液压减振器工作筒结构分析.pdf

机械研究与应用 研夯与分析 液压减振器工作筒结构分析 肖启瑞 广东机 电职业技 术学院 汽车学院， 广东 广州5 1 0 5 1 5 摘要 为验证液压减振器工作筒的结构强度 ， 使用有限元方法对减振器工作筒进行结构分析， 得到工作筒在 4 MP a 工作压强作用下的变形量与应力， 结果表明在性能模拟中可以忽略由于工作压力而产生的变形， 工作筒有足 够的强度 。 关键 词 工作 筒； 减振器 ； 结构强度 中图分类号 U 4 6 3 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 4 4 1 4 2 0 1 0 0 50 0 1 1 一 o 2 S t r ue t r ua l an a l i s y s o f hy dr a ul i c da mpe r wo r ki ng c y l i n de r X i a o Q i r u i S c h o o l o fv e h i c l e ， G u a n g d o n g e le c t r o m e c h a n i c a l p o l y t e c h n ic ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 5 1 5 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o v e r i f y t h e s t r e n g t h o f h y d r a u l i c d a mp e r w o r k i n g c y l i n d e r ，s t r u c t u r a l a n a l y s i s i s c a r r i e d o u t u s i n g F EM． Di s p l a c e me n t a n d s t r e s s a r e o b t a i n e d f r o m t h e a n aly s i s wh e n t h e p r e s s u r e i s 4 MP a ．T h e c o n c l u s i o n s h o ws t h a t t h e d e f o r ma t i o n c o u l d b e n e g l e c t e d an d t h e w o r k i n g c y li n d e r h a s e n o u g h s t r e n g t h ． Ke y wo r d s wo r k i n g c y l i n d e r ；d a mp e r ；s t r u c t u r al s t r e n g t h 1 引 言 在减振器性能研究时 ， 而不计压力变化引起的系 统结构件的弹性变形而将工作缸假设 为完全刚性构 件， 但实际上车用减振器工作缸厚度仅为 2 3 m m， 而筒长却有近 3 0 0 m m， 属于典型薄壁型长简结构 ， 减 振器在工作过程中瞬问产生的压强非常大 ， 压强可达 3 4MPa- l J 。如果工作筒在工作过程 中产生较大的 变形 ， 会使活塞与工作缸之 间产生较大 的缝隙 ， 这将 导致仿真产生较大误差。基于上述分析， 对这类工作 筒必须对其强度、 刚度进行分析计算， 得出实际的变 形量 ， 以确定是否能够满足假设要求 。笔者采用通用 有限元分析软件A N S Y S 进行计算。 2 减振器工作筒的结构与材料性质 表 1 工作筒材 料性质 工作筒 的材料 选 用 2 0 C r 。材 料属 性如表 1所 示。设减振器工作筒 内壁所受最大油压 为 4 M P a ， 方 向由内向外。工作筒在轴向一端受到底阀座的约束， 可以视为位移为 O ， 所以将一端面的轴 向和径向 自由 度约束， 另一端面只约束径向自由度 』 。受油压作 用工作 缸 有 膨 胀 趋 势 。工 作 缸 外 径 3 5 mm， 壁 厚 2 m m， 计算时简化成薄壁圆筒结构， 工作筒的约束与 载荷情况如图 1所示 。 