气缸的螺栓连接有限元应力分析
气缸盖螺栓密封圈密封性有限元分析与试验研究
气缸盖螺栓密封圈密封性有限元分析与试验研究李利平【摘要】运用有限元理论与ABAQUS分析计算软件，建立某乘用车发动机气缸盖螺栓密封圈与缸体装配体的有限元计算模型，计算密封圈在装配状态下的最大接触压力和Von Mises应力，并采用静态面压试验进行验证。
结果表明，该密封圈满足密封性与强度设计要求，具有足够的安全裕度；仿真分析结果与试验结果吻合较好，验证了有限元分析方法的合理性。
分析密封圈与缸体的摩擦因数与密封介质压力对密封性能的影响。
结果表明，密封圈与缸体的摩擦因数对密封性能影响较小；接触面上的最大接触压力随着密封介质压力的增大而增大，密封性能随之增强。
%Based on finite element theory and ABAQUS software,a finite element discrete model of seal ring-cylinder assembly for a passenger car engine cylinder head bolts was built.The contact pressure and Von Mises of seal ring were calculated and the calculated results were compared with static surface pressure test results.The results show that the seal ring meets the conditions of sealing performance and strength design,which has enough safety margin of sealing perform-ance.The simulation results agree well with the test results,which prove that the finite element simulation model is cor-rect.Some factors influencing sealing properties were analyzed,such as friction coefficient between seal ring and cylinder as well as media pressure.The results indicate that the friction coefficient has a little influence on sealing performance. The maximum contact pressure in the sealing surface is increased with the increase of media pressure,and the sealing per-formance is improved significantly.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P87-90)【关键词】气缸盖;密封圈;密封性;静态面压试验【作者】李利平【作者单位】华南理工大学广州学院广东广州510288【正文语种】中文【中图分类】TH136橡胶密封圈结构简单，制造方便，尺寸与弹性稳定性高，在机械密封结构中广泛应用。
Abaqus螺栓有限元的分析报告
1.分析过程1.1.理论分析1.2.简化过程如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进展计算,如此会出现裂纹缝隙无法修补,给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦,因此,在Abaqs中进展计算之前,对原来的零件模型进展一些简化和修整.A.法兰局部不是分析研究的重点,因此将其简化掉；B.经计算,M24×3的螺纹的升角很小,在度,因此可以假设螺旋升角为0；C.忽略螺栓和螺母的圆角等细节；1.3.Abaqus中建模查阅机械设计手册,得到牙型如如下图所示,在Abaqus中按照如下图所示创建出3D模型,如图11所示.