基于有限元分析的液压缸优化设计
基于ANSYS的环锻液压机结构优化分析
第6期0引言随着风电设备、工程机械、矿山机械、船舶和航空航天等领域的不断发展,环形锻件的应用也越来越广泛。
尤其是在风电设备和工程机械两个领域,环形锻件主要用于偏航和变桨齿圈,大型矿山机械齿圈、回转支撑内外圈以及回转支撑底座的制造。
环形锻件与普通的自由锻等锻造成形相比,具有载荷小、效率高、变形充分均匀、节材、无冲击、低噪声、组织性能好及工作环境好等优点。
环形轧制技术当今已成为先进制造技术中的重要组成部分。
近年来,国内环形锻件企业日益增多,既有资金实力雄厚的老牌国有或外资锻造企业,又有中小民营锻件企业。
市场需求从量到质发生着转变,锻件行业从低端向中高端发生着转移,市场竞争越来越激烈。
为了全面提升中国制造业的发展质量与水平,应对市场需求的变化,提高环形锻件的综合机械性能、材料利用率、工件质量精度和生产效率,就需要对作为环锻轧制生产线中的重要组成部分之一“环锻液压机”提出更高的要求,比如设备公称力、设备刚度等都要求越来越高。
这些变化对液压机的机身设计提出了更高的要求,液压机的机身设计是液压机的重要组成部分,尤其是重量约占整机重量的70%以上。
在提高设备刚度和使用寿命的前提下,如何在机身设计过程中控制成本,减少投入,提高性价比,避免复杂设计,缩短设计周期,实现快速的机身设计和有限元分析优化就显得尤为重要。
鉴于上述原因,文中以40M N 重型环锻液压机机身结构为例,采用Sol i dW or ks 软件对机身结构进行三维模型的建立,然后利用有限元分析软件A N SY S 对模型进行加载仿真分析计算,将液压机机身整体作为研究对象,将应力、刚度、重量等作为参数优化目标,为该类环锻液压机的机身快速设计提供了理论支撑和数据支持。
1环锻液压机的结构特点和技术参数环锻液压机主要由机身、油缸、液压系统和电气系统组成。
机身主要采用拉杆预紧组合框架式结构。
拉杆通过预紧工具加压后,将上横梁、支柱、下横梁拉紧在一起,框架中间安装有油缸、滑块、上砧具、工件、下砧具、工作台等主要组成部分,共同形成一个封闭的受力框架。
汽车液压缸的液压系统动力学分析与优化设计
汽车液压缸的液压系统动力学分析与优化设计液压系统是汽车工程中广泛应用的技术之一，而液压缸作为液压系统中的关键组件，对汽车的性能与安全起着重要作用。
本文将对汽车液压缸的液压系统动力学进行分析，并提出优化设计的方法。
1. 液压系统动力学分析液压系统动力学分析是研究液压系统在工作中的动态特性，包括压力变化、流量变化以及系统响应速度等。
对于汽车液压缸来说，动力学分析是十分关键的，它直接影响到液压缸的工作效率和稳定性。
首先，我们需要研究液压系统中液压缸的压力变化。
液压缸的压力变化是由阀门控制液压油的流动引起的，我们可以通过建立压力方程来对其进行分析。
在建立压力方程时，需要考虑液压缸的工作条件、液压油的流动性质以及阀门的开闭状态等因素。
其次，液压系统的流量变化也是动力学分析的重要内容之一。
流量的变化与液压缸的运动速度密切相关，因此通过分析流量的变化，可以预测液压缸的运动状态。
在进行流量分析时，需要考虑液压油的粘度、管道的阻力以及阀门的流量特性等因素。
最后，我们还需要研究液压系统的响应速度。
液压系统的响应速度反映了液压缸的动作速度，对于汽车的操控和安全性至关重要。
在进行响应速度分析时，需要考虑液压油的流动速度、阀门的开闭时间以及液压缸的负载情况等因素。
2. 液压系统优化设计基于上述动力学分析，我们可以对汽车液压缸的液压系统进行优化设计，以提高其工作效率和稳定性。
首先，需要优化液压系统中的阀门设计。
阀门是液压系统中控制液压油流动的关键部件，其开闭速度直接影响液压系统的响应速度。
通过改进阀门的结构和材料，可以提高其开闭速度，从而提高液压系统的响应速度。
其次，需要优化液压系统中的管道设计。
管道的阻力对液压系统的流量变化有着重要的影响，因此通过改进管道的直径和形状，可以减小管道的阻力，提高液压系统的流量变化。
最后，需要优化液压系统中的工作介质选择。
液压油的性质直接影响液压系统的压力变化和流量变化，因此选择适合的液压油可以提高液压系统的工作效率和稳定性。
HSG型工程液压缸基于ANSYS的有限元分析
文章编号：(编辑给出)HSG型工程液压缸基于ANSYS的有限元分析张士营1张文辉1,2（1.丽水学院工学院，浙江丽水 323000；2. 哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 150001）摘要：HSG型液压缸在工程机械等领域有着广泛用途，当前还缺乏系统的有限元分析方法。
首先针对HSG型液压缸系统分别从力位移、全局应力及局部应力进行了静力计算；进而对液压缸的主要轴向载荷承受部件活塞杆进行了纵向弯曲强度的校核，分析构件稳定性；最后对液压缸系统进行模态分析，通过系统固有频率的计算能够有效避免共振危害的发生。
所提方法与分析结果对于HSG型液压缸研发具有重要借鉴价值。