图 1 减振器工作筒约束与载荷图 3 工作简的有限元分析 下面将在 A N S Y S软件中进行实体建模， 为了找 出较好 的前处理网格划分方式 ， 笔者采用两种网格生 成方式并进行对比 ①考虑到整个工作缸在几何形状 上及载荷分布上均为轴对称 ， 所 以可先在平面上划分 二维网格再由软件自动映射生成三维实体网格； ②直 接采用三维实体单元对三维模型进行映射划分。比 较后发现前者更便于修改 ， 划分的单元易于控制且较 为规 则 。 3 ． 1 二维网格映射生成三维网格法 1 先在 AN S Y S中生 成工作缸 壁截 面。使用 S o l i d q u a d 4 n o d e 4 2生成二维平面单元。划分网格 时， 综合计算精度与运算速度考虑， 在轴向控制单元 数为 l 2 ， 径向单元数为 2， 如图2所示 。 2 在二维单元 的基础上进行映射 生成三维单 元 ， 如图 3所示 。 3 加载与加约束后进行求解得到结果如图 4 收稿 日期 2 0 1 0- 0 8 2 4 作者简介 肖启瑞 1 9 8 4一 ， 男 ， 江西赣州人 ， 硕士 ， 主要从事汽车运用技术教研 方面的工作 。 砜究与分析 所示。 机械研究与应 用 按照图 2分析的约束条件， 将工作缸的两端面分 别约束径向和轴向的 自由度， 在工作缸内壁添加均布 压力 4 M P a ， 如图7示 。用 A N S Y S求解器进行求解后 查看后处理结果即可得到工作缸筒的最大变形量及 各种应力云图， 如图 8 、 9所示 。 4 有限元计算结果分析 图 2 工作缸截面的二维单元 图3 工作缸的三维单元 表2 两种网格划分方式计算结果对比 一 图4 工作缸筒的V o n M i s e s 图5 工作缸分割成四块“ 体” 应力云 图 3 ． 2 直接用三维实体单元划分网格法 由于体划分需要采用六面体单元， A N S Y S中映 射划分的体对象须满足条件才可进行 J 。根据映射 划分网格的要求和工作筒的实体形状 ， 如图 5所示， 图中工作缸整体被等分成四种不同颜色的“ 独立 体” 。这样就 可 以用设 定 好 的实 体单元 进 行 映射 划分。 笔者采用 S o l i d B r i c k 8 n o d e 4 5实体单元来对工 作缸几何实体进行映射划分。 一 图6 工作缸三维网格划分图7 约束与载荷的添加 最终划分结果如图 6所示 ， 可以看出划单元数为 1 8 0 0， 节点数为 3 5 2 8 0 。 从表 2中可以清楚地看出应用两种不 同的建模 及网格划分方式得到的计算结果基本一致 ， 主要结果 指标误差控制在 1 0 ％ 以内， 但方法一在操 作时较为 简便。由位移图 9及表 2可以看出在 4 MP a的压 强 作用在工作筒内壁时， 工作筒从两边向中部逐渐向外 隆起变形， 这与实际情况基本吻合。产生的最大变形 量仅为 0 ． 0 0 2 9 0 m m， 工程 中可忽略不计 。由此可以 验证在多数减振器特性模拟仿真中的以下假设 ①假 设工作过程中活塞与工作筒壁之间不产生油液泄露； ②忽略不计 由于较大压力而产生的系统刚性结构件 的变形， 即可以将工作缸看作是完全刚性的。 下面采用常用 的 V o n Mi s e s 强度理论进行其 减 振器工作缸强度校核， 取安全系数为 K 3 ， 则工作缸 筒的最大应力远远小于材料的许用应力值。 3 7。 4 b ／ K 8 3 5 ／32 7 8． 3MPa 故工作筒强度足够， 可 以在减振器内安全地 使用。 5 结论 应用有限方法对减振器工作筒进行结构分析， 得 到工作筒在4 M P a 工作压强作用下的变形与应为， 由 此可以验证在多数减振器特性模拟仿真 中的以下假 设 ①假设工作过程中活塞与工作筒壁之间不产生油 液泄露； ②忽略不计由于较大压力而产生的系统刚性 结构中的变形 ， 即将工作缸看作是完全刚性 的。 参考文献 [ 1 ] 刘涛． 汽车设计[ M] ． 北京 北京大学出版社， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 华健． 轿车减振器工作缸A N A S Y S 有限元强度校[ J ] ． 机械设 图 8 工作缸位移云图图9 工作缸v 。 Mi 。 应力云图 [ 3 ] 1 2 计与制造 ， 2 0 0 6 ， 1 1 1 6一l 7 ． 邓凡平． A N S Y S 1 0 ． 0 有限元分析自学手册[ M] ． 北京 人民邮电 出版社 ， 2 0 0 2 ．