基于ANSYS的油缸缸体改良设计

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基于ansys及加速寿命试验台对油缸单耳环活塞杆杆头断裂进行设计改进

结论：的相组织和硬
图纸要求，
因45#钢的淬透高,心部无透，存量 i
体的片层状先渗碳体受热后发
程度的溶
，重出不规则的渗碳体现象，所
到杆
心部的体大均匀，由于其主要组织仍为珠
体加体，且硬
图纸要求，认为组织对
本次裂纹产生无
。
2.3改进方案
优化
的结构，
增加减
小残余应力的加强筋（见图7），与优化前相同的力，通过
注
1
优化前 2F
1.5 Hz
+75000
45000
不满足
杆头
台架要求
2 优化后 2F 1.5 Hz +75000 240000 满足
杆头
台架要求
（下转第41页）
图6所示，当控制电流低于195.2 mA时,泵出
口流量为0,控制电
195 mA且逐渐增大到
588.7 mA时,泵出口流量也从0增加至76.05 L/min,
先经锻造加工而成，调质热处
理
焊与
。如图4所，
到
端与底端存造后的切边，切边
好处
于宏断
要疲裂纹
上，与疲裂
纹的有着的关系％切边在活塞杆表成台
阶，活塞杆表面的应力分布，特别
负
大时，切边形成的台阶产生的力会成倍增
加。对优化前的杆头进行ANSYS有分析，发现
其应力最大的
实物断裂的相吻合（见图5 ），
(Liuzhou LiuGong Hydraulic Components Co.，Lth.，Liuzhou 545006，China)
Abstract: In this paper，the failure analysis of the rod head fracture of single earring piston rod of an engineering machinery cylinder wat carried out. The main reasons for the Fracture of the rod head of the single Earring piston rod is pointed out. The stress concentration at the variable section of the piston rod head of single earring leads U excessive residual stress under the condition that the blank forging process meets the design requirements. From this point of view，the residual stress at the variable section of the single earring piston rod head is optimized. The optimized structure is analyzed by ANSYS software. The eSectiveness of improvement measures is verified by the 2F bench test and the muec-bath smae-bath es/ot/hewhoeemathcneon /heatteeeeaed ecteeeecabcecyes/benth ot/hetyecndee.Fcnaey， /hean c-tacgueseeng/h ot/hescngeeeaecngpcson eod head undeeeceemecondcconscscmpeoeed. Key wordt: single earring rod head; residual stress； stress concentration； bench test； machine test； variable cross section

基于 ANSYS 的液压油缸再制造技术方法可行性分析

基于 ANSYS 的液压油缸再制造技术方法可行性分析黄大明;江代祥;李跃朋;杨春兰【摘要】为了探讨零件在结构上或技术上再制造的可行性，针对采用修理尺寸法在对进行再制造的零件作机械加工中要去除表面层厚度，以消除其表面缺陷及恢复其形状精度时，会在一定程度上削弱零件的强度或刚度的问题，本文选择了工程机械中的动臂油缸和转斗油缸作为研究对象，应用ANSYS有限元分析软件分别对其在缸壁厚度因机械加工减少0.5 mm和1.0 mm后的力学性能进行分析，通过计算缸体在原设计条件下的应力场和位移场，了解缸体结构加工后的应力应变情况，为采用修理尺寸法进行油缸再制造和确定缸体的再制造修理尺寸及其标准化提供理论依据。

计算结果显示，缸体加工后零件最大应力处的安全系数分别为1.63、1.57和1.47、1.41，最小的数值仍然在1.2～1.5的设计安全系数推荐值范围内，表明再制造加工后的油缸缸体能满足强度、刚度要求，采用修理尺寸法进行油缸的再制造是可行的。

