基于有限元法的特种液压扳手结构优化分析

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1、万方数据第26卷第2期2007年6月VOl26No．2Jun2007JournalofShandongUniversityofScienceandTechnologyNaturalScience基于有限元法的特种液压扳手结构优化分析孟建新1，郑淑丽2，徐杰1(1．蚌埠坦克学院实验中心，安徽蚌埠233013；2．山东科技大学学报编辑部，山东青岛266510)攘要：运用有限元法进行结构优化设计的基本原理，针对坦克履带液压调整器特种液压扳手主要机件所涉及非线挂接触等问题，进行了有限元优化的计算分析与研究，得到了优化的形状与尺寸，结构特性与受力捩况得到明显改善。关键

2、词：液压设备}结构优化；有强元分榜中图分类号：TS914文献标识码：A文章编号：1672—3767(2007)02—0053—04OptimizingAnalysisofSpecialHydraulicSpannerStructureBasedonFiniteElementMethodMENGJian—xinl，ZHENGShu—li2，XUJiel(1．CentralLaboratory，BengbuTankCollegeofPLA，Bengbu，Anhui233013，China；2．EditorialDepartmentofJournal，SUST，Q

3、ingdao，Shandong266510，China)Abstract：Byapplyingthebasicprinciplesforoptimizingdesignofstructurebased0nthefiniteelementmethodandaimingattheproblems。suchasnonlinearcontactprobleminvolvedinspecialhydraulicspanner，themainpartoftanktrackhydraulicregulator，etc．，thecalculationanalysisands

4、tudybasedOilfiniteelementoptimizationiscon—duetedandtheoptimizedsizeandshapeofspannerareobtained，andthestructuralcharacteristicsandstressstateareobviouslyimproved．Keywords：hydraulicequipment；optimizationofstructure；finiteelementanalysis在国内液压工具制造行业，对液压工具常缺少科学的力学分析过程，所带来的后果是应力应变分布极度不

5、均匀：一方面，不仅结构臃肿造成浪费，而且较大的体积严重削弱了灵活适用性；另一方面，应力集中比较严重，多次使用后容易疲劳损坏，甚至造成使用寿命极短。坦克履带液压调整器结构和承载复杂，传统的设计方法对其性能(如强度，刚度)难以确定，基于传统设计方法的优化设计也难有效。三维非线性有限元分析数学模型的建立，通过对结构优化，即对零件结构进行尺寸优化，可以改善零件的结构尺寸，与传统的设计方法相比可节省材料7％～40％；对零件结构形状优化指通过改变零件的几何形状，以改善结构的应力应变分布状况和结构性能。1系统结构与工作原理1．1特种液压扳手结构如图1所示，特种液压扳手机身

6、由左部的壳体总成和右部的液压缸总成靠螺柱8、13连结组合而成，液压缸14内设置由液压油推动作直线运动的活塞杆10，壳体5内浮动设置装有靠内、外花键配装的驱动轴1、棘轮2及棘爪体3的传力臂4，驱动轴1的上方配套相应的套筒(图中未画)，传力臂4和活塞杆10之问采用球面滑块7及销钩6连接，液压缸14的下端设有反力臂，液压缸14的上端开有高、低压油道分别与活塞杆10两侧的油室相通。1．2计算机电动液压伺服系统计算机电动液压伺服系统，是通过计算机控制器，预置输出扭矩，实现履带自动调整。2机构设计与分析对主要机件进行三维非线性有限元分析及优化设计。—————■收稿日期：

7、2006—12—16作者简介：孟建新(1964一)，男，山东淄博人，副教授，主要从事机电一体化教学与研究万方数据_l山东辩技大学学亨刚整然秘掌版卜动头；2棘轮；3-棘爪装置；4-传力臂；5一壳体；6一销钩；7-球面臂；8-螺柱；9-卡扣装置；10一活塞杆；1l一防护盖；12-缸盖；13-螺柱；14一反力臂(一体式)图1特种液压扳手结构示意图Fig．1Sketchofstructureofspecialhydraulicspanner2．1非线性有限元分析理论和结构优化设计原理2．1．1特种液压扳手的非线性有限元分析方法对特种液压扳手采用几何非线性的分析方法，

8、对于接触问题应用罚函数和库仑摩擦模型。(1)几何非线