同样的方式,我们建立螺母的3D模型nut,如图12所示.图11图12建立材料属性并将其赋予模型.在Abaqus的Property模块中,选择Material->Manager->Create,创建一个名为Bolt&Nut的新材料,首先设置其弹性系数.在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa,设置其泊松比为0.3,如图14所示.建立截面.点击Section->Manager->Creat,建立Solid,Homogeneous的各向同性的截面,选择材料为Bolt&Nut,如图15所示.将截面属性赋予模型.选择Assign->Section,选择Bolt模型,然后将刚刚建立的截面属性赋予它.如图13所示.同样,给螺母nut赋予截面属性.图13图14图15然后,我们对建立的3D模型进展装配,在Abaqus中的Assembly模块中,我们同时调入两个模型,然后使用Constraint->Coaxial命令和Translate和Instance命令对模型进展移动,最终的装配结果如图16所示.第四步,对模型进展网格划分.进入Abaqus中的Mesh模块,然后选择Bolt零件,使用按边布种的方式对其进展布种,布种结果如图17所示.在菜单Mesh->Control中进展如图18所示的设置使用自由网格划分,其余设置使用默认.在菜单Mesh->Element type中选用如图19所示的设置.按下Mesh图标,对工件进展网格划分,最终的结果如图110所示.同样的方式对螺母模型nut进展网格划分,最终结果见图111所示.图17图18图19图110图111第五步,创建分析步.在Step模块中,点击Step->Manager图标,创建新的分析步,类型为Static,General,名称为Step-Load,其余使用默认设置即可.第六步,添加约束条件和载荷.在Interaction模块中,选择Tools->Surface-Manager,创建如图112所示的外表为集合Load_shang和Load_xia,分别用作加载载荷和约束.选择Load模块,在BC->Manager->Creat中创建约束BC-ENCASTED,选择刚刚定义的Load_xia集合,将6个自由度全部约束,如图113所示.下面我们为模型添加约束,选择Load->Create,进入约束创建界面,选择约束施加的外表为我们之前设定的Load_shang,施加的载荷的类型为Pressure,大小为372.835Mpa,具体设置如图114所示.图112图113图114第六步,定义接触面.接触面是Abaqus分析中非常重要的一环.进入Abaqus中的Interaction模块,先在Tools->Surface菜单中设置我们要定义的两个相互接触的面.如图115所示,螺栓上的接触面主要是螺纹的下外表,按着Shift键依次将其选中.如图116所示,螺母上的接触面主要是螺纹的上外表,同样按着Shift键依次将其选中.设置接触面的属性.选择Interaction->Manager->Creat中创建接触面,类型选择面和面接触,选择Mechanical->Tangential Behavior,输入摩擦系数为0.14,选择Mechanical->Normal Behavior,承受默认设置,最终设置如图117所示.选择Interaction->Creat,创建螺栓和螺母之间的接触,接触,类型选择刚刚定义的接触类型,设置结果如图118所示.图115图116图118最后,创建任务,承受默认设置,并提交计算.1.4.仿真结果将任务提交计算之后,得到的3维应力云图如图119所示.为了观察更为方便,我们将云图剖开,如图120所示.从云图中我们可以看出,螺栓头部与螺杆相接触的地方的应力较大,螺栓的螺纹处,由于截面发生变化也聚集着较大的应力.由于在仿真过程中,将压力施加在螺母的下外表,因此螺母的下方的变形较大,螺母的下方的几条螺纹的受力较大,顶层的两层螺纹几乎不受力.使用Abaqus中的工具对题目要求的节点的应力进展测量,结果如表1所示.图119图120表1。
螺栓连接有限元分析
1概括螺栓是机载设施设计中常用的联接件之一。
其拥有构造简单 , 拆装方便 , 调整简单等长处 , 被宽泛应用于航空、航天、汽车以及各样工程构造之中。