%A study was conducted for remanufacturing feasibility of used parts at the levels of struc -ture and technology concerning the issue that the repaired part's strength and stiffness may somehow decline while the surface thickness of remanufacturing parts is modified during the process of machi-ning to eliminate the surface defects and to restore geometric accuracy by means of size repair meth-ods.A boom cylinder and a rotating bucket cylinder was selected as the objects for study .Their me-chanical properties were analyzed by ANSYS , while their wall thickness was cut by 0 .5 mm and 1.0 mm.The stress field and the displacement field of cylinder block were also calculated in origi-nal geometry condition , with an assumption that the stress and strain of cylinder block modifiedgeo-metrical size can provide theoretical basis for defining the scale and standardization of restoring geo -metrical size.The result shows that with an original safety factor of 1.66 for a boom cylinder at max-imum stress , the safety factors are 1.63 and 1.57 when the surface cutting were 0.5 and 1.0 mm for the repaired cylinder blocks , and the minimum safety factors are still in the range of design limita-tion of 1.2~1.5 .Thus the repaired cylinder block can meet the demands of the strength and rigid-ness, suggesting that size repair method is feasible for the cylinder block remanufacturing .【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】7页(P1040-1046)【关键词】修理尺寸法;液压油缸;再制造技术;可行性分析【作者】黄大明;江代祥;李跃朋;杨春兰【作者单位】广西大学机械工程学院，广西南宁 530004;广西柳工机械股份有限公司，广西柳州 545007;广西大学机械工程学院，广西南宁 530004;广西大学机械工程学院，广西南宁 530004【正文语种】中文【中图分类】TH17;TH240 引言绿色环保、可持续发展、循环再利用是当今全球共同关注的焦点，再制造以其具有巨大资源潜力、显著经济效益和明显环保作用，成为在节能减排大环境下作为先进制造技术的重要部分和发展方向。

基于ANSYS的液压缸优化设计方法

关键词：限元；部件；化设计有零优
中图分类号：Ｈ１７文献标志码：文章编号：００４５（０２１－１９０Ｔ３Ｂ１０－８８２１）０００－３１问题的提出
体代数方程组，人边界条件后即可对方程组求解。计由于单元的个数和节点的数目都是有限的，以称为所
要提高设计质量，强产品的竞争力，增就要突破传
统设计，究优化设计方法。研有限元法的基本思想是：先把一个原来连续的首
示、明及半透明显示（透可看到结构内部）图形方式显等示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
参考文献：
研究方向：机械设计与制造。［］陈菊平，３李敬东．卸卷小车升降控制回路故障分析［］Ｊ．
流体传动与控制，０（）４４．２６，２：３— ４０
［］王良辉．１全液压卷材小车［］液压与气动，００（）２Ｊ．２０，１：５
ＣＨＥＮａ — ａｇＸｉｏｇｎ
（庆三峡职业学院，庆万州重重
４４５）０１５
摘
要：文通过运用有限元分析软件ＡＳＳ建立了液压缸的有限元分析模型，该ＮＹ求解得到了应力应变
分布云图，并根据有限元分析结果，对该零件进行了结构优化设计和改进。
１Ｏ１

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]。

基于ANSYS-Workbench的BY004-1型轴向柱塞泵缸体的结构优化

结构参数对优化结果影响的一些规律。优化后的缸体体积减小了１６．１６％，且满足原工况要求，有效地优化
了缸体结构，节约了成本。
关键词：缸体；结构优化；ＡＮＳＹＳ — Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ；响应曲面
中图分类号：ＴＨ１３７．５文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１３）０７－００３３０－４
ＪＩＡＯＭｉｎｇ．ｈｕａ，ＱＩＵＴｉｎｇ，ＹＵＪｉａｎ．ｗｅｉ＇
（１．合肥工业大学摩擦学研究所，安徽合肥２３０００９；２．安徽省粉末冶金技术工程中心，安徽合肥２３０００９）
鉴于经验设计出的产品尺寸参数和结构相对保守，性能难以达到最佳，本研究采用了数值模拟的方法，基于刚度和强度条件下的优化设计。应用ＡＮＳＹＳ．Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ有限元分析软件，通过对柱塞孔壁厚、柱塞孔圆心分度圆半径与体积、应力、应变等关系进行探讨，
通过响应曲面的形式来观察设计变量的变化对性
◆
图边界条件施加
本节主要对缸体在工作过程中缸孔受压、缸体端
面受压力场作用和缸体位移约束进行分析。
１）缸体端面压力场的施加
按对数衰减规律，假定泄漏槽的压力为０ＭＰａ，缸体端面不同区域的压力为］：

