CN103455666A - 一种板框式液压机机架预紧梁与c形板接触面结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种板框式液压机机架预紧梁与C形板接触面结构，其特征在于预紧梁与C形板的接触区域由普通平面与B样条曲面构成，C形板一侧接触区域为普通平面，预紧梁一侧接触区域为B样条曲面，B样条曲面由预紧梁一侧接触区域截面均匀分布的a、b、c、d四个坐标点连成的曲线扫掠而成，所述四个坐标点的位置参数系采用应力集中系数作为目标函数，选择四个坐标点的x向坐标作为设计变量，优化的数学模型为：求X＝(x₁,x₂,x₃,x₄)^T，使min f(X)＝α_σ，其中，0≤x_j，1≤j≤4，并求出最优解X^*后而获得。与现有技术相比，本发明减小了预紧梁与C形板接触区域的局部高应力，其最大等效应力由210MPa降低到53MPa，改善了应力分布状况，提高了液压机使用寿命。

Description

一种板框式液压机机架预紧梁与C形板接触面结构

技术领域

本发明涉及一种组合结构高应力区使应力均匀化的结构，特别是涉及一种板框式液压机机架预紧梁与C形板接触面结构。

背景技术

组合板框式机架是大型液压机本体的主要结构形式之一，如图1所示，板框式液压机机架由预紧梁1、C形板2、上十字键3、下十字键5和大拉杆4等关键部件组成，预紧梁、C形板和十字键通过大拉杆预紧成一个整体，是整个机架中最关键的承载结构，工作时除承受着较大的预紧力外，同时还承受着工作载荷的作用，其强度和刚度对于整机的安全和产品的质量有着重要作用。如图2所示，目前的板框式液压机机架的预紧梁1与C形板2之间都是平面与平面之间的接触，此种接触状态在机构承载之后，由于接触面间的变形不协调，易于导致接触面处的应力分布不均匀，存在特高应力区，甚至导致接触面发生局部塑性变形，造成预紧梁或C形板损坏，进而影响液压机的使用寿命。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种减小板框式液压机机架预紧梁与C形板接触区域局部高应力的接触面结构。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种板框式液压机机架预紧梁与C形板接触面结构，其特征在于：预紧梁与C形板的接触区域由普通平面与B样条曲面构成。

本发明所述C形板一侧接触区域为普通平面，所述预紧梁一侧接触区域为B样条曲面。

本发明所述B样条曲面由预紧梁一侧接触区域截面均匀分布的a、b、c、d四个坐标点连成的曲线扫掠而成。

本发明所述四个坐标点的位置参数系采用应力集中系数作为目标函数，选择所述四个坐标点的x向坐标作为设计变量，设计变量有4个，优化的数学模型为：求X＝(x₁，x₂，x₃，x₄)^T，使min f(X)＝α_σ，其中，0≤x_j，1≤j≤4，并求出最优解X^*后而获得。

本发明主要是将原有C形板与预紧梁的接触区域的形面由平面接触改为平面与B样条曲面接触，即C形板一侧接触区域为普通平面，预紧梁一侧的接触区域为B样条曲线扫掠成的曲面。当预紧梁与C形板之间的接触压力增大后，预紧梁一侧的B样条形面发生弹性变形或较小的塑性变形，未与C形板平面接触的部分逐渐向与之接触的平面贴近，理想情况下则是曲面通过变形之后接近为平面。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、改善了接触区的受力状态，大幅降低了接触区域的等效应力极值，避免了特高应力区的存在，使预紧梁和C形板之间接触区域的应力分布更趋于均匀。

2、避免接触区域因发生局部的塑性变形导致预紧梁与C形板的结构损坏，进一步提高了板框式组合机架的可靠性。

附图说明

图1是板框式液压机机架结构简图；

图2是现有技术预紧梁与C形板接触面结构示意简图；

图3是现有技术预紧梁与C形板承载后接触区域应力分布图；

图4是本发明预紧梁与C形板承载后接触面结构示意图；

图5是本发明C形板与预紧梁承载后接触区域应力分布图。

图中：1-预紧梁，2-C形板，3-上十字键，4-大拉杆，5-下十字键，6-现有技术预紧梁与C形板接触区域节点应力分布趋势曲线，7-现有技术预紧梁与C形板承载后接触区域平均应力分布曲线，8-本发明预紧梁与C形板承载后接触区域节点应力分布趋势曲线，9-本发明预紧梁与C形板承载后接触区域平均应力分布曲线。

具体实施方式

如图4所示，本发明C形板2与预紧梁1的接触区域的接触结构由平面与B样条曲面构成，即C形板一侧接触区域为普通平面，预紧梁一侧的接触区域为由该接触区域截面均匀分布的a、b、c、d四个坐标点连成的曲线扫掠成的B样条曲面。

B样条曲面接触形面采用序列二次规划法优化算法得到，采用预紧梁1与C形板2接触区域的应力集中系数作为目标函数，即:

min α_σ＝σ_max/σ_ave     (1)

其中， ${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ave}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_i}{n}---\left(2\right)$

式中：σ_max——接触区域的最大等效应力(MPa)，

σ_ave——接触区域的平均等效应力(MPa)，

n——接触区域的节点数量；

B样条曲面接触形面优化共有4个设计变量，分别为预紧梁与C形板接触区域截面均匀分布的四个曲线点的x向坐标。采用应力集中系数作为目标函数，预紧梁1和C形板2的接触宽度为60mm，接触区域B样条两边缘坐标和B样条中间两点坐标分别为a点(x₁,60)、b点(x₂,42)、c点(x₃,21)、d点(x₄,0)。将四个位置点的x向坐标作为设计变量，优化的数学模型为：求X＝(x₁,x₂,x₃,x₄)^T，使min f(X)＝α_σ，其中，0≤x_j，1≤j≤4。B样条曲线方程为

其中P_i为控制顶点，N_i,4(u)为B样条基函数。最终得到最优解X^*＝[0.046,0.042,0.055,0.079]^T，预紧梁接触区域B样条曲线形面尺寸参数为a点(66.954,60)，b点(66.958,42)，c点(66.945,21)，d点(66.921,0)。从图5可以看出，本发明的C形板与预紧梁接触区域的最大等效应力为53MPa，与图3所示的采用现有技术的接触区域的最大等效应力210MPa相比，降低了157MPa。通过这种B样条曲线形面的变形，有效改善了接触区域的受力状态，显著的降低了等效应力的极值，避免了特高应力区的存在。

Claims (4)

1.一种板框式液压机机架预紧梁与C形板接触面结构，其特征在于：预紧梁与C形板的接触区域由普通平面与B样条曲面构成。

2.根据权利要求1所述的一种板框式液压机机架预紧梁与C形板接触面结构，其特征在于：所述C形板一侧接触区域为普通平面，所述预紧梁一侧接触区域为B样条曲面。

3.根据权利要求1或2所述的一种板框式液压机机架预紧梁与C形板接触面结构，其特征在于：所述B样条曲面由预紧梁一侧接触区域截面均匀分布的a、b、c、d四个坐标点连成的曲线扫掠而成。

4.根据权利要求3所述的一种板框式液压机机架预紧梁与C形板接触面结构，其特征在于：所述四个坐标点的位置参数系采用应力集中系数作为目标函数，选择所述四个坐标点的x向坐标作为设计变量，优化的数学模型为：求X＝(x₁，x₂，x₃，x₄)^T，使min f(X)＝α_σ，其中，0≤x_j，1≤j≤4，并求出最优解X^*后而获得。

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