大型柱塞ATOS油缸雙球鉸結構研究
柱塞ATOS油缸是大型機本體結構中應用zui多的執行元件。其中，雙球鉸結構是工作缸柱塞與活動橫梁的主要連接形。當機受偏心載荷作用時，柱塞偏轉與導套及密封處接觸產生側向推力，側推力的作用加速了導套及密封的磨損。因此，側推力成為評價雙球鉸結構優劣的關鍵性問題。

大型柱塞ATOS油缸雙球鉸結構研究                      雙球鉸結構主要由上下球鉸和中間桿三部分構成，在傳統機設計理論中，認為增長中間桿長度并減小球鉸的球面半徑能夠更好的減小側推力。然而，在當今機的設計制造中，尤其是在大型機柱塞ATOS油缸設計中，對雙球鉸結構的設計與傳統理論不盡相同，尤其是該結構主要尺寸的確定依據尚不明晰。針對柱塞ATOS油缸內油流場尺寸跨度較大,流場模擬邊界及湍流模型選取較難的問題,提供了較優的邊界條件及湍流模型選擇參考。建立柱塞ATOS油缸內流場模型,采用Fluent軟件對比分析不同邊界類型、邊界位置、湍流模型條件下油流場的壓力、速度特性,比較發現選擇導向套與缸體間隙流域一側為速度入口邊界,速度大小取柱塞運動速度,缸進油口為壓力出口邊界時能較好反映油流場的流動特性。選用*邊界及湍流模型組合進行缸內流場模擬的結果表明,在導向套與缸體間隙流域,流場壓力沿流向線性減小,而流動速度在該間隙流域相對較大,為柱塞ATOS油缸組件的接觸磨損及密封問題的流固耦合分析提供。從側推力產生的機理展開研究，對偏心載荷下，雙球鉸柱塞結構進行了受力分析，討論在不同接觸條件下，柱塞側壁處側推力的產生機理及作用方。并以大型非線性有限元軟件MSC.Marc為平臺，建立了該結構的三維有限元仿真模型，系統的研究了中間桿長度及直徑、上下球鉸半徑和導套間隙等對側推力產生的影響規律。研究表明:相同雙球鉸結構下，柱塞與導套在不同位置發生接觸后，側推力的作用方及效果各不相同。相同接觸條件下，不同結構柱塞與導套發生接觸后，隨著中間桿長度的增長，側推力呈減小趨勢；隨著中間桿直徑的增大，側推力呈減小趨勢；隨著球鉸球面半徑的增大，側推力呈增大趨勢；隨著導套間隙的增大，側推力呈減小趨勢；以125 MN鍛造機為原型，按照1:10的尺寸比例設計制備了雙球鉸柱塞ATOS油缸側推力實驗裝置，配備了五組不同規格尺寸的中間桿和球鉸，進行了在偏心載荷下，不同雙球鉸結構柱塞所受側推力大小的實驗。實驗結果表明：中間桿長度、上下球鉸半徑和導套接觸位置對側推力的影響規律與計算結果基本吻合。