基于Ansys Workbench的液压油缸压稳特性计算0311修改

图 3 线性屈曲分析流程图计算完成后，得到如图 4 的结果，安全系数为 1.7311，所以线性失稳的临界载荷 =1.7311×323269.88=559612.49N。
图 1 某加长型翻斗缸活塞杆总成的约束模型先考察活塞杆总成本身的压稳特性，本文
后面接着考察油缸总成的压稳特性，其中在
图 4 活塞杆总成的线性屈曲计算结果根据机械设计手册单独对活塞杆总成的压
图 6 加长型翻斗缸总成的线性屈曲计算结果 4 结论
本文利用 Ansys Workbench 软件，对某加长型翻斗缸的活塞杆总成进行线性屈曲和非线性屈曲计算，并对比结果，对油缸总成进行线性屈曲计算；将部分计算结果与用传统的计算方法得到的结果进行对比，在机械设计手册的基础上对油缸压稳特性的计算方法实现了一定突破，应用本文的计算方法可校核较复杂油缸总成的压稳特性，指导油缸可靠性改进等。
活塞杆杆头销轴处 C 施加朝向活塞方向的轴承力，在与导向套配合处 A、活塞与缸筒配合处 B 施加柱面约束，在活塞杆总成最有段施加固定约束。
进行计算，得到图 2（总变形）的结果。
图 2 某加长型翻斗缸活塞杆总成受压变形计算结果
将静力分析结果导入线性屈曲分析，求解完成后，分析流程如图 3 所示；
这种计算方法得到的P 值趋于保守。采用非等截面计算法得到的P 值与实际情况接近。其计算公式为
P
J
式中 k—形状系数，可以查阅设计手册得到
装载机上油缸的安装形式往往与表 1 中的 4 种形式都不能完全对应，安装形式属于两端铰接而且度无刚性导向；另外油缸的活塞杆存在变径，有些加长型油缸还可以在活塞杆上加限位套来控制活塞杆外露长度，这样如果直接用设计手册上的经验公式计算，得到的结果跟实际会有较大差异。 3 基于 Ansys Workbench 的液压油缸压稳特性分析 1）分析某装载机加长型翻斗缸的活塞杆总成的压稳特性

ANSYS Workbench的液压油缸多目标优化设计

ＣＡＥ等现代设计方法是产品设计的发展趋势．保在
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，
ＡＮＳｏｋｅｃＹＳＷｒｂｎｈ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４０６；２武汉理工大学物流工程学院，北武汉４０６）湖３０４湖３０３
［关键词］液压油缸；Ａｎｙｒｂｎｈ；多目标优化ｓｓＷｏｋｅｃ
［图分类号］ＴＨ１７５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００划分的网格如图１所示，．１ｍ，共
倒Ｉ５８坦ｌ５６
１４５ｌ２５ｌ
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

ＳＹＳｉｓｅｘｐｌｏｒｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｔｕｆｆｅｄｏｉｌｃｙｌｉｎｄｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓ，ｓｔｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｓｓｃｏｎ —
ＯｐｔｉｍｕｍＤｅｓｉｇｎｏｆＣｙｌｉｎｄｅｒｏｆＬａｒｇｅＰｉｓｔｏｎＣｙｌｉｎｄｅｒＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ
ＨＡ０Ｌｉ — ｈｏｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＢｏｗｅｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＬａｎｚｈｏｕＧａｎｓｕ７３０１０１，Ｃｈｉｎａ）
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ＡＮＳＹＳ对实体模型进行三维建模得到缸体的有限
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕｉｃｋｆｏｒｇｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓ；ｌａｒｇｅｐｌｕｎｇｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ

