基于CAE的塔机油缸耳环强度校核及优化.pdfVIP

精密制造与 自动化 2011年第 1期 基于CAE的塔机油缸耳环强度校核及优化 张立平 黄海涛 汪中厚 上海理工大学 机械工程学院 (200093) 上海机床厂有限公司 (200093) 摘 要 耳环是塔机油缸的一个重要的零部件，由于耳环的受力情况复杂、工作环境恶劣及耳环与销轴的接触方 程较强的非线性，试图通过材料力学来精密校核耳环的强度问题是非常困难的事情。基于CAE仿真技术，针对某 厂生产的油缸机构，借助CAE软件ProM／ECHANICA建立油缸的仿真模型，分析并校核了油缸耳环的强度。针对 耳环的薄弱环节利用PROE／分析功能对耳环进行优化，对耳环强度的校核以及优化方法为其他部件的优化提供了 参考。 关键字 轴孔接触分析 仿真 液压油缸 强度校核 优化 塔机油缸 的上端连接爬升架，下端连接塔 身，主要用于支撑塔顶的重量，一旦发生断裂，极 有可能造成设备的损坏、从而导致中断塔机的正常 工作、造成严重的经济损失。 但是油缸的传统校核方法主要考虑油缸的压 杆稳定问题，以及主要依据材料力学近似地评价油 缸各零部件 的强度 问题 。尤其是油缸 的耳环部 图2 油缸耳环示意图 件 ，受力情况 比较复杂，工作环境比较恶劣，如果 设计与使用不当，都会在工程 中有断裂的情况发 耳环圆角的位置处的Vonmises应力和第一主应力 生。因此，非常有必要对耳环进行强度校核。 有所降低，耳环的安全因数有所提高。因此我们的 针对某厂依照传统设计方法设计的塔机油 优化方法是可行的。 缸，在 PRO／ENGNEER 中建立如图 1所示的油缸 三维模型，耳环模型如图2所示。 1 油缸耳环强度的CAE分析 1．1 油缸CAE模型的建立 1．1．1 Pro／MECHANICA的特点 Pro／MECHANICA 为 PRO／ENGNEER 的子模 块，它们具有单一的数据库，可以对数据共享，不 存在因为数据格式的转换和数据丢失等 问题影响 精度…。本文采用 CAE分析软件 Pro／MECHANICA 耳 对油缸进行分析 。 1．1．2 CAE模型的建立 图1 油缸的三维装配图 油缸的实际安装位置如图3所示。 根据油缸的使用工况及设计参数，工作压力是 耳环工况比较复杂，在设计中用材料力学来精 20MPa。缸筒的内径为 140ITIII1。在实际的工况中， 确校核耳环的强度 比较困难，因此利用 CAE仿真 油缸受到与轴线的夹角为 2。的力的作用，根据压 分析方法精确地求解带有间隙的轴孔接触问题，得 力换算为31t。 到耳环的各个应力分布 。根据第一主应力云图，针 根据油缸的实际工况，在 PRO／MECHANICA 对耳环应力较大的部位进行优化。优化的结果表明， 中施加如下的边界条件：在耳环与销轴及缸底与销 张立平 等 基于