大型柱塞ATOS油缸双球铰结构研究
柱塞ATOS油缸是大型机本体结构中应用zui多的执行元件。其中，双球铰结构是工作缸柱塞与活动横梁的主要连接形。当机受偏心载荷作用时，柱塞偏转与导套及密封处接触产生侧向推力，侧推力的作用加速了导套及密封的磨损。因此，侧推力成为评价双球铰结构优劣的关键性问题。

大型柱塞ATOS油缸双球铰结构研究                      双球铰结构主要由上下球铰和中间杆三部分构成，在传统机设计理论中，认为增长中间杆长度并减小球铰的球面半径能够更好的减小侧推力。然而，在当今机的设计制造中，尤其是在大型机柱塞ATOS油缸设计中，对双球铰结构的设计与传统理论不尽相同，尤其是该结构主要尺寸的确定依据尚不明晰。针对柱塞ATOS油缸内油流场尺寸跨度较大,流场模拟边界及湍流模型选取较难的问题,提供了较优的边界条件及湍流模型选择参考。建立柱塞ATOS油缸内流场模型,采用Fluent软件对比分析不同边界类型、边界位置、湍流模型条件下油流场的压力、速度特性,比较发现选择导向套与缸体间隙流域一侧为速度入口边界,速度大小取柱塞运动速度,缸进油口为压力出口边界时能较好反映油流场的流动特性。选用*边界及湍流模型组合进行缸内流场模拟的结果表明,在导向套与缸体间隙流域,流场压力沿流向线性减小,而流动速度在该间隙流域相对较大,为柱塞ATOS油缸组件的接触磨损及密封问题的流固耦合分析提供。从侧推力产生的机理展开研究，对偏心载荷下，双球铰柱塞结构进行了受力分析，讨论在不同接触条件下，柱塞侧壁处侧推力的产生机理及作用方。并以大型非线性有限元软件MSC.Marc为平台，建立了该结构的三维有限元仿真模型，系统的研究了中间杆长度及直径、上下球铰半径和导套间隙等对侧推力产生的影响规律。研究表明:相同双球铰结构下，柱塞与导套在不同位置发生接触后，侧推力的作用方及效果各不相同。相同接触条件下，不同结构柱塞与导套发生接触后，随着中间杆长度的增长，侧推力呈减小趋势；随着中间杆直径的增大，侧推力呈减小趋势；随着球铰球面半径的增大，侧推力呈增大趋势；随着导套间隙的增大，侧推力呈减小趋势；以125 MN锻造机为原型，按照1:10的尺寸比例设计制备了双球铰柱塞ATOS油缸侧推力实验装置，配备了五组不同规格尺寸的中间杆和球铰，进行了在偏心载荷下，不同双球铰结构柱塞所受侧推力大小的实验。实验结果表明：中间杆长度、上下球铰半径和导套接触位置对侧推力的影响规律与计算结果基本吻合。