在航空机载环境下，因为振动冲击的影响，设施常常产生较大的过载，对作为紧固件的螺栓带来强度高要求。
螺栓能否知足强度要求，关系到机载设施的稳固性和安全性。
传统力学的分析方法对螺栓进行强度校核，主假如运使劲的分解和平移原理，解力学均衡方程，借助理论和经验公式，理想化和公式化。
没有考虑到连结零件整体性、力的传达门路、零件的局部细节 ( 如应力集中、应力散布 ) 等等。
经过有限元法，整体建模，局部细化，能够填补传统力学分析的缺点。
用有限元剖析软件供给的特别单元来模拟螺栓连结，过程更方便，计算更精准，结果更靠谱。
所以，有限元在螺栓强度校核中的应用愈来愈宽泛。
2有限元模型的成立关于螺栓的模拟，有多种模拟方法，如多点拘束单元法和梁元法等。
多点拘束单元法 (MPC)即采纳特别单元 RBE2来模拟螺栓连结。
在螺栓连结处，设置此中一节点为从节点 (Dependent) ，此外一个节点为主节点 (Independent) 。
主从节点之间位移拘束关系使得从节点跟从主节点位移变化。
比率因子选为1, 使从节点和主节点位移变化协调一致，进而模拟实质工作状态下，螺栓对法兰的连结紧固作用。
梁元法模拟即采纳两节点梁单元 Beam，其能蒙受拉伸、剪切、扭转。
经过参数设置，使梁元与螺栓几何属性一致。
本文分别用算例来说明这两种方法的可行性。
几何模型如图 1 所示组合装置体，底部拘束。
两圆筒连结法兰经过 8 颗螺栓固定。
端面受结合载荷作用。
图 1 三维几何模型单元及网格抽取圆筒壁中性面建模，采纳四节点壳元 (shell)，设置壳元厚度等于实质壁厚。
法兰处的过渡圆弧处网格节点设置密一些，其余能够相对稀少。
在法兰上下两节点之间成立多点拘束单元(RBE2，算例1, 图3) 或梁元 (Beam,算例 2, 图 4) 来模拟该地点处的螺栓连结。
一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法[发明专利]
![一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/886bdcb9f01dc281e43af09e.png)
专利名称：一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法专利类型：发明专利
发明人：余祖耀,刘彪,魏美容,曾雨昊
申请号：CN202011477205.0
申请日：20201215
公开号：CN112364552A
公开日：
20210212
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属机械结构有限元分析相关技术领域，并公开了一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法。
该方法包括下列步骤：S1模拟并获得瞬态运动对应的温度分布模拟值和应力分布模拟值；利用温度分布模拟值和应力分布模拟值预测稳态运动，获得稳态运动中不同周期的温度分布预测值和应力分布预测值；S2计算并获得稳态运动中各个周期对应的温度分布的计算值和应力分布的计算值；S3分别计算稳态运动各个周期的温度分布预测值和计算值之间以及应力分布的预测值和计算值之间的差值，以此获得预测值和计算值之间的误差，实现热应力分析。
通过本发明，实现瞬态运动的热应力的模拟，有效反映实际的瞬态运动，为实践提供指导意义。
申请人：华中科技大学
地址：430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：华中科技大学专利中心
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预紧螺栓接头变形与应力的二维有限元分析
[收稿日期]20061228[作者简介]张新红(1964),男,1987年大学毕业,讲师,现主要从事工程力学方面的教学与研究工作。
预紧螺栓接头变形与应力的二维有限元分析张新红,冯 定(长江大学机械工程学院,湖北荆州434023)[摘要]建立了预紧螺栓接头的二维轴对称有限元模型,通过有限元计算,给出了承受轴向外力时预紧螺栓接头的轴向力与轴向变形之间的关系、螺栓中轴向力的变化与轴向外力之间的关系,分析了引起预紧螺栓接头中轴向变形随轴向外力非线性变化的原因,同时分析了预紧螺栓接头的相对刚度随轴向外力的变化情况。
