧部分，少数在缸筒筒壁产生裂纹+也有因汽蚀严重而破坏的。因此，掌握液压缸的损坏规律及特点，提出液压缸的优化设计方法是延长液压缸使用寿命的关键。笔者采用弹性理论、优化理论和有限元法结合的设计方法，对液压缸进行优化设计，对应力状况的改善效果显著，并可较精确地确定液压

3、缸的结构尺寸，避免盲目设计。1液压缸损坏部位及特点从液压缸使用情况看，一般在损坏时都已承受了很高的工作加载次数(30～100万次)，裂纹是逐步形成和扩展的．属于疲劳破坏。缸筒筒壁裂纹～般首先出现于内壁，逐渐向外发收稿日期：2012年4月展，裂纹多为纵向分布．或与缸壁母线成45。。缸的法兰部分的损坏，首先在缸的法兰过渡圆弧处的外表面出现裂纹，逐渐向圆周方向及内壁扩展，最后裂透或者裂纹扩展到螺钉孔，使法兰局部脱落。缸底首先在缸底过渡圆弧处的内表面开始出现环向裂纹，逐步向内壁扩展及至裂透。液压缸也会因汽蚀现象产生蜂窝状麻点而损坏

4、，尤其是在进液口内壁，容易汽蚀。影响液压缸工作寿命的原因是多方面的，必须结合具体情况进行分析。但设计方法是主要原因之一。结构尺寸设计不合理．如缸壁到法兰过渡区结构形状设计不合理，引起很大的应力集中，从缸底到缸壁的过渡圆弧区会产生弯曲应力，并有应力集中，过渡圆弧半径一般不小于D／8(D为液压缸内直径)，此处圆弧太小是缸底破裂的主要原因之一。2液压缸的优化设计在液压缸的设计中．一些主要结构参数的选取常会根据经验，而经验往往带有一定的盲目性。例如，在大型液压缸主工作缸设计时．为了减少应力集中区的扩展会变成深度a不变、宽度c不断增

5、大的细长型半椭圆表面裂纹。参考文献[1]FishJ．TheS-versionofFiniteElementMethod[J]．Computers&Structure，1992，43(3)：539-547．[2]FishJ，MarkolefasS，GattalR，eta1．OnAdaptiveMul—tilevelSuperpositionofFiniteElementMeshesforLinearElastostatics[J]．ApplNumeralMath，1994，14：135—164．[3]OkadaH，Endoh

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8、’上式中不等式约束中的许用应力可根据设计使用论、优化理论和有限元法结合起来，对液压缸进行优化设计，能避免盲目设计。2．1数学模型及设计变量液压缸的计算简图如图l所示。液压缸内径2R。及缸体长度三是给定参数。内径由液压缸作用力P及液体工作压力F确定，而缸体长度￡则由缸体柱塞的行程确定。待定的设计参数有6个