锥面蝶簧式锁紧油缸中摩擦环的有限元分析

锥面蝶簧式锁紧油缸中摩擦环的有限元分析徐荣华,王卫英,樊摘要:锥面碟簧式锁紧油缸中,摩擦环受力变形复杂,传统的理论力学分析方式过于繁琐建立了锥面碟簧式锁紧缸摩擦环的有限元分析模型,利用有限元分析软件ANSYS计算得到在不同摩擦环结构下自锁油缸的最大应力、位移和锁紧吨位,可为锥面碟簧式锁紧油缸的设计改进提供必要的理论方法。关键词:自锁油缸;摩擦环;有限元分析:TH13;TB115文献标志码:A:1671-5276(2013)05-0093-02FiniteElementAnalysisofFrictionRinginConeRing-discSpringLockingCylinderXURong-hua,WANGWei-ying,FAN激n-zhu(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,Nan激ngUniversityofAeronautics&Astronautics,Nan激ng,210016,China)Abstract:Inconering-discspringlockingcylinder,thedeformationoffrictionringisincomplicatedloadingcondition,while,itistoocomplicatedtousethetraditionaltheorytoanaliyzethemechanisn.Thispaperestablishes,thefiniteelementanalysismodelofthefrictionringandobtainsthemaximumstress,displacementandlocktonnageindifferentstructuresoffrictionringbymeansoftheFEAsoftwareANSYS.Theresultsprovideatheoreticalbasisfortheimprovementofdesigningconering-discspringlockingcylinder.Keywords:lockingcylinder;frictionring;FEA0引言目前国内外,液压缸的自锁已逐渐脱离传统依靠封堵油路的方法来实现,转而改用依靠机械锁定的方式来实现[1]。锥面碟簧式锁紧缸就是一种新型依靠静摩擦力锁紧的液压缸,其结构简单合理,蝶簧能够产生足够的锁紧力在任意位置处长期锁紧,解锁可靠使用寿命长[2]。摩擦环是其关键技术之一,必须满足材料强度大小合适;若强度太小锁定吨位不够工程实用不大,强度过大将损坏关键零部件。本文在锁紧缸的探讨过程中,发现锥面蝶簧式锁紧缸系列的摩擦环在有缺口结构下其锁紧吨位会得到很大提升,因此计划对现行锥面蝶簧式锁紧缸的摩擦环结构进行优化,在摩擦环总的缺口圆心角不变的条件下,改变摩擦环缺口的数量,同时为优化锁紧缸的体积,将摩擦环厚度由75mm优化为60mm。为验证这种改进方案的可行性,需要对摩擦环进行应力位移的分析与计算,为自锁油缸改进方案提供必要的理论依据。图1锁紧缸三维剖切装配简图2有限元模型的建立2.1装配体增量形式协调方程的建立两个相互接触的弹性块体Ω1和Ω2,具有应力边界1212Γp=Γp+Γp和位移边界Γu=Γu+Γu,而保持整体平衡状态,则整体坐标系xyz下接触系统的有限元方程可写成如下分块形式:1锥面蝶簧式锁紧缸工作原理KrcKrrKccKcrucR=(1)urP锥面蝶簧式锁紧缸剖切结构简图如图1所示,摩擦环位于缸体左侧。显然,该装置的特点是结构简单能够无限地自动持续夹紧,并且锁紧吨位较大且无需单独的锁定和解锁回路。式中:uc及ur分别是可能接触面上节点和其他节点的位移向量。由式(1)的第2式可以得到-1ur=Krr(P-Krcuc)将式(2)代入式(1),可得凝聚后的方程为(2)作者简介:徐荣华(1980-),男,江苏人,硕士。MachineBuildingAutomation,Jun2013,42(5):93~94,107·93·徐荣华,等·锥面蝶簧式锁紧油缸中摩擦环的有限元分析·信息技术·K**ccuc=R+P(3)前面是针对法向接触的,本文零件间有摩擦力,还须定义切线方向接触,可利用罚函数算法求解。对于法向刚度,这是一个相对因子,一般变形问题使用1.0,接触刚度在求解中可自动调整,如果收敛困难,刚度自动减小K*KKK-1K其中:cc=cc-ctrrrcP*=KK-1p(4)(5)rcrr--u=uc1-uc2+ε02.3有限元模型的建立和加载便可得出两物体求解接触问题增量形式的广义协调方程:0Δui=SGΔribiW对应装配体材料参数如表1所示。采用SOLID185单元,对三维模型进行网格划分,有限元模型如图3所示。表1零部件相关参数(6)iΔPee多块体接触分两种情况:1)多个块体多个接触面,2)单体有多个接触面。前者通常须处理刚体位移及接触面分布更复杂,而更具代表性。由此可获得与式(6)形式相同的增量形式的多块体接触广义协调方程。主要项S,G,W集成如下:零件名称材料牌号弹性模量/Mp泊松...

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