基于Creo的液压缸设计及优化
2017-8-15 来源：- 作者：-
0 、引言
随着我国液压技术的发展，作为能源转换的液压缸在工程机械和矿山机械中得到了广泛的应用。液压缸是液压系统中的核心部件，新设计的液压缸的性能对整个液压系统起着决定性的作用。新设计的液压缸如果刚度和强度不能满足实际要求，就会出现液压缸的爆裂、胀裂、断裂、扭曲等现象，爆裂的液压缸如果液压油压力较大，还有可能对设备和人造成二次伤害。而过度增加安全系数，如增加液压缸的壁厚或底厚又会使得液压缸的重量增加，还增加了制造和安装的难度。
目前液压缸的设计还没有一种先进、通用、可靠的设计分析方法，对液压缸的应力分析、强度校核、刚度校核等分析还不成熟。新设计的液压缸采用样品和人工校核的方法费时费力，不能提升设计效率。而采用数字化仿真技术，不但可以省时省力，还能对产品进行仿真，及时进行优化设计。Creo软件在众多软件中有着较多的优点，本文采用Creo软件进行仿真设计。
1 、建模
本次设计的大型液压缸为某设备的400T的柱塞液压缸。设计的技术参数为液压缸内径450mm，液压系统提供的系统压力为21 MPa。
利用Creo软件进行三维建模。建模过程中用拉伸、凸台和旋转等一系列命令可建立液压缸的实体模型，如图1所示。考虑到模型的对称性，在进行分析时可以简化成半个模型进行分析，这样有利于软件对模型进行分析计算，缩短计算时间。简化后的模型如图2所示。
图l 液压缸模型
图2 简化模型
2 、材料选择和施加载荷
首先对缸体的材料进行设置，选择45号钢，密度为7.8e5tonne／mm ，泊松比为0．28，杨氏模量为2．1e5MPa。设置完材料之后进行划分网格。单元网格划分的越密，单元的节点数就越多，计算的结果就越精确。但当单元网格划分细到一定程度时，计算的精度将不会有明显的提升，而计算机的计算量却成倍增加，导致计算时间成指数增长。在分析零件受力时对于应力应变不大的区域可以不进行细分网格。在本设计中，缸壁、缸底和进油口受到高压油的作用，故对这三个区域进行网格细分。在AutoGEM选项中，类型选择“最大元素尺寸”，参照曲面选择缸壁、缸底和进油孔，元素尺寸定义为10mm。进行网格创建，创建了320个元素和10005个节点，计算机用时5．18分钟。而将元素尺寸定义为20mm时则创建了8401个元素和2839个节点，计算机用时仅为0．43分钟。采用后一种尺寸进行创建的模型如图3所示。对模型的固定约束加在头部的底面，全部约束，自由度为零。由于采用了对称模型，故在中间面添加对称约束，以模拟整个液压缸模型的载荷情况。根据液压缸的直径和举重力可粗算出施加载荷为21MPa，将载荷施加在模型的进油口、缸体底面和缸体内表面，如图4所示。
图3 缸体的网格划分
图4 缸体受载荷示意图
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