ANSYS Workbench的液压油缸多目标优化设计

ANSYS Workbench的液压油缸多目标优化设计彭先勇;陆中良;李受人;王雪萍【摘要】Focusing on Hydrocylinder,this research takes advantage of Ansys Workbench to simulate it numerically,where optimizes the quality of hydrocylinder is optimized by using the professional optimizer Design Xplorer,which offers effective support for the miniaturization and reduction in weight of hydrocylinder.%以液压缸筒为研究对象,利用Ansys Workbench对其进行了数值仿真,并利用其特有的专业优化模块De-sign Xplorer对液压缸筒的质量进行了优化,为液压缸筒的小型化,轻量化提供了有效依据.【期刊名称】《湖北工业大学学报》【年(卷),期】2011(026)004【总页数】4页(P79-81,92)【关键词】液压油缸;Ansys;Workbench;多目标优化【作者】彭先勇;陆中良;李受人;王雪萍【作者单位】武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;武汉理工大学物流工程学院,湖北武汉430063;武汉理工大学物流工程学院,湖北武汉430063;武汉理工大学物流工程学院,湖北武汉430063【正文语种】中文【中图分类】TH137.51随着经济的发展和科学技术的突飞猛进,市场对产品提出越来越严格的要求.依靠经验设计的产品其结构及尺寸参数相对保守,耗材过多,成本过高,性能难以达到最佳.由经验设计向采用CAD/CAE等现代设计方法是产品设计的发展趋势.在保证产品强度、刚度、变形等条件下通过优化设计使产品小型化、轻量化是现代制造产业追求的目标.液压油缸作为车辆,船舶的重要动力装置设备之一,其小型化、轻量化不仅节省了材料,减少了生产成本,而且也降低了运输成本,提高了产品的竟争力.因此液压油缸的优化有着重要的现实意义.本文以某种型号的液压缸为研究对象,运用Ansys Workbench有限分析工具及其优化模块,对缸壁厚度、活塞行程与应力、应变、质量等关系进行探讨,提出了其小型化、轻量化的最优解.1 液压油缸系统建模、网格划分液压油缸系统的零件比较多,由于细部的零件挡环,阀座等部件对于整体的影响不大,所以建模时将其忽略.简化后模型主要由缸筒部分和活塞部分组成.由于整个系统的对称结构,建模时只须建出其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,所以以活塞杆此时的液压油缸为研究对象.在Pro/E中建模(当前缸筒壁厚25.5 mm,缸筒的内径115 mm,行程1096 mm),简化后的模型如图1所示.通过ANSYS Workbench与Pro/E的接口将其导入.采用物理结构自动网格划分功能,控制单元尺寸为0.01 m,划分的网格如图1所示,共含有节点130867个,单元73224个.整个系统有三处接触:活塞与缸筒内壁的接触,将其定义为无摩擦接触;活塞与缸筒底壁部分的接触,将其定义为不分离接触;活塞杆与缸筒部分的接触,将其定义为无摩擦接触.对于液压油缸系统的负载主要有三个,一端铰的固定负载,无杆腔的压力载荷,一端铰接的外负载.无杆腔工作压力为31.5 GPa,折算到外负载的为1200 kN.由于选取了工作台结构的1/2进行分析,故还要施加对称约束.加载,得到系统的应力、径向应变云图(图2).由图可以看出,缸筒部分应力相对集中,主要处于100～200 MPa,而且内壁部分的应力高于外壁部分应力,但是相对于45钢的屈服极限360 MPa,还有很大的优化空间.径向应变也主要集中在缸筒部分.因此缸筒部分是研究的重点.2 理论计算及影响液压油缸重量因素分析影响液压缸重量的因素主要有缸筒的壁厚、缸的长度(活塞行程)和缸筒所用的材料.同时液压油缸为高压容器,其缸筒厚度、活塞的行程和材料决定了其能够承受压力.因此在压力一定的情况下,缸筒的轻量化、小型化即对壁厚和行程的优化或者是选用其他的材料.按钢制压力容器标准得如下应力、应变计算[1].缸筒应力其中:Di为缸筒的内直径;pc为内压力;δe为缸筒的厚度.