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液壓缸是液壓式剪枝機(jī)中的重要部件之一，在機(jī)械中占有重要地位，在對其零部件的設(shè)計和強(qiáng)度及剛度有限元分析中，有限元已成為一種十分有效的手段。本研究采用有限元法對液壓缸缸體在工作狀態(tài)中的應(yīng)力和變形進(jìn)行了分析和計算。
在對液壓缸缸體進(jìn)行有限元分析時，首先必須建立正確的力學(xué)模型，包括分析結(jié)構(gòu)的離散化，載荷和邊界條件的確定。
通過分析發(fā)現(xiàn)，液壓缸缸體的結(jié)構(gòu)、作用載荷及約束條件都是軸對稱的，本文按它的軸對稱特性進(jìn)行了單元網(wǎng)格的劃分，共劃分了719個單元(其中邊界單元125個)，423個節(jié)點(diǎn)，4個約束點(diǎn)，9組邊界單元法向載荷，計算壓強(qiáng)p=4X10h。
經(jīng)計算得出各節(jié)點(diǎn)的位移及應(yīng)力最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在缸體內(nèi)側(cè)面上，在節(jié)點(diǎn)238處，軸向應(yīng)力QZ=107.3MPa，徑向應(yīng)力QY=119.6MPa，并且在其附近節(jié)點(diǎn)上都是拉應(yīng)力，液壓缸底部內(nèi)、外側(cè)的軸向應(yīng)力az和缸體內(nèi)外側(cè)徑向應(yīng)力Q}在絕大部分節(jié)點(diǎn)上都是壓應(yīng)力。在液壓缸底部油孔處是內(nèi)層受壓，外層受拉。
另外，截取三個主要斷面。
①液壓缸內(nèi)側(cè)面上應(yīng)力值大于外側(cè)面上應(yīng)力值，在缸體側(cè)面上徑向應(yīng)力QY絕大部分為壓應(yīng)力，在缸體與底面交接處附近為拉應(yīng)力。軸向應(yīng)力QZ在缸體和底面上絕大部分都為壓應(yīng)力。
②周向應(yīng)力，幾乎都是拉應(yīng)力，只有在缸體底部內(nèi)側(cè)靠近中心部位和缸體外側(cè)接近底面部位為壓應(yīng)力，而且拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓應(yīng)力。
③液壓缸的最大應(yīng)力區(qū)是在缸體內(nèi)側(cè)與底部交接處節(jié)點(diǎn)238附近，徑向為節(jié)點(diǎn)236-240，軸向為節(jié)點(diǎn)194-248，在此區(qū)域內(nèi)各向應(yīng)力都為拉應(yīng)力，即三向受拉，節(jié)點(diǎn)238各向應(yīng)力都很大，是個危險點(diǎn)。在液壓缸設(shè)計時，應(yīng)對此部位予以注意。
④軸向應(yīng)力aZ與主應(yīng)力鞏，徑向應(yīng)力QY與主應(yīng)力Q，除在最大應(yīng)力區(qū)外，幾乎完全相等。周向應(yīng)力ae在缸體內(nèi)側(cè)分布規(guī)律與其它應(yīng)力不同，其最大值不在最大應(yīng)力區(qū)內(nèi)，而在缸體內(nèi)側(cè)上部節(jié)點(diǎn)354-360，366-368處145.54MPa。
⑤在液壓缸底部支承點(diǎn)處(節(jié)點(diǎn)11-14)受三向壓應(yīng)力，其中節(jié)點(diǎn)13壓應(yīng)力值為QZ=-56.17MPa， QB=-13.75MPa，az=-59.06MPa，QAY=-45.8MPa。
液壓缸受載后缸體產(chǎn)生變形。最大變形部位是在缸體中間處，節(jié)點(diǎn)為354-372，其中節(jié)點(diǎn)360的節(jié)點(diǎn)位移變形后向外凸起呈腰鼓狀。缸體底部變形向外凸起，在節(jié)點(diǎn)223處，uZ=0.0090mm，yr =-0.0008mm，最大變形的節(jié)點(diǎn)位移值并不大，小于0.02mm。
設(shè)計一個液壓缸缸體，必須注意它的強(qiáng)度和剛度，通過對液壓缸缸體的有限元分析，得出在缸體內(nèi)側(cè)與底部交接處是高應(yīng)力區(qū)，在設(shè)計時要重點(diǎn)考慮此處的強(qiáng)度問題。在缸體中間處變形最大，所以在設(shè)計時要重點(diǎn)考慮此處的剛度問題，使設(shè)計出的缸體既符合強(qiáng)度條件又符合剛度條件。
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