１ １２ ｄｏｉ：１０．１ １８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—４８５８．２０１６．０２．０２１ 液压与气动 ２０１６年第２期 飞机液压缓冲瓶应力分析及优化设计 谢春稳，张玮，周新铭，史新芳 （中国航空工业第一一六厂民机机载设备研究所，河南新乡４５３０１９） 摘要：介绍了一种新型缓冲瓶结构，具有容积可调与耐高压的特点。基于有限元软件ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋ— ｂｅｎｃｈ对不同容积工作状态进行了仿真分析，优化了设计参数，在满足重量、外形尺寸及调节容积的要求下， 降低了产品的应力水平，提高了产品的安全系数，并通过试验验证了其正确性。 关键词：缓冲瓶；容积可调；强度分析；ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 中图分类号：ＴＨ１３７文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１６）０２－０１１２－０４ Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｔｒｅｓｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｈ—ｔｙｐｅ Ｆｉｌｔｅｒ ＸＩＥ Ｃｈｕｎ—ｗｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ，ＺＨＯＵ Ｘｉｎ—ｍｉｎｇ，ＳＨＩ Ｘｉｎ—ｆａｎｇ （Ａｉｒｂｏｒｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ，ＡＶＩＣ ＮＯ．１ １６ Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ，Ｈｅｎａｎ ４５３０１９） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ Ｈ—ｔｙｐｅ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｏｌｕｍｅ ｂｙ ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ａｎｄ ｏｐｔｉ— ｍｉｚｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｗｅｉｇｈｔ，ｓｉｚｅ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｉｍ— ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ．Ａｎｄ ｉｔｓ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈ—ｔｙｐｅ ｆｉｌｔｅｒ，ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｖｏｌｕｍｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ，ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 引言 表１缓冲瓶－眭能要求 液压系统中压力脉动主要由液压泵和马达产生， 压力脉动会影响液压系统的工作稳定性，有时甚至会 引起液压元件和液压管路系统的振动与损坏…。因 此，要采取适当的措施对液压系统的压力脉动进行抑 性能参数 工作温度／℃ 额定压力／ＭＰａ 耐压压力／ＭＰａ 调节容积／ｍＬ 外形尺寸／ｒａｍ 重量／ｋｇ 数值 一５５～７０ ２１ ６３ ３０～８Ｏ ＜ｄ，８ｏ×１６０ ＜１．３ 制。Ｈ型旁路滤波器也称缓冲瓶，旁接在液压泵出口 管路上，利用油柱共振原理形成反相波来衰减特定频 率段内的脉动，结构简单、衰减效果好、具有宽频滤波 的特性，适用性较强 Ｊ。在关于液压系统脉动抑制研 究的多篇文献中均提及缓冲瓶的应用 ｌ４ Ｊ，但对于缓 冲瓶的具体设计方法介绍较少。随着飞机对液压功率 容积可调式缓冲瓶结构如图１所示，由管接头、保 护圈、密封圈、活塞杆、壳体、背紧螺母和铅封等零件组 成，其中接头与壳体以及活塞杆与壳体之间均采用螺 纹连接和径向密封方式。通过旋转活塞杆使之上下移 动来调整缓冲瓶容积的大小，以满足匹配液压系统的 需求的不断提高，液压系统压力级别不断提升 ，对 缓冲瓶的强度及滤波性能也提出了更高的要求。本研 究介绍了一种容积可调式缓冲瓶，其耐压压力高达 ６３ ＭＰａ，运用有限元数值仿真软件ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 对缓冲瓶在不同容积下的受力情况进行了分析，优化 了设计参数，为同类型产品的设计提供参考。 １设计要求与初始方案 阻抗需求，减小压力脉动。容积调定后，通过背紧螺母 锁紧，工作过程中容积不发生变化。 收稿日期：２０１５－０６—１５ 根据飞机液压系统的需要，缓冲瓶性能应满足表 １中的要求 作者简介：谢春稳（１９８７一），男，河南新乡人，硕士，主要从事 飞机机载设备设计工作。 ２０１６年第２期 液压与气动 ｌ １５ 为螺纹圈数。 螺纹牙危险剖面受到的弯曲应力按以下公式 计算 ： ｚ： Ｚ＝—＿ （３）（３） ￣ｒＤ—６Ｆｆｂ２ｕ 【４），．、 式中，２为螺纹危险截面的受到的弯曲力臂，ｍｍ；Ｄ 为螺纹中径，ｆｉｌｍ；ｏ－为螺纹危险截面的受到的弯曲应 力，ＭＰａ。 经计算，接头与壳体连接处螺纹及活塞杆与壳体 连接处螺纹受到的剪切应力分别为１２４．０６ ＭＰａ和 １７０．６７ ＭＰａ，受到的弯曲应力分别为３２２．２３ ＭＰａ和 ４４３．２８ ＭＰａ，均小于表２中相应的许用剪切应力和许 用弯曲应力，螺纹强度满足要求。 基于最优方案加工装配产品，对其强度进行试验 验证。耐压试验过程如图８所示，在６３ ＭＰａ压力下保 持５ ｍｉｎ，加压过程中产品无泄漏，压力卸载后检查产 品外观无变形，强度满足要求。 图８缓冲瓶耐压试验 ４结论 本研究设计了一种容积可调式新型高压缓冲瓶， 运用有限元仿真软件ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对不同容积 工作状态的应力进行了仿真分析，对结构参数进行优 化，有效降低了产品应力水平，采用常规计算方法校核 螺纹的强度。基于仿真优化结果进行样件试制，试验 验证了设计的正确性。结果表明： （１）随着工作容积的增加，在载荷面积增加及结 构变化的综合影响下，应力呈现增大的趋势，并且最大 应力的分布位置也发生了变化，采用减小承压内径的 方法使产品最大应力降低为初始方案的７９％； （２）接头和活塞杆内腔圆角承受径向载荷与轴向 载荷的综合作用，壳体下部圆角因受到剪切、弯曲综合 机械载荷，在这些位置会产生较高应力，采用增大圆角 的方法使应力水平平均降低了３２．５％； （３）活塞杆与壳体采用适当的螺纹连接，既能够 实现容积可调的功能，同时也满足强度要求。 