缸筒的轴向应变式中:L为缸筒原长度;Δ l为轴向变形量;E为拉压弹性模量.缸筒径向应变由式(1)～(3)可以看出缸筒的应力、应变与缸筒的厚度、内直径直接相关.分别代入Di=230 mm,pc=31.5 MPa,δe=25.5 mm,E=2.1 GPa,计算出理论的σt=158 MPa,ε=0.207 mm,ε'=0.1 mm.与有限元计算结果的较为相近,说明了有限元计算可信.因此,以下通过有限元计算方式来进行相关的问题研究.以上计算结果和Ansys-Workbench应变云图可知缸筒部分的应变较小,最大的径向应变仅0.1 mm,可不考虑应变部分的影响.以缸筒质量为优化目标,分别考虑其在材料允许的应力范围内的最小化.用Ansys Workbench的目标驱动优化分析模块进行仿真计算[2].2.1 缸筒壁厚与缸筒应力、质量的关系控制缸筒的内径和行程不变,定义缸筒的壁厚为变量,由仿真计算得出其与缸筒的应力、质量的关系如图3、图4所示.2.2 缸筒内径与缸筒应力、质量的关系控制缸筒的壁厚和行程不变,定义缸筒的内径为变量,由仿真计算得出其与缸筒的应力、质量的关系如图5、图6所示.2.3 活塞行程与缸筒应力、质量的关系控制缸筒的壁厚和缸筒内径不变,定义活塞的行程为变量,由仿真计算得出其与缸筒的应力、质量的关系如图7、图8所示.图8 活塞行程与缸筒质量的关系3 优化设计由以上仿真分析的结果可以得缸筒的应力随着缸筒的壁厚的增加而减少,随着缸筒的内径的增加而增加.缸筒的应力与活塞行程无关.因此液压缸系统的轻量化主要从壁厚和内径着手.以当前缸筒壁厚25.5 mm为例阐述其优化过程.取缸筒的材料为45钢,其弹性模量取E=210 GPa,泊松比μ=0.3,密度ρ=7800kg/m3,屈服极限为360 MPa,取安全系数为1.5,则材料对应的可以承受最大应力为360/1.5=240 MPa.由图3看出当前壁厚25.5 mm时,对应的缸筒部分应力为173 MPa,因此该缸存在优化的空间.由图4可以看出当取壁厚17.5 mm左右时,缸筒部分的应力大约为239 MPa,此时材料应力性能发挥到最大.设定该部分的优化的目标如下:最大应力≤240 MPa,其优先级为最高;质量在应力满足条件下取最小值,其优先级次之;变形量优先级最低[3].由计算机计算得到的推荐优化解如表1所示.由表1可以看出壁厚取值17.4 mm时比较合适.将该值再回代入原模型计算得出相应的值如下表2所示.表1 优化解Candidate Points缸筒壁厚/m缸筒应力/GPa缸筒应变/m缸筒质量/kg Candidate A 0.0174 240 1.1776×10-4101.63 Candidate B 0.0194 219 1.0781×10-4109.86 Candidate C 0.0214 202 9.969×10-5 118.21表2 回代入原模型校核值Candidate Points缸筒壁厚/m缸筒应力/GPa缸筒应变/m缸筒质量/kg ResponsePoint 10.0174 240 1.1776×10-4101.63表3 优化前后各项数据对比Candidate Points缸筒壁厚/m缸筒应力/GPa缸筒应变/m缸筒质量/kg优化前0.0255 176 8.6995×10-5 135.7优化后 0.0174 240 1.1776×10-4 101.6由表3可以看出,优化以后缸筒部分的应力较优化以前增加,但仍在安全系数的范围内,应变也仅为0.11 mm,但是缸筒的质量由135.7 kg降到了101.kg,降低了25%.可见优化计算后的缸筒材料得到更好的发挥,重量得以减轻.以缸筒内径做优化与以缸筒壁厚优化类似,不再赘述.换作其他材料时,将相关材料的性能参数更改即可,不再赘述.4 结束语本文应用ANSYS Workbench的有限元计算及多目标优化设计功能,对影响液压缸系统的内部应力因素进行了分析.以缸筒壁厚部分的优化为例,阐述了在满足系统应力,应变要求的前提下,减轻缸筒质量.与传统的方法相比,该设计方法提高了材料的利用率,降低了企业的生产成本,为此类系统的相似部件结构优化和其他系统的结构优化设计提供了一种高效、可行的方法.[参考文献][1]全国压力容器标准技术委员会.GB 150-1998钢制压力容器[S].北京:石油工业出版社,1998.[2]李兵.ANSYS Workbench设计、仿真与优化[M].北京;清华大学出版社 2008.[3]浦广益.ANSYS Workbench12基础教程与实测详解[M].北京:中国水利水电出版社,2010.。