关键字：有限元；液压缸；静力分析；屈曲分析；模态分析中图分类号：TH11 文献标识码：AFinite Element Analysis for HSG Hydraulic Cylinder Systembased on ANSYSZhang Shiying 1Zhang Wenhui1,2（1.Institute of Technology, Lishui University, Lishui 323000；2.School of Aerospace ,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001;Abstract：HSG type hydraulic cylinder has widely used in engineering machinery and other fields, the system finite element analysis method is still lack in current. First system the global static calculation are done respectively for the force displacement, stress and local stress on HSG type hydraulic cylinder;And then strength check is done for the main axial load components under the piston rod of the buckling, stability analysis of components is done; The modal analysis is carried out on the hydraulic cylinder system, through calculating natural frequency of the system can effectively prevent the occurrence of resonance hazard. The proposed method and the analysis results have important reference value for research and development of HSG type hydraulic cylinder.Key words：Finite element; Hydraulic cylinder; Static analysis; Buckling analysis; Modal analysis收稿日期：2014年05月--日；修订日期：2014年--月--日基金项目：国家自然科学基金项目（61171189）,国家科技支撑计划项目（2013BAC16B02）,浙江省自然科学基金项目（LY14F030005），浙江省公益收稿日期：2014年05月--日；修订日期：2014年--月--日基金项目：国家自然科学基金项目（61171189）,国家科技支撑计划项目（2013BAC16B02）,浙江省自然科学基金项目（LY14F030005），浙江省公益1 引言液压缸是一种将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压元件，具有结构简单，工作可靠的特性，能够在实现往复运动时无需减速装置，没有传动间隙，且运动平稳的优点，在能源、机械等各工业领域及日常设备中有着广泛用途，由于液压缸的刚度、强度、稳定性及振动特性等因素将直接影响到液压缸的使用寿命和工作性能，因此对其进行深入研究具有重要意义[1]-[2]。
液压系统中的液压缸设计与优化
液压系统中的液压缸设计与优化液压系统是一种常见的动力传输和控制系统，广泛应用于工程和机械领域。
其中，液压缸作为液压系统的重要组成部分，承担着将液压能转化为机械能的关键任务。
本文将探讨液压系统中液压缸的设计与优化。
一、液压缸的基本原理液压缸是一种能够直接转换液压能为机械能的装置。
其基本原理是借助液力传递，通过压力作用使油液推动活塞，从而产生线性运动。
液压缸的组成主要包括气缸筒、活塞、密封元件、传动杆等。
当液压缸接收到液压系统提供的压力油后，压力油进入气缸筒的一侧，将活塞推向另一侧，从而带动传动杆运动。
液压缸的工作过程中，需要满足密封性好、承载能力高、运动平稳等要求。
二、液压缸的设计指标在液压缸的设计过程中，需要考虑以下几个主要指标：1. 力矩和力的要求：液压缸的设计需要满足所需输出力矩和力的要求。
根据工作环境和应用场景的不同，液压缸所需的力矩和力将有所差异。
2. 自重和加载负荷：液压缸在工作时需要克服自重和加载负荷，因此需要根据实际情况确定液压缸的承载能力和稳定性。
3. 运动速度：液压系统中的液压缸的运动速度需要与机械设备的运作速度匹配。
运动速度太快可能导致过载和损坏，而速度太慢可能降低工作效率。
4. 尺寸与重量：液压缸的尺寸和重量直接影响安装和使用的灵活性。
设计过程中需要考虑液压缸的尺寸与重量对机械系统的影响。
三、液压缸的优化设计方法为了满足液压缸的设计指标并提高性能，可以采用以下方法进行优化设计：1. 选择适当的密封结构：密封结构的合理选择对于液压缸的工作性能至关重要。