参考文献： ［１］ 陈耿彪，贺尚红．液压脉动滤波技术研究［Ｊ］．液压气动 与密封，２０１５，（３）：１０—１３． ＣＨＥＮ Ｇｅｎｇｂｉａｏ，ＨＥ Ｓｈａｎｇｈｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｕｌｓａ— ｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆ Ｓｅａｌｓ，２０１５，（３）：１０—１３． ［２］ 郭生荣，卢岳良．液压能源系统压力脉动分析及抑制方法 研究［Ｊ］．液压与气动，２０１１，（１１）：４９—５１． ＧＵＯ Ｓｈｅｎｇｒｏｎｇ，ＬＵ Ｙｕｅｌｉａｎｇ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙ— ｓｉｓ ａｎｄ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｅｒｙｇ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｃｈｉ— ｎｅｓｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ＆Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ，２０１１，（１１）：４９—５１． ［３］柯兵，卢岳良高压泵压力脉动抑制技术研究［Ｊ］．液压 与气动，２０１３，（１０）：９０—９５． ＫＥ Ｂｉｎｇ，ＬＵ Ｙｕｅｌｉａｎｇ．Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｐｕｌｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ ＆Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ，２０１３，（１Ｏ）：９０—９５． ［４］ 焦生杰，卡玛尔，林涛．Ｈ型液压滤波器的合理应用［Ｊ］． 长安大学学报（自然科学版），２０１０，３０（４）：９７—１０１． ＪＩＡＯ Ｓｈｅｎｇｊｉｅ，Ｋａｍａｌ Ｗａｓｈａｈｉ，ＬＩＮ Ｔａｏ．Ｔｈｅ Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ Ｔｙｐｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｉｌｔｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇ ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒｌａ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ），２０１０，３０ （４）：９７—１０１． ［５］ 付永领，荆慧强．航空液压系统脉动衰减技术的发展 ［Ｊ］．液压与气动，２０１２，（２）：３—７． ＦＵ Ｙｏｎｇｌｉｎｇ，ＪＩＮＧ Ｈｕｉｑｉａｎｇ．Ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｌｕｃｔｕａ— ｔｉｏｎ Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ＆Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ，２０１２，（２）：３—７． ［６］ 袁越锦，徐英英，张艳华．ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ建模仿真技术 及实例详解［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１４：１２７—１３３． ＹＵＡＮ Ｙｕ￣ｉｎ，ＸＵ Ｙｉｎｇｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｈｕａ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，Ｓｉｅｒ－ ｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｘａｍｐｌｅ Ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋ－ ｂｅｎｃｈ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ，２０１４：１２７—１３３． ［７］ 颜鸣皋，刘多朴，等．中国航空材料手册（第１卷：结构钢 不锈钢）［Ｍ］．北京：中国标准出版社，１９９８：７４８—７５０． ＹＡＮ Ｍｉｎｇｇａｏ，ＬＩＵ Ｄｕｏｐｕ，ｅｔ ａ１．Ｃｈｉｎａ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｍａｎｕａｌ（Ｖｏｌ１）Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ『Ｍ］．Ｂｅｉ— ｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｐｒｅｓｓ，１９９８：７４８—７５０． ［８］ 黄志新，刘成柱．ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ １４．０超级学习手册 ［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２０１３：１５４—１５６． ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉｘｉｎ，ＬＩＵ Ｃｈｅｎｇｚｈｕ．ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ １４．０ Ｓｕｐｅｒ Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｍａｎｕａｌ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｒｅｓｓ，２０１３：１５４—１５６． ［９］濮良贵，纪名刚，陈国定．机械设计第九版［Ｍ］．北京：高 等教育出版社，２０１３：９５—９９． ＰＵ Ｌｉａｎｇｇｕｉ，ＪＩ Ｍｉｎｇｇａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｇｕｏｄｉｎｇ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ（Ｅｄｉｔｉｏｎ ９）［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｈｉｇｈｅｒ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｐｒｅｓｓ， ２０１３：９５—９９．