这些研究为进行预紧螺栓接头的更精确设计提供了理论思路。
[关键词]预紧螺栓接头;变形;相对刚度;有限元法[中图分类号]T M 564;T H 136[文献标识码]A[文章编号]16731409(2007)01N11003预紧螺栓联接在各种工业装备设施中有着广泛的应用。
通常是采用解析方法对螺栓联接结构的力学问题进行简化的分析,并结合充分的实验结果进行相应的结构设计[1~3]。
由于作了假设,解析计算的误差必然影响到联接结构设计的精度。
笔者将预紧螺栓接头的问题简化为轴对称,建立轴对称有限元模型,通过数值计算,研究预紧螺栓接头的轴向力与轴向变形之间的关系、轴向外力引起的轴向力变化与轴向外力之间的关系以及预紧螺栓接头的相对刚度随轴向外力的变化情况。
这些研究及其结果为利用有限元法进行螺栓联接结构的更精确设计提供了理论思路。
图1 联接示意图1 有限元模型及计算过程建立的预紧螺栓被联接结构的轴对称有限元模型如图1所示。
其中在没有受力前,螺栓杆直径为5 0m m,两端分别与左、右螺头固联;左、右螺头的外径都为10m m,厚度都为5mm;螺栓杆外表面与被联接结构的螺孔内壁之间有0 05mm 的间隙;被联接结构为2个相同的筒型或板型结构,称为左、右法兰,其外半径都为R,厚度都为10mm;在模型中螺栓与法兰之间以及2个法兰之间的对应接触面定义为库仑摩擦接触关系,摩擦系数取为0 1;螺栓的弹性模量E =120GPa 、泊松比 =0 25,法兰的弹性模量E =160GPa 、泊松比 =0 265。
气缸的螺栓连接有限元应力分析
参考文献 1 陈 骥 1 钢 结 构 稳 定 理 论 与 设 计 1 北 京: 科 学 出 版
社, 2006 2 陈铁云, 陈伯真 1 弹性薄壳理论 1 武汉: 华中工学院出
版社, 1983 3 王金诺, 于兰峰 1 起重运输机金属结构 1 北京: 中国铁
道出版社, 2002 4 吴连元 1 板壳结构弹塑性稳定性的有限元分析 1 应用力
( 3) 验证了有限元计算方法适用于气缸螺栓 连接的计算, 对于更加复杂的 螺栓连接问题, 也 可用此方法解决。
参考文献 1 邱宜怀, 郭可谦, 吴宗泽等 1 机械设计 1 北京: 高等教
育出版社, 1997 2 徐灏 1 机械设计手册 1 北京: 机械工业出版社, 2003 3 石秀勇, 李国祥, 胡玉平 1 发动机飞轮螺栓的三维有限
= 1 045 mm 2
R= Fm = 56122 M Pa Ac
静载荷下 螺栓的许用拉应力
[ R] =
Rs [ n]
,
安
全系数 [ n ] = 3。已知螺栓使用材料为 35钢, 屈 服强度 Rs = 315 M Pa。所以 R < [ R] , 静强度设计 合理。
3 螺栓连接有限元分析
螺栓连接的 三维有限 元分析表 明, 螺栓 升角 小于 4b时, 载荷沿螺栓齿的分布几乎不受螺栓升 角的影响, 在轴向载荷的作用 下, 螺栓三 维有限
图 6 有加强肋的支腿梁特征值分析一阶屈曲模态
412 非线性屈曲分析 从非线性分析各 阶屈曲模态可 以得出, 在 一
定载荷作用下, 有加强肋 的支腿梁失稳仍表现 为 局部失稳。随 着载荷增加, 局部 失稳将变成整 体 失稳。失稳极限载荷约为 4 850 kN, 比特征值屈曲 分析极限载荷下降约 1216% 。
螺栓连接地有限元分析报告
1 概述螺栓是机载设备设计中常用的联接件之一。
其具有结构简单,拆装方便,调整容易等优点,被广泛应用于航空、航天、汽车以及各种工程结构之中。
在航空机载环境下，由于振动冲击的影响，设备往往产生较大的过载，对作为紧固件的螺栓带来强度高要求。
螺栓是否满足强度要求，关系到机载设备的稳定性和安全性。
传统力学的解析方法对螺栓进行强度校核，主要是运用力的分解和平移原理，解力学平衡方程，借助理论和经验公式，理想化和公式化。
没有考虑到连接部件整体性、力的传递途径、部件的局部细节(如应力集中、应力分布)等等。
通过有限元法，整体建模，局部细化，可以弥补传统力学解析的缺陷。
用有限元分析软件MSC.Patran/MSC.Nastran提供的特殊单元来模拟螺栓连接，过程更方便，计算更精确，结果更可靠。
因此，有限元在螺栓强度校核中的应用越来越广泛。
2 有限元模型的建立对于螺栓的模拟，有多种模拟方法，如多点约束单元法和梁元法等。