应选择质量好、密封性能稳定可靠的密封结构，以减小泄漏风险。
2. 优化内部结构：合理设计液压缸内部结构，包括活塞的设计、传动杆的选择和导向装置的设计等。
内部结构的优化可以提高液压缸的工作效率和控制性能。
3. 选用合适的材料：液压缸的工作环境要求其具有良好的抗压、耐腐蚀和磨损性能。
应选择适合的材料，提高液压缸的使用寿命和可靠性。
4. 优化液压缸的控制方式：液压缸的控制方式包括单向控制和双向控制。
ANSYS Workbench的液压油缸多目标优化设计
证 产 品强度 、 刚度 、 形 等条件 下通 过优 化设 计使 产 变 品小 型化 、 轻量 化是 现代 制造 产业追 求 的 目标 ． 压 液 油 缸作 为车 辆 ， 船舶 的重要 动 力装 置设备 之一 ， 小 其 型化 、 轻量 化不 仅节 省 了材 料 ， 少 了生 产 成本 ， 减 而 且 也 降低 了运输 成本 ， 高 了产 品的竞 争力． 提 因此 液
组 成． 由于 整个 系统 的对 称结 构 ， 模 时只须 建 出其 建 对 称 的一半 模 型 即可 ． 系统 在 活 塞 杆完 全 伸 出时 工
况 最 为恶劣 ， 以 以活 塞 杆 此 时 的 液压 油 缸 为 研 究 所
整 个 系统有 三处 接触 ： 活塞 与缸筒 内壁 的接 触 ，
ＡＮＳ ｏｋ ｅ ｃ ＹＳＷ ｒ ｂ ｎ ｈ的液 压 油 缸 多 目标 优 化设 计
彭 先 勇 ，陆 中 良。 ，李 受人 。 ，王 雪 萍
（ １武 汉 第二 船 舶 设 计研 究 所 ， 北 武 汉 ４ ０ ６ ；２武 汉理 工 大 学 物 流 工 程 学 院 ， 北 武 汉 ４ ０ ６ ） 湖 ３０４ 湖 ３ ０ ３
［ 关键词］液压油缸 ；Ａｎｙ ｒｂ ｎｈ；多 目标优化 ｓｓ Ｗｏｋ ｅ ｃ
［ 图 分 类 号 ］ＴＨ１７ ５ 中 ３．１ ［ 文献 标 识 码 ］ Ａ ：
随着经 济 的发 展 和科 学 技 术 的 突 飞猛 进 ， 场 市
制 单元 尺 寸 为 ０ ０ 划 分 的 网格 如 图 １所 示 ， ． １ｍ， 共
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集 中在 缸筒部 分 ． 因此 缸筒 部分 是研究 的重 点．
基于ANSYS的大型柱塞缸缸体的优化设计
Ｏｐｔ ｉ ｍｕｍ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｃｙ ｌ ｉ ｎｄｅ ｒ ｏ ｆ Ｌａ ｒ ｇ ｅ Ｐｉ ｓ ｔ ｏ ｎ Ｃｙ ｌ ｉ ｎ ｄｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳＹＳ
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型如 图 １ 所示 。 ３ ． ２ 单元 的选择
快锻 液压 机 的柱 塞 油 缸 这类 较 复 杂 的结 构用 三 维实 体单元 描述 它 的结 构 ， 以便 能 反 应 真 实工 况 ， 利 用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对 实体模 型进 行三 维建模 得 到缸体 的有 限
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｆ ｏ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ；ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｐ ｌ ｕ ｎ ｇ ｅ ｒ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ；ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ；ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ；ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
发动机缸体有限元分析及优化设计
发动机缸体有限元分析及优化设计摘要：发动机缸体结构复杂，壁厚差大，容易出现应力集中现象，因此在设计阶段对缸体结构进行优化设计具有重要意义。
本文论述了发动机缸体有限元分析及其优化设计。
关键词：发动机缸体；有限元分析；优化设计发动机是汽车的动力装置，其性能直接影响汽车的使用性能。
根据发动机的发展，对发动机的设计提出了两个要求：即油品的适应性强及尽可能降低缸体振动。
因此，有必要运用理论分析方法对发动机缸体进行分析计算，为设计制造出更稳定、体积更小的的发动机缸体做出基础性研究。
一、发动机缸体简介发动机是一种能把其它形式的能转化为机械能的机器,它既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器。
发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。
