大扭矩手提式液压扳手设计+CAD图纸(14)
弯曲平均应力
扭转切应力
扭转应力幅和平均切应力
如果一个截面上有多种产生应力集中的结构，则分别求出其有效应力集中系数，从而取最大值，验算强度合格。
第五章 壳体部件的优化设计
5.1 壳体部件的优化设计的作用
壳体部件是液压扭矩扳手的关键部件。壳体部件包括壳体和反作用臂，壳体和反作用臂之间以花键联接，反作用臂与壳体可以在360 °内以一定角度为倍数安装。闭式液压扭矩扳手的执行机构集成于壳体上，而与液压泵连接的油路阀块也安装在壳体上，壳体部件参数对于整个液压扭矩扳手的性能具有决定性的意义。壳体部件也是整个液压扭矩扳手质量最重的，是减轻液压扭矩扳手重量的最主要对象。工作特点决定了壳体与反作用臂部件结构复杂且不规则，受力情况多变。在优化壳体部件结构时，主要遵循以下原则。强度原则：也是最主要的原则，首先要保证产品的安全使用。一般液压扭矩扳手的液压泵的最高工作压力达70Mpa ，属于超高压产品，操作过程具有一定的危险性，因而必须保证壳体部件具有足够的安全系数。重量原则：在保证强度的基础上，要尽可能的减轻扳手质量，以方便使用。还要考虑加工过程的工艺性：液压扭矩扳手结构复杂，因而设计阶段一定要充分考虑到加工设备和加工工艺条件。同时要考虑经济性原则：在保证前几个原则的基础上，尽量降低产品的研发、加工费用。液压扭矩扳手是系列产品，市场上主流的液压扭矩扳手最大输出扭矩从2500N · m 到27000N· m 不等。新的壳体部件的设计是一项复杂的过程。首先要根据最大输出扭矩和液压泵的最大工作压力来计算液压油缸的有效工作面积，再考虑密封问题确定油缸的直径。同时，由于液压油缸的水平运动是通过传动机构转化为方驱的旋转运动的，因而必须计算力矩，也就是回转中心线到油缸中心线的距离，并且要考虑精度，最终确保输出扭矩值。再者，要充分考虑工作行程，一般要求回转角度在30°以上。
5.2 壳体部件的优化设计的方法
结构优化设计过程包括两个主要环节，即首先根据实际条件建立起优化模型，然后根据模型特点选择适当的优化方法求解模型。建立正确的优化模型是优化设计的前提，模型是否符合实际，很大程度上决定了优化是否是实际最优解。模型求解是优化设计的关键，优化方法的选择决定了求解过程是否收敛，以及收敛速度和精度。结构优化设计技术的发展主要有以下几个方面：(1)有限元—优化—CAD的集成化。在有限元、优化和CAD各自的理论研究和软件开发都有一定基础的前提下，实现这种集成化的关键在于解决好它们之间的接口。
(2)可靠、有效算法的进一步研究。这更多地依赖于非线性规划本身的发展。近似概念有较高效率，但可靠性尚需提高。
(3)平行算法(parallel algorithms) 。结构优化的巨大计算量，要求更快的计算机处理速度，平行处理是提高计算机处理速度的重要技术。有限元分析的平行算法己有不少研究，但结构优化的平行算法还不多。
(4)高层次优化问题。对于拓扑、布局、离散变量优化问题等，目前还没有一套行之有效的方法，还要依赖专家系统、人工智能及神经网络的发展及其在结构优化设计中的运用。随着结构优化设计研究的深化，结构优化的应用软件也有了很大的发展。结构优化设计方法在机械、土木，水利，港航等工程领域有着广泛的应用。
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