多点约束单元法(MPC)即采用特殊单元RBE2来模拟螺栓连接。
在螺栓连接处，设置其中一节点为从节点(Dependent)，另外一个节点为主节点(Independent)。
主从节点之间位移约束关系使得从节点跟随主节点位移变化。
比例因子选为1,使从节点和主节点位移变化协调一致，从而模拟实际工作状态下，螺栓对法兰的连接紧固作用。
梁元法模拟即采用两节点梁单元Beam，其能承受拉伸、剪切、扭转。
通过参数设置，使梁元与螺栓几何属性一致。
本文分别用算例来说明这两种方法的可行性。
2.1 几何模型如图1所示组合装配体，底部约束。
两圆筒连接法兰通过8颗螺栓固定。
端面受联合载荷作用。
图1 三维几何模型2.2 单元及网格抽取圆筒壁中性面建模，采用四节点壳元(shell)，设置壳元厚度等于实际壁厚。
法兰处的过渡圆弧处网格节点设置密一些，其它可以相对稀疏。
在法兰上下两节点之间建立多点约束单元(RBE2，算例1,图3)或梁元(Beam, 算例2,图4)来模拟该位置处的螺栓连接。
压缩机气缸螺栓拧紧过程有限元仿真
压缩机气缸螺栓拧紧过程有限元仿真摘要：通过运用有限元仿真技术对旋转式压缩机泵体螺栓装配变形进行模拟，结合试验的对比验证，确立了正确、可靠、有效的有限元仿真分析方法，从结构仿真分析、理论知识、试验三方面检讨了螺栓装配对泵体变形的影响，从而展现非线性有限元仿真技术在实际工程问题上的具体应用。
关键词：旋转式压缩机泵体螺栓装配非线性有限元1 前言旋转式压缩机由活塞、气缸、叶片及其背部的弹簧、偏心曲轴和上、下缸盖等主要零件组成。
气缸内孔和活塞均呈圆形，气缸上开有吸、排气口。
排气口上装有排气阀，气缸内装有偏心曲轴，其旋转中心与气缸内孔的圆心重合，活塞安装在曲轴偏心部上，使得活塞外表面与气缸内表面相切，于是气缸内表面与活塞外表面之间形成一个月牙形空间，它的两端被上、下缸盖封着，构成了压缩机的工作腔。
在气缸的吸、排气口之间开一个径向槽，槽内装有能来回滑动的叶片，叶片背部装有弹簧，靠弹簧力将叶片紧紧压在活塞外表面上，将月牙形空间分成两部分：与吸气口相通的部分称为吸气腔；在排气口一侧的部分称为压缩腔。
当偏心曲轴由电机驱动绕气缸中心连续旋转时，吸气腔、压缩腔的容积周期变化，于是实现了吸气、压缩、排气及余隙膨胀等工作过程。
基本结构见图1（a）。
图1：旋转式压缩机基本结构和气缸模型示意图气缸是压缩机的骨架，其上安装着压缩机的主要零部件。
它支承着偏心曲轴转动机构，保证运动件之间的准确相互位置；支承着上、下缸盖等固定件，形成密封的高、低压气腔和气流通道，组织工质的合理流动；承受着大小、方向不断变化的气体力、惯性力及其力矩的作用，为了完成上述功能，气缸的设计必须合理，既要保证具有足够的强度和刚度，又要尽可能减小其质量和整机尺寸。
气缸上加工有吸气孔、排气斜切口、叶片槽、弹簧安装孔，以及固定上、下缸盖的螺纹孔。
其模型示意图见图1（b）。
气缸的变形会影响压缩机的性能，严重时会导致压缩机堵转。
本文通过运用有限元仿真技术对旋转式压缩机泵体螺栓装配变形进行模拟，以及试验的对比验证，确立了正确、可靠、有效的有限元仿真分析方法，从结构仿真分析、理论知识、试验三方面检讨了螺栓装配对泵体变形的影响，从而展现非线性有限元仿真技术在实际工程问题上的具体应用。
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图 4 螺栓结构受载图
313 螺栓材料参数 本文所 用螺 栓的 材料 为 35 钢, 弹 性模 量 为
211M P a, 泊松比 为 0129, 抗 拉强度为 535 MP a,
5起重运输机械 6 2008 ( 9)
屈服强度为 315 MP a。采用普通三角螺栓。螺栓长 度为 108 mm, 公 称直 径 为 42 mm, 螺 距 为 415 mm, 螺栓中径为 391077 mm, 与螺母的旋合长度 为 4015 mm。 314 计算结果与分析
(N )
剩余预紧力 的选取很 重要, 对 于紧密连 接的
压力容器应保证密封面的剩余预紧力大于压力容
器的工作压力, 因此剩余预紧力 F d= ( 115~ 118) F, 本文取 F d= 115F = 115 @ 23 500= 35 250 N, 螺 栓的最 大拉 力 Fm = F + F d= 23 500 + 35 250 = 58 750 N。
