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1、城南学院 液压缸有限元分析 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 毕业设计（论文） 题目： 液压缸的有限元分析学生姓名： 学 号： 班 级: 工程机械专 业： 机械设计制造及其自动化指导教师： 2012 年 6 月液压缸的有限元分析 FINITE ELEMENT ANALYSIS OF HYDRAULIC CYLINDER 学生姓名： 学 号： 班 级： 工程机械 所在院(系): 汽车与机械工程学院 指导教师： 完成日期: 2012年6月7日 摘 要液压缸是液压机的关键部件, 其设计质量的好坏直接影响主机的工作性能和使用寿命。如果设计不当,过早
2、失效将造成较大的经济损失。因此采用现代设计方法对液压缸进行结构设计, 对提高使用寿命, 增加经济效益具有重要意义。 本文首先对液压缸的各零部件进行了设计及验算。然后采用UG软件建立了动臂液压缸的几何模型，通过与Workbench的接口输入到该有限元分析软件里，建立了相应的有限元分析模型。最后通过该软件对液压缸模型进行了线性静力分析和模态分析，获得了液压缸的振动特性和力学性能，这对液压缸的改进设计和预评液压缸的危险部位具有参考意义。 关键词：液压缸；UG；ANSYS；有限元分析FINITE ELEMENT ANALYSIS OF HYDRAULIC CYLINDER AbstractSurfac
3、e hydraulic bar hydraulic machine is the earliest use of hydraulic components. Nothing seems to change, in fact, the hydraulic cylinder has been great development. This is not only in the hydraulic cylinder work performance, work out of range expansion, varieties of different specifications of the i
4、ncrease and the improvement of the structure, but also in the study of hydraulic cylinder is gradually deepening, design, calculation theory is gradually perfect. In this paper, the hydraulic cylinder parts of the design and checking calculation. Then using UG software to establish a boom cylinder g
5、eometry model, through the Workbench interface with input to the finite element analysis software, established the corresponding finite element analysis model. Finally, the software of the hydraulic cylinder model for linear static analysis and modal analysis, obtained the vibration characteristics
6、of hydraulic cylinder and mechanical properties, the improvement design of hydraulic cylinder hydraulic cylinder and assessment risk part has the reference significance. KEY WORDS: HYDRAULIC CYLINDER ;UG;ANSYS;FINITE ELEMENT ANALYSIS 目录 第一章-绪论11.1前言11.2液压缸的分类1活塞式1伸缩式2摆动式21.3论文的主要内容21.4 论文的主要组成2第二章-各
7、零部件的设计及验算32.1 设计提要32.2 各零部件的设计及验算42.2.1-缸筒设计42.2.2-法兰设计122.2.3 活塞设计152.2.4 活塞杆的设计16第三章 -动臂液压缸有限元分析203.1 液压缸三维模型的建立203.2 有限元分析的基本理论203.2.1有限元法的发展概况213.2.2 有限元分析的基本思想223.2.3有限元法分析过程243.2.4 ANSYS软件介绍253.2.5 有限元分析的发展发展趋势263.3 模态分析283.4 静力分析323.5 结果总结与分析33参考文献34致谢36第一章-绪论1.1前言液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运
8、动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。1.2液压缸的分类 根据常用液压缸的结构形式，可将其分为四种类型： 活塞式单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。 活塞仅能单向运动，其反方向运动需由外力来完成。 柱塞式 （1）
9、柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱 塞回程要靠其它外力或柱塞的自重； （2） 柱塞只靠缸套支承而不与缸套 接触，这样缸套极易加工，故适于做 长行程液压缸； （3）工作时柱塞总受压，因而它必须 有足够的刚度； （4）柱塞重量往往较大，水平放置时 容易因自重而下垂，造成密封件和导向 单边磨损，故其垂直使用更有利。伸缩式伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。有对逐次运动的活塞，各活塞逐次运动时，其输出速度和
10、输出力均是变化的。摆动式摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向， 叶片将带动转子作往复摆动。1.3论文的主要内容 本论文详细介绍了伸缩式液压缸的设计方法及内容以及如何运用计算机软件对动臂液压缸进行有限元分析。首先利用液压缸运行仿真模拟液压缸各种作业工况，找出液压缸的最不利工况作为有限元分析的计算工况，然后利用有限元分析软件分析液压缸再次计算工况下的应力分布。最后对分析结果进行评价。 1.4 论文的主要组成第一部分：绪论，简述液压缸的作用以及分类。第二部分：详细介绍液压缸的设计方式与内
11、容第三部分：介绍有限元分析方法及进行有限元分析，动态分析与静力分析；第四部分：参考文献第五部分：致谢 第二章-各零部件的设计及验算2.1 设计提要、液压油缸主要参数给定设计中液压油缸主要部件的参数：油缸工作行程600、400mm；额定工作油压4MP；移动负载质量1000、2000kg；负载移动阻力500移动速度控制3、6m/min。缸内径：D=80mm；缸外径：=90mm；壁厚：=5mm；极限推力：=30162N；速比：=2；活塞杆直径：=56mm；活塞外推流量：=0.5L/s法兰厚：h=8mm；、法兰安装方式选择后端法兰安装方式。、缓冲机构的选用一般承压在10MP以上应当选用缓冲机构，本次设
12、计中，工作压力为4MP，因此缓冲机构从略。、密封装置选用选用Yx型密封圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（PTFE）材料联合使用，达到良好的密封效果。、工作介质的选用因为工作在常温下，所以选用普通的是油型液压油即可。、液压缸的装配装配前必须对各零件仔细清洗；要正确安装各处的密封装置：安装形密封圈时，要注意其安装方向，避免因装反而漏油，其唇边应对着有压力的油腔。此外，因为是Yx形密封圈，所以还要注意区分是轴用还是孔用，不要装错；由于密封装置与滑动表面配合，装配时应涂以适量的液压油； 螺纹联接件拧紧时应使用专用扳手，扭力矩应符合标准要求；活塞与活塞杆装配后，须设法测量其同轴度和在全长上的直线度是否超差
13、；装配完毕后活塞组件移动时应无阻滞感和阻力大小不匀等现象。2.2 各零部件的设计及验算2.2.1-缸筒设计、缸筒结构的选择选取法兰式连接，并且法兰和缸筒用焊接方式连接。其优点是结构简单，易选取、易装卸；缺点是外径较大，比螺纹连接的重量大。、缸筒的要求有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用；缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。、缸筒材料的选取及强度给定部分材料的机械性能如下表：缸筒常用无缝钢管材料机械性能材 料204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo100085012本次设计选取45号钢从表中可以得到：缸筒材料的屈服强度=360MP；缸筒材料的抗拉强度=610MP；现在利用屈服强度来引申出：缸筒材料的许用应力=/n=360/5=72MP。其中n=5是选取的安全系数，来源于下表：液压缸的安全系数材料名称静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢，锻铁35812、缸筒的计算、液压缸的效率油
