内胀式自锁油缸的有限元分析及应用研究

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1、工程硕士学位论文内胀式自锁油缸的有限元分析及应用研究作者姓名陈康工程领域机械工程校内指导教师丁问司教授校外指导教师陈向阳董事长所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年1月Finiteelementanalysisandapplicationresearchofinternalexpansionself-lockingcylinderADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenKangSupervisor：Prof.DingWensiSouthChinaUniversityofTechnolo

2、gyGuangzhou,China201521002133摘要内胀式自锁油缸具有承受大负载、锁紧可靠的优点，如今成为重载车辆调平平台载具的最佳选择。目前，国内针对内胀式自锁油缸的研究方法和力学特性分析均存在不足之处，基于这一现状，本研究中综合运用了有限元方法对自锁条件下内胀式自锁油缸的力学特性进行了全面的分析，同时基于其工作特性，提出一种仅带两个外接油口的集成型内胀式自锁油缸，并对其在工作过程中油液的流动状态进行了详尽的分析。本研究首先以内胀式自锁油缸为研究对象，基于厚壁圆筒理论，提出过盈量的设计公式；利用ANSYS建立其有限元模型并进行静力学分析，得到在自锁状态下

3、应力应变的分布情况，其次通过建立不同摩擦系数、环境温度、接触面积下的有限元模型，探讨以上因素对过盈接触面的力学影响；此外，通过对内胀式自锁油缸进行实验测试，确定其承载能力和解锁压力，进而提出一种仅带两个外接油口(进油/回油)的集成型内涨式自锁油缸，通过建立该集成液压系统的AMESIM模型，探讨集成型内胀式自锁油缸的可行性；将集成液压系统的主要控制元件集成于自锁活塞组件内部，完成对控制元件的结构设计，并进一步实现整个集成自锁油缸的结构设计，最后建立其在工作过程中的流场模型，通过模拟计算得到流道的压力和速度场分布。研究结果表明：缸筒内壁径向变形与理论设计值趋于一致，充分

4、说明了建模的正确性，其应力以及接触面的应力分布较为复杂，但符合实际模型的力学特点，为进一步的校核分析提供了基础，体现了有限元方法的优越性。同时，通过对内胀式自锁油缸进行性能测试，得到油缸的自锁能力满足设计要求，解锁压力符合实际工作的需要。通过建立集成型内胀式自锁油缸的工作过程中的稳态数学模型和AMESIM模型，进行模拟计算后，得到其性能参数满足实际工作的要求，充分证明了集成液压系统的可行性，并完成主要液压元件(顺序阀、平衡阀组件)的结构设计，进而实现集成型内胀式自锁油缸的集成设计。通过对集成自锁油缸在自锁状态下有限元分析，充分证明了其满足自锁力和强度要求。通过Flu

5、ent仿真计算，分析集成自锁油缸在空载伸出、带载伸出、空载缩回、带载缩回这四个工作过程中流体的流动特性，为其内部流道的改进提供参考。关键词：内胀式自锁油缸；有限元；应力；性能测试；集成型内胀式自锁油缸；流动特性；IAbstractTheinternalself-lockingcylinderhastheadvantagesofbearingheavyloadandreliablelocking,andnowitbecomesthebestchoiceforvehiclelevelingplatformwithheavyvehicles.Atpresent,there

6、aresomeshortcomingsintheresearchontheresearchmethodsandmechanicalpropertiesoftheself-lockingcylinderwithinternalexpansion.Basedonthissituation,thefiniteelementmethodisusedtoanalyzethemechanicsofself-lockingcylinderbasedonthecharacteristicsofitsworkinthisstudy.Anintegratedself-expanding

7、self-lockingcylinderwithtwoexternalportsisproposedandtheflowofoilintheworkingprocessisanalyzedindetail.Thedesignformulaofinterferenceisproposedbasedonthetheoryofthick-walledcylinder.Secondly,thefiniteelementmodelisestablishedbyANSYSandthestaticanalysisiscarriedouttoobtainthestress-st