d2 ) ) ) 螺栓中径 d1 ) ) ) 螺栓小径 ) 68 )
p ) ) ) 螺距 H ) ) ) 原始三角形高度
图 2 普通螺栓截面尺寸图
螺栓受力分析如下:
气缸盖最大压力
FQ =
PD
2
P
=
4
P7502 4
@ 0185=
375 500
( N)
螺栓工作载荷
F
=
FQ z
=
37516500 =
23 500
参考文献 1 陈 骥 1 钢 结 构 稳 定 理 论 与 设 计 1 北 京: 科 学 出 版
社, 2006 2 陈铁云, 陈伯真 1 弹性薄壳理论 1 武汉: 华中工学院出
版社, 1983 3 王金诺, 于兰峰 1 起重运输机金属结构 1 北京: 中国铁
道出版社, 2002 4 吴连元 1 板壳结构弹塑性稳定性的有限元分析 1 应用力
4 结论
( 1) 螺栓连接接触力主要集中在从传力算起 第 1圈旋合螺栓处, 这与螺栓杆发生断裂 的位置 基本一致, 并且接触力是依次减小的。
( 2) 螺栓连接轴向最大应力亦发 生在第 1 圈 处的螺栓零件上, 有限元计算所得最大应 力与理 论计算相差约 8% , 这是由于有限元计算时使用紧 固约束, 致使计算值偏于保守的缘故。
法研究 1 柴油机, 2007 ( 5): 23) 27
作 者: 佟占胜 地 址: 陕西西安未央区东元路 209号机械传 动所 邮 编: 710054 收稿日期: 2008- 05- 23
) 69 )
从螺栓连接应力图 ( 图略 ) 可以看出最大应 力为 60196 M Pa, 发 生在螺 栓旋合 第 1 圈螺 栓杆 处, 这是符合实际情况的。从螺栓连接接 触力分 布图 ( 图略 ) 可以看出在螺栓旋合第 1圈处接触 力最大。从螺栓连接位移放大图 ( 图略 ) 可以看 出在螺栓旋合第 1圈处接 触紧密, 由于螺 栓连接 被拧紧的原因, 使得第 1圈螺栓连接处分离较大, 以后分离缝隙渐渐减小。
2 螺栓连接的受力分析和强度计算
螺栓连接紧固件 种类很多, 其中普通螺栓 连 接牙型角 A= 60b, 自锁性能好, 螺纹抗剪强度高, 结构紧凑、拆 装方便, 因此得 到广泛 应用。图 2 为普通螺栓截面示意图, 图中
d1 = d - 2 @ 58H d2 = d - 2 @ 38H
H = 23p 式中 d) ) ) 螺栓大径
图 6 有加强肋的支腿梁特征值分析一阶屈曲模态
412 非线性屈曲分析 从非线性分析各 阶屈曲模态可 以得出, 在 一
定载荷作用下, 有加强肋 的支腿梁失稳仍表现 为 局部失稳。随 着载荷增加, 局部 失稳将变成整 体 失稳。失稳极限载荷约为 4 850 kN, 比特征值屈曲 分析极限载荷下降约 1216% 。
中国铁道出版社, 1994 9 曹红松, 欧学柄 1 薄壁箱形结构的力学特性 1 太原机械
学院学报, 1994
作 者: 冯 湘 地 址: 郑州 市幸福路 2 号郑州铁 路职业技术 学院机电
工程系 邮 编: 450052 收稿日期: 2007- 12- 18
气缸的螺栓连接有限元应力分析
安阳工学院 王立新 韩玉坤 中国重型机械研究所 佟占胜
学学报, 1994 ( 9) 5 沈怀荣, 刘守成 1 起重机加肋圆柱壳稳定性的研究 1 起
重运输机械, 1983 ( 10) 6 B1T 利 津 著 1 薄 壁 结 构 设 计 1 北 京: 国 防 工 业 出 版
社, 1983 7 荣国瑞 1 箱形薄壁结构的局部稳定性分析方法 1 河北建
筑工程学院学报, 1999 ( 3) 8 任伟新, 曾庆元 1 钢 压杆稳 定极限承 载力分 析 1 北 京:
( 3) 验证了有限元计算方法适用于气缸螺栓 连接的计算, 对于更加复杂的 螺栓连接问题, 也 可用此方法解决。
参考文献 1 邱宜怀, 郭可谦, 吴宗泽等 1 机械设计 1 北京: 高等教
育出版社, 1997 2 徐灏 1 机械设计手册 1 北京: 机械工业出版社, 2003 3 石秀勇, 李国祥, 胡玉平 1 发动机飞轮螺栓的三维有限
选定螺栓 M 42, 直径 d = 42 mm, p = 415 mm,
H = 01866p = 31897 mm, d2 = 391077 mm, d1 = 371192 mm, 可根据螺栓拉断面状况, 归纳出计算
直径 dc 的经验公式