液压缸系统基于ANSYS的有限元应力分析

第４２卷第４期
Ｖｏ１．４２Ｎｏ．４
河南科技学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｇｌｏｂａｌａｎｄｌｏｃａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｐｒｏｄｕｃｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ，ＴｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＡＮＳＹＳｈａｖｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｖａｌｕｅｓｏｒｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅｓｅａｒｃｈ．
关键词：液压缸；有限元；静力分析；应变分析
中图分类号：ＴＨ１１
文献标志码：Ａ
文章编号：１００８ — ７５１６（２０１４）０４ — ００６７ — ０３

基于有限元分析的液压缸优化设计

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。

基于ANSYS的发动机缸体模态分析

基于ANSYS的发动机缸体模态分析文章以某四缸发动机缸体为研究对象，采用ANSYS软件进行模态分析。

首先在UG软件中建立发动机缸体的三维实体简化模型；然后将发动机缸体的模型导入ANSYS软件中划分网格；最后采用自由模态方式进行分析，获得发动机缸体的各阶固有频率和振型，分析发动机工作时外在激励对缸体的影响，为发动机缸体的优化设计和动力学分析提供理论依据。

标签：发动机缸体；实体模型；有限元；模态分析；振型1 概述发动机缸体是构成发动机的基体，起着保证发动机的动能产生和动力输出的作用。

发动机工作过程中，缸体承受着气缸内混合气燃烧所产生的爆发力、活塞连杆往复运动惯性力等周期性的载荷，这些载荷形成周期性激励。

发动机缸体质量较大，振动时对整车的影响也较大。

为了防止周期性的激励引起发动机缸体的共振，需要获得其固有频率和振型，从而在设计时避开外在激励频率，因此有必要因此有必要分析发动机缸体的模态。

典型的无阻尼模态分析是经典的特征值求解问题[1]：式中，K-刚度矩阵；？啄i-第i阶模态的特征向量；Wi-第i阶模态的固有频率；M-质量矩阵。

发动机缸体为铸造的箱体类零件，其表面上分布着各种凸台、加强筋和轴承孔，内部有气缸套、水套、油道孔和一些纵、横隔板等，结构很复杂，无法用单一的数学模型进行模态分析。

随着计算机硬件和软件技术的发展，采用计算机进行有限元分析已经成为一种切实有效的方法。

ANSYS是一种通用工程有限元分析软件，广泛应用于汽车、机械、电子、航空航天等各种领域[2]。

虽然ANSYS软件具有强大的有限元分析功能，但其几何建模功能相对较弱，在ANSYS软件中对复杂的发动机缸体建模相当困难。

因此，本文先在三维建模软件Unigraphics（以下简称UG）中建立发动机缸体的三维实体模型，然后导入ANSYS中进行模态分析。

2 发动机缸体实体模型本文以某四缸柴油机缸体为研究对象。

建立有限元模型时，理论上应详细表达缸体结构特征以准确分析，但模型过于复杂会导致难以计算，因此有必要对缸体模型进行简化。

综合应用数字化设计技术实现液压缸缸体优化设计

４４
维普资讯
ｒ
信 ■啊代１
Ｌ２００８年■ ３Ｊ期
１＿Ｓ≤ Ｈ ≤ ２Ｓ５
１２Ｏ≤ Ｓ≤ ３００２７０≤ Ｈ ≤ ４５０２７０≤ Ｔ≤ ４５０
１＿５Ｓ≤ Ｔ≤ ２ＳＲ１ ≤ Ｒ１≤ Ｒ１～
变量为Ｔ、Ｓ、、ＲＨ、Ｒ１Ｒ、４。
、
Ｉｌ
｛／／『
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１３约束条件．
ｒ
＿
广２１
．
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Ｉ
优化算法采用序列二次规划法，据设计的装配尺寸、根加
【．数字化液压缸优化设计关．词ｌ【
０引言
液压缸是液压机中的重要部件，液压缸的设计往往采用对经验公式的方法，后再用校核公式对其进行强度方面的校核之
【１ｌ
。
表１液压缸缸体设计参数
ＳＭ＜ＳＧＳＺ＜ＳＧ
ＳＴ＜ＳＧ
优化目标是在保证计算应力低于材料许用应力的情况下，体的重量最轻，缸法兰上部圃角和缸体底部圃角没有缸体
中段应力大，所以在设计变量中设为定值，目标函数即为下
ｉＧＨＴ软件的优化算法与ＡＮＳＳＩＹＳ结合，对缸体结构尺寸进行优化。这样就可以得到合理的设计尺寸。

