hsg型工程液壓缸基于ansys的有限元分析

1、收稿日期：2014年05月日；修訂日期：2014年月日基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61171189）國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAC16B02）浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LY14F030005），浙江省公益技術(shù)項(xiàng)目（2013C3110），浙江省教育廳項(xiàng)目（Y201330000）.作者簡(jiǎn)介：蔣理劍(1977)，男，碩士，研究方向?yàn)橐簤簜鲃?dòng)與有限元分析；張文輝(1980)，男，博士，副教授，研究方向?yàn)橛邢拊治雠c機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2、設(shè)計(jì).文章編號(hào)：(編輯給出)HSG型工程液壓缸基于型工程液壓缸基于ANSYS的有限元分析的有限元分析張士營(yíng)1張文輝12（1.麗水學(xué)院工學(xué)院，浙江麗水323000；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001）摘要摘要：HSG型液壓缸在工程機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛用途，當(dāng)前還缺乏系統(tǒng)的有限元分析方法。首先針對(duì)HSG型液壓缸系統(tǒng)分別從力位移、全局應(yīng)力及局部應(yīng)力進(jìn)行了靜力計(jì)算；進(jìn)而對(duì)液壓缸的主要軸向載荷承受部件活塞桿進(jìn)行了縱向彎曲強(qiáng)度的校核

3、，分析構(gòu)件穩(wěn)定性；最后對(duì)液壓缸系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，通過(guò)系統(tǒng)固有頻率的計(jì)算能夠有效避免共振危害的發(fā)生。所提方法與分析結(jié)果對(duì)于HSG型液壓缸研發(fā)具有重要借鑒價(jià)值。關(guān)鍵字：有限元；液壓缸；靜力分析；屈曲分析；模態(tài)分析中圖分類(lèi)號(hào)：TH11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AFiniteElementAnalysisfHSGHydraulicCylinderSystembasedonANSYSZhangShiying1ZhangWenhui12（1.Instituteo

4、fTechnologyLishuiUniversityLishui323000；2.SchoolofAerospaceHarbinInstituteofTechnologyHarbin150001Abstract：HSGtypehydrauliccylinderhaswidelyusedinengineeringmachineryotherfieldsthesystemfiniteelementanalysismethodisstill

5、lackincurrent.FirstsystemtheglobalstaticcalculationaredonerespectivelyfthefcedisplacementstresslocalstressonHSGtypehydrauliccylinderthenstrengthcheckisdonefthemainaxialloadcomponentsunderthepistonrodofthebucklingstabilit

6、yanalysisofcomponentsisdoneThemodalanalysisiscarriedoutonthehydrauliccylindersystemthroughcalculatingnaturalfrequencyofthesystemcaneffectivelypreventtheoccurrenceofresonancehazard.Theproposedmethodtheanalysisresultshavei

7、mptantreferencevaluefresearchdevelopmentofHSGtypehydrauliccylinder.Keywds：FiniteelementHydrauliccylinderStaticanalysisBucklinganalysisModalanalysis1引言引言液壓缸是一種將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠的特性，能夠在實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)需減速裝

8、置，沒(méi)有傳動(dòng)間隙，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，在能源、機(jī)械等各工業(yè)領(lǐng)域及日常設(shè)備中有著廣泛用途，由于液壓缸的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及振動(dòng)特性等因素將直接影響到液壓缸的使用壽命和工作性能，因此對(duì)其進(jìn)行深入研究具有由于液壓缸的實(shí)際工作壓力為16MPa，根據(jù)國(guó)家規(guī)定的試驗(yàn)加載方式，對(duì)液壓缸進(jìn)行1.25倍載荷的施加，即對(duì)液壓缸施加20MPa的力，分別對(duì)缸體內(nèi)表面、下表面及活塞底端施加載荷。其約束和載荷的加載情況如圖3所示。圖3液壓缸的約束和載荷ANSYS后處

9、理部分是將結(jié)果可視化，可幫助用戶有效、快捷地分析計(jì)算結(jié)果。啟動(dòng)ANSYS求解器對(duì)其進(jìn)行分析求解，獲得位移云圖、應(yīng)力云圖結(jié)果等具有借鑒意義的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。圖4液壓缸的靜力位移云圖從圖4中可知道紅色部分變形量最大，最大值位于MX處，最小值位于MN處。從其中液壓缸的最大變形為0.224mm，位于活塞處。圖5液壓缸的靜力應(yīng)力云圖圖6液壓缸的靜力局部應(yīng)力云圖從圖5中可知，最大應(yīng)力為175MPa位于耳環(huán)與活塞桿的連接處。圖6為活塞桿與耳環(huán)連接處的應(yīng)

10、力分布。最大應(yīng)力位于耳環(huán)與活塞桿的連接處，其應(yīng)力值為175MPa。其中45號(hào)鋼的屈服強(qiáng)度為360MPa，抗拉強(qiáng)度為610MPa，則液壓缸的安全系數(shù)為：3601752.06n??由于45號(hào)鋼的安全系數(shù)為1.2~1.5，所以液壓缸的設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。2.2基于基于ANSYS的屈曲分析分析當(dāng)結(jié)構(gòu)所受的載荷達(dá)到某一值時(shí)，若增加一微小的增量，則結(jié)構(gòu)的平衡位形將發(fā)生很大的改變，這種現(xiàn)象稱為結(jié)構(gòu)屈曲或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。而在很多工況場(chǎng)合，當(dāng)液壓缸的軸向力達(dá)到和