dc
=
d1
-
H 6
螺栓危险截面面积
Ac =
P 4
d1
-
H 6
2
摘 要: 针对气缸螺栓连接 选择不当造成应力 集中、材 料浪费、制 造工艺 复杂等 问题, 利用 有限元 方法进 行分析, 得到丰富数据, 能够满足设计要 求, 并 对结果 通过理论 计算加 以论证。 此方法 也可用于 受力形 式和约 束条件更加复杂的螺栓 连接的设计。
关键词: 螺栓连接; 气缸; 应力分析; 接触 Abstrac t: Improper pneum a tic cylinder bo lt connec tion w ill lead to stress concentra tion, m ater ia lw aste, com plicated m anufacturing. R e lated fin ite elem ent ana ly sis is conducted, and enough data is obta ined for the design and is ve rified by theoretical ca lculation. T he m ethod prov ided in this paper can a lso be used in design of cy linder bolt connection w ith m ore sophisticated force and constraints. K eywords: bo lt connec tion; pneum atic cy linde r; stress analysis; contact
该轮胎起重机的各复合工况 下最大的压力 载 荷约为 76711 kN, 远小于非线性分析下的失稳 载 荷, 因此在该作用力下支腿梁远不至于失稳。
5 结论
( 1) 通过分析计算得出无加强肋和有加强 肋 的变截面箱形支腿梁的失稳极限载荷及失稳形式;
( 2) 该变截面梁在不断增加的压力作用下 将 由局部屈曲发展到整体屈曲。
图 1a为气缸的真实模型, 图 1b为气缸几何模 型, 图中螺栓连接的形式 为 16个 螺栓均布 ( z = 16) , 连接气缸的法兰盘与缸体, 以保证液压力作 用时法兰盘上螺栓受力均匀。气缸的工作压力 p = 0185 MP a, 气缸内径 D = 750 mm。
图 1 大型气缸模型图 ( a) 真实模型 ( b) 几何模型
= 1 045 mm 2
R= Fm = 56122 M Pa Ac
静载荷下 螺栓的许用拉应力
[ R] =
Rs [ n]
,
安
全系数 [ n ] = 3。已知螺栓使用材料为 35钢, 屈 服强度 Rs = 315 M Pa。所以 R < [ R] , 静强度设计 合理。
3 螺栓连接有限元分析
螺栓连接的 三维有限 元分析表 明, 螺栓 升角 小于 4b时, 载荷沿螺栓齿的分布几乎不受螺栓升 角的影响, 在轴向载荷的作用 下, 螺栓三 维有限
元计算分析 1 中国机械工程, 2006 ( 4): 845) 848 4 宋晋宇 1 柴油机连杆螺栓预紧力的数值分析 1 柴油机设
计与制造, 2006 ( 2): 27) 31 5 杜洪奎, 袁昌明 1 螺栓疲劳寿命预测 1 机械 设计, 2008
( 2): 10) 12 6 李全, 熊平, 陈志忠等 1 柴油机高强度螺栓仿真分析方
1 气缸三维模型的建立
气缸是利用压缩空气驱动输 出轴在一定范 围 内作往复运动的气动执行元件, 可执行物体翻转、 移动、夹紧和 阀门的开关等动作。随着某些特 殊 工作环境越来越复杂, 许 多恶劣的工况需要利 用 气缸等实现无人操作。因 此针对气缸的研究越 来 越受到重视。图 1为某型号的大型气缸模型。
由于螺栓的结构和受力均可视为轴对称问题, 如图 4 所示, 因此只 需在螺栓头部 ( 位置 A 处 ) 加轴向约束, 固定其 X 方向的移动。在对称轴 上 施加径向约束, 固定 其 Y 方向的移动。在螺栓 头 部 (位置 C 处 ) 施加轴向载 荷。此外, 由于螺 栓 和螺母相互接触, 不能把 它们作为一个物体进 行 有限元分析, 将螺栓螺母 分别作为研究对象按 非 线性的接触分析处理 ( 位置 B 处 )。接触问题属于 状态非线性问题, 接触面的分与合随材料、荷载、 边界条件而变化。