基于有限元分析的2MN四柱液压机液压缸设计.pdf

2 0 1 4年 8月 第4 2卷 第 1 6期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 1 6 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 6 ． 0 3 2 基于有限元分析的 2 MN四柱液压机液压缸设计 卜匀，王会 刚 ，刘晓 雯 唐 山学院，河北唐 山 0 6 3 0 0 0 摘要液压缸是一种应用广泛的执行元件。依据液压机设计理论 ，介绍四柱式液压机液压缸结构设计方法，对缸筒部 件进行静态有限元分析，提出优化改进方案，有限元分析结果表明改进设计合理。 关键词 四柱液压机；液压缸；有限元 中图分类 号 T H1 3 7 ． 5 1 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 61 0 1 3 De s i g n o f Hy dr a ul i c Cy l i nd e r f o r 2 M N Fo u r - c o l u mn Hy d r a uli c Pr e s s Ba s e d o n F EM An a l y s i s BU Yu n． W ANG Hui g a n g． LI U Xi a o we n T a n g s h a n C o l l e g e ，T a n g s h a n He b e i 0 6 3 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t T h e h y d r a u l i c c y l i n d e r i s a wi d e l y u s e d a c t u a t o r s ．B a s e d o n t h e d e s i g n the o r y f o r h y d r a u l i c p r e s s ， t h e s t r u c t u r e d e s i gn me t h o d o f f o u r c o l u mn h y d r a u l i c p r e s s h y d r a u l i c c y l i n d e r w a s i n t r o d u c e d ．S t a t i c fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s o f c y l i n d e r p a r t wa s d o n e ．T h e n o p t i mi z a t i o n s c h e me w a s p r o p o s e d．Th e fi n i t e e l e me n t a n aly s i s r e s u l t s s h o w t h a t t h e i mp r o v e me n t d e s i g n i S r e a s o n a b l e ． Ke y wo r d s F o u r c o l u mn h y d r a u l i c p r e s s ； Hy d r a u l i c c y l i n d e r ； F i n i t e e l e me n t me t h o d 目前 ，为适应高速化 、高效化、低能耗的液压机 发展方向，液压机设备需要更新 ，并促使老的液压机 设备进行更新改造。液压机重要组成部件液压缸，其 性能优劣直接影响液压机的使用性能，因此无论从科 学性还是从实用性出发，进行液压缸设计研究具有现 实意义。 液压缸 是液压 机的主要执行元件 ，主要完成直线 往复运动 ，并将高压液体的压力能转换成使工件变形 或成形的机械能。技术参数如下公称压力 2 M N； 液体最大工作压力 2 5 M P a ；回程压力 4 5 0 k N。 1 液压缸设计 四柱式 液压机包括主液压缸和顶 出液压缸 ，采用 活塞式结构。主液压缸缸体依靠缸口台肩及大锁紧螺 母紧固于上横梁内，活塞下端用锁紧螺母与活动横梁 相连接 ，活塞头部起导向作用，采用铸铁材料，活塞 头部外圆处有密封环，内圆装有 “ 0 ”形圈，使液压 缸内形成上 下两腔，缸 口部分 同样装有 密封环及 “ 0”形密封圈，借助法兰锁紧，保证下腔密封。顶 出缸装于工作台中心孔内，用锁紧螺母加以固定 ，结 构与主缸相同。本文以主液压缸为例简述设计过程。 主缸活塞杆与活动横梁的连接形式选为刚性连接。 1 ． 1 主液 压缸 主要 尺 寸确 定 活塞直径 D 1 2 r 2、 i 0 3 1 9 m m，取 D 1 3 2 0 式中r 为工作柱塞半径 ； P为液体工作压力；F 为 缸的总作用力 。 活塞杆直径 d ／ D 一 4 R ／ T r p 2 8 0 m m，取 d } 2 8 0 m m。 式中D为液压缸内径；R为回程压力 ； P为液体工 作压力 P a 。 主缸壁厚 艿 ≥p D ／ 2 [ ] 5 ． 4 5 e m，取 5 ． 5 e m。 式中P 为 实验 压力；[ ]为许 用应 力，取 1 1 0 MPa 。 液压缸外径 D2D 2 84 3 0 mm 法兰主要尺寸 法兰外径 r 4≥ ／ D 21 p ／ 4 E S ]r 2 3 ． 9 a m，取 r 42 4 c m。 式中D， 为液压缸内直径；P为液体最大工作压力 ； [ 6 ]为许用强度；r 为液压缸外径。 内压力作用在缸壁上的平均半径 r 5 r 1 r 2 ／ 21 8 ． 7 5 c m 作用在法兰接触面的平均半径 r 3 r 4r 2 R ／ 2 4 0 ． 0 5 a m 式 中R为法 兰过 渡半径 ，0 ． 1 a m。 1 ． 2主 液压缸 设 计校核 1 核算筒壁部分强度 最大应 力点 在缸 筒 内壁 ，当量应 力 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 0 2 作者简介 卜 匀 1 9 7 1 一 ，女，硕士，副教授，主要从事机械制造、电液系统数字控制与仿真等方面的研究。Em a i l b u y u n 7 1 1 2 6 ． c o rn。