基于有限元方法的液压缸结构优化设计

σＤ
ꎻ
[ σＤ ]
(３)
ｆ３ ( ｘ) ＝
σｄ
ꎻ
[ σｄ ]
(４)
式中Ａ为缸体截面积ꎬσ Ｄ为缸体受到的应力ꎬ[ σ Ｄ ] 为缸体材料的许用应力ꎬσ ｄ为活塞杆受到的应力ꎬ
[ σ ｄ ] 为活塞杆材料的许用应力ꎮ
１. ３总目标函数
总目标函数为
ｆ( ｘ) ＝ ω１ｆ１ ( ｘ) ＋ ω２ｆ２ ( ｘ) ＋ ω３ｆ３ ( ｘ) ＝ ω１Ａ＋ ω２
[ 中图分类号] ＴＨ１３７. ５１ [ 文献标识码] Ａ
液压缸作为液压传动系统中最常见的一种液压执行元件 [１] ꎬ广泛应用于各类工程机械中ꎬ其性能
的好坏ꎬ直接影响到机械设备的工作性能和使用寿命ꎮ 目前ꎬ传统的液压缸设计是凭经验建立初始设计
方案ꎬ然后采用结构力学的方法对零件的结构强度、刚度和稳定性进行校核与分析ꎬ对不符合要求的地
２０１９年１０月陕西理工大学学报( 自然科学版)
第３５卷第５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ( ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)
Ｏｃｔ. ２０１９
( 陕西理工大学机械工程学院ꎬ 陕西汉中７２３０００)
[摘要] 为了减小液压缸的重量ꎬ提高产品使用寿命ꎬ对某型号液压缸进行了静力学仿真ꎬ
得到了液压缸的变形、应力参数ꎮ 优化设计时以缸体内孔半径、缸体壁厚、活塞杆半径尺寸参
数为输入参数ꎬ液压缸的变形、应力、质量为输出参数ꎬ通过ＡＮＳＹＳ软件仿真分析获得了液压
１. １设计变量
设计变量为
ｘ＝ [ Ｄδｄ] ꎬ
(１)
ｆ１ ( ｘ) ＝Ａꎻ

基于有限元分析的无空程自散热油缸设计

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014年份图1油缸市场行业活力系数图引言随着人民生活水平的不断提高、健康意识的日趋增强，健身器材的市场越来越广阔。

这就为健身器油缸的发展赢得了广阔的市场空间(见图1)。

但是油缸在运行的同时会产生大量的热，这些热量如不能及时散去，会导致油温升髙，液压油黏稠度降低，油缸作用下降，从而严重影响油缸性能，严重时甚至会导致整个系统瘫痪；另一方面，因油缸在生产过程中会混入空气，气油混合，运行过程中会出现空程、振动、液压油氧化变质及噪声大等现象，排气工艺有待深入研究。

针对现有油缸的不足，本文研发的自散热防空程油缸，通过设计液压油缸的自散热系统及排气系统，改善现有油缸使用中存在的问题，提高油缸的使用寿命，避免了产品使用过程产生空程的缺陷，对推进油缸发展进程有着重要的意义。

同时，设计的产品制造技术先进、工艺简单，预计将具有广阔的市场前景。

1液压油缸有限元分析以有限元分析软件ANSYS 为主要工作平台，建立了液压油缸模型。

根据实际工况对其约束与载荷作了有效处理，并对其散热进行了结构化分析，得到油缸缸体空程与热量的产生规律。

在测试过程中，因油压及空气致使油缸容易温度过高，借助于有限元分析结果，对油缸的散热结构和排气装置进行研究。

针对油缸的工作性质，应用流体传动与控制技术，优化自散热油缸的总体结构设计(如图2)，通过对油路行程的分析及精确计算，确定采用散热、排气相结合的一体式油缸结构设计方案，通过热传导的计算，利用高低温试验机优化散热器结构设计，提高油缸的整体散热效率。

2油缸自散热恒温系统设计分析现有油缸在工作过程中会产生高温的缺陷，通过对产生高温的原因进行采样分析和热力学计算，利用液压油循环工作的原理，研制出一套自散热恒温系统，降低油缸运行温度，保持温度稳定在40丈，实现了油缸在工作过程中温度的自动调节，增加油缸使用寿命以及提高油缸运行的稳定性。

基于ANSYS的起竖油缸下支座拓扑优化

基于ANSYS的起竖油缸下支座拓扑优化
摘要：将起竖油缸下支座三维模型导入ANSYS进行拓扑优化，优化后的模型在
保证刚强度要求的前提下质量减小了27.7 %，实现了减重的目的。