而缸体是发动机的五大部件之一，是发动机安装所有零件的基础。
发动机通过缸体将发动机的曲柄连杆机构和配气机构，以及供油、润滑、冷却等机构联接为一个整体。
此外，发动机缸体的材质一般为灰铁。
因缸体工作环境潮湿，且高温、高载荷、摩擦剧烈，所以要求缸体具有高强度、高硬度、高耐磨性及良好的散热性，而灰铁能满足高强度和硬度及高耐磨性等要求，而且工艺性能、减振性、切削加工性能优良，同时成本较低，缺点是重量较大。
所以现在越来越多缸体采用铝合金材料，因其能减轻缸体的重量。
二、有限元法概述有限元法也称为有限单元法或有限元素法,基本思想是将求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互连接在一起的单元组合体,寻求物理场的数值解。
它是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
传统的产品生产过程首先有专家依据经验初步设计出产品,然后据此做出模型,再做出成品。
成品完成后,再进行试验,对设计上的问题进行修改。
进行重新设计、制造、试验分析。
这不但耗费大量的时间,还耗费了大量的人力及物力。
计算机的发展和广泛应用改变了这种状况,提高了产品开发、设计、分析和制造的效率及产品性能。
基于ABAQUS软件的液缸盖与液缸头接触有限元计算分析
Ｚｈａｏ Ｃｕｎｒａｎ Ｚｈａｎｇ Ｈｅｘｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００３，Ｃｈｉｎａ）
图１０定义边界
１１深色区域，此区域的最危险部位为结点３０２８，其 最大主应力为５９．５ ＭＰａ，远小于材料３５ＣｒＭｏ的屈 服值４４１ ＭＰａ；由此得知，螺柱材料也能满足受力强 度。
图１１实体受力云图ＭＰａ
液缸盖与液缸头密封处的最危险部位为结点 ３１０４，最大应力４０．８ ＭＰａ。
图９定义载荷
２．７作业提交和监控 进入Ｊｏｂ功能模块，提交分析作业。
st气液缸主要由气缸头缸体推动柱塞缓冲活塞液缸头液缸盖密封件等组成其主要功能是完成不同模拟件的推动动作二者在气液缸中的装配情况见图5液压缸是液压系统的主要运动受力部件之一它在工作中所受的各种外载荷复杂机械负荷严重工作条件恶劣因此液压缸的可靠性一直是人们在设计液压系统中关注的热点作为液压缸的两个主要组成部分它们的性能直接决定液压缸的可靠性本文研究的液缸盖与液缸头属于螺栓连接装配结构在高压状态下工作螺栓受力状态以及液缸盖与液缸头之间的接触应力都是研
图３ ２对轮轴图形
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图４ ２２对轮轴图形
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基于有限元分析的液压缸优化设计引言：
液压系统在现代工程中扮演着重要的角色，其中液压缸作为液压系统的核心元
件之一，被广泛应用于各个领域。
液压缸的设计优化是提高系统效率和可靠性的关键环节之一。
本文将探讨基于有限元分析的液压缸优化设计方法，旨在提高其工作性能和使用寿命。
1. 液压缸工作原理
液压缸是将液压能转化为机械能的装置，通常由缸筒、活塞和活塞杆组成。
液
压油通过控制阀进入液压缸的两端，推动活塞和活塞杆产生线性运动。
2. 液压缸设计参数
液压缸设计的关键参数包括缸径、缸程、工作压力、活塞杆直径等。
这些参数
的合理选择对液压缸的性能至关重要。
3. 有限元分析在液压缸设计中的应用
有限元分析是一种工程设计常用的计算方法，通过将结构分割成有限个小单元，在每个小单元上建立近似方程，然后通过求解方程组得到结构的应力、应变和位移等物理量。
在液压缸设计中，有限元分析可以用于评估结构的强度、刚度和疲劳寿命等重要指标。
4. 优化设计目标
液压缸的设计优化目标是提高其工作效率、减少能耗和延长使用寿命。
通过有
限元分析，可以对液压缸各个部件进行结构优化，以实现这些目标。
5. 液压缸缸筒设计优化
液压缸缸筒的设计优化主要包括减少重量和提高刚度两个方面。
通过有限元分析，可以确定更合理的材料和结构参数，减少结构的应力集中和变形。
6. 液压缸密封件设计优化
液压缸的密封件对其密封性能和工作寿命有着重要影响。
通过有限元分析，可
以评估密封件的接触压力、温度分布和变形情况，以优化密封设计。
7. 液压缸活塞杆设计优化
液压缸活塞杆承受着很大的弯曲和拉压力，其设计的合理性直接影响液压缸的
使用寿命。
有限元分析可以评估活塞杆的强度和刚度，优化其设计以提高液压缸的可靠性。
8. 液压缸循环寿命预测
通过有限元分析，可以预测液压缸的循环寿命，以评估其可靠性。
根据结构的
应力水平和载荷循环数，可以采取合适的方法进行寿命预测和结构改进。
结论：
基于有限元分析的液压缸优化设计方法可以有效地提高其工作性能和使用寿命。
通过对液压缸各个部件的结构优化，可以减少能耗、提高效率和延长寿命。
然而，在实际应用中，设计者还需要综合考虑其他因素，如成本、制造工艺和可维护性等，以实现最佳设计方案。
希望本文对液压缸的优化设计提供一定的理论和实践指导。