关键词：拓扑优化 ANSYS
1引言
起竖油缸在工程机械中应用十分普遍，为保证其在使用过程中安全可靠，通
常都在设计其下支座时设置了充足的设计余量导致产品过重。

为了给下支座减重，通过ANSYS进行拓扑优化[1][2]。

2起竖油缸下支座拓扑优化分析
起竖油缸下支座优化前模型如图1a)所示。

为保证安装，设置优化部分和非优化部分。

图2
采用SIMP（变密度法）进行拓扑优化，将优化目标设为体积减小50%，选用OC法进行
拓扑优化求解，最大循环12次。

拓扑优化结果如图1b），根据拓扑优化结果优化模型如图1c），优化前后对比见表1。

表1 优化前后对比
3结论
为了将起竖油缸下支座减重，通过ANSYS进行了拓扑优化，优化结果在保证刚强度的前
提下质量减小了27.7%。

参考文献:
[1]罗震，陈立平，黄玉盈，等.连续体结构的拓扑优化设计[J].力学进展，2004,34（4）：463-476.
[2]周克民，李俊峰，李霞.结构拓扑优化研究方法综述[J].力学进展，2005,35（1）：69-76.。

基于 ANSYS 的大型柱塞缸缸体的优化设计

基于 ANSYS 的大型柱塞缸缸体的优化设计郝立红【摘要】以减轻液压缸重量和延长使用寿命为优化目标，采用有限元分析软件ANSYS对液压机的柱塞油缸进行结构优化设计，得到详细的应力、应变分布图以及应力集中和最大变形位置，根据分析结果，优化设计方案，并进一步采用ANSYS软件对优化前后的液压缸进行了有限元分析，以验证优化方案的正确性。

%Reducing the weight and extending the life of hydraulic cylinder are taken as the optimizing objective, software AN-SYS is explored to optimize the stuffed oil cylinder structure of hydraulic machine.The stress, strain distribution, stress con-centrated and maximum deformation location are obtained.Based on the results, the design programmer is optimized.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】2页(P118-119)【关键词】快锻液压机;大型柱塞油缸;优化设计;有限元;应力分析【作者】郝立红【作者单位】兰州交通大学博文学院机电工程系,甘肃兰州,730101【正文语种】中文【中图分类】TS201.55液压缸是液压机中重要的零部件之一，随着液压机的大功率化和高速化，快锻液压机的使用在我国越来越广泛。

大型柱塞式液压缸是快锻液压机的主液压缸的其中一种，也是目前应用非常广泛的快锻液压机的主液压缸，其强度、刚度和稳定性对液压机系统的安全起着决定性作用。

针对快速锻造压力机大型柱塞油缸进行分析、设计与研究，利用ANSYS workbench的仿真、优化功能，对快锻液压机的柱塞油缸进行结构优化设计，对提高使用寿命，增加经济效益具有重要意义［1］。

基于ANSYS的挖掘机液压油缸结构设计

基于ANSYS的挖掘机液压油缸结构设计
汪春晖;王伟晓
【期刊名称】《液压与气动》
【年(卷),期】2012(000)012
【摘要】现代工程机械主要是液压系统,尤其是全自动液压挖掘机,而液压缸是挖掘机的执行机构,其性能直接影响整车性能.基于ANSYS有限元分析软件对6t用铲斗油缸进行强度分析,有限元计算结果满足设计要求.通过装机耐压和耐久性试验验证了油缸结构设计的正确合理性.
【总页数】3页(P113-115)
【作者】汪春晖;王伟晓
【作者单位】三一重机有限公司小挖公司,江苏昆山215300;三一重机有限公司小挖公司,江苏昆山215300
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.51
【相关文献】
1.基于ADAMS的液压挖掘机铲斗挖掘力优化与油缸动力学仿真分析 [J], 林庆钻
2.基于ANSYS/Workbench举升油缸液压管的流固耦合分析 [J], 谭璀璨
3.基于ANSYS Workbench的液压油缸压稳特性计算 [J], 李大
4.基于ANSYS的挖掘机铲斗油缸用Y形圈温度场分析 [J], 赵敏敏;谭锋;黄乐
5.基于ANSYS的大型液压启闭机油缸支铰座结构研究与优化 [J], 王启行;王磊
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