轮式装载机湿式驱动桥壳有限元分析及结构改进.pdfVIP

浙江理工大学学报 ,第 27 卷 ,第 3 期 ,20 10 年 5 月 J our nal of Zhej iang SciTech U niver sit y Vol . 27 , No . 3 , May 20 10 文章编号 : (20 10) 03043 105 轮式装载机湿式驱动桥壳有限元分析及结构改进 史永伟 , 李剑敏 , 项生田, 张磊涛 (浙江理工大学机械与自动控制学院 , 杭州 3 100 18) 　　摘 　要 : 在有限元分析软件 AN SYS 中采用 A PDL 语言 ,建立了装载机湿式驱动桥壳的有限元模型 。对桥壳在 垂直静力弯曲和各常见工况下作了静力学分析 ,得到了桥壳的变形和应力场 。结果表明该桥壳结构在静载荷下整 体变形较小 ,符合刚度要求 ,且结构具有相当的安全余量 。根据有限元分析结果 ,在桥壳满足强度和刚度设计要求 的前提下 ,对桥壳部分位置的壁厚和倒角作了结构改进 ,达到桥壳轻量化设计的目标 ,降低了桥壳的生产成本 。 关键词 : 驱动桥壳 ; 有限元 ; 应力 ; 变形 ; 改进 中图分类号 : TB 12 1 　　　文献标识码 : A 0 　引　言 桥壳是车辆驱动桥的承载结构 ,主要结构包括桥包 、桥体 、板簧座 、法兰及轮边支撑轴等 。车架的荷载与 轮胎受到的地面约束力分别通过板簧座和轮毂作用到桥壳上 ,车辆运行的牵引力 、制动力和侧滑力等荷载最 终也分别作用在桥壳上 。同时 ,桥壳的半封闭结构 ,也为主减速器 、差速器 、半轴等传动结构提供了保护 。驱 动桥壳应具有较高的强度和刚度 , 以保证较长的使用寿命和驱动桥的正常工作[ 12 ] 。 由于桥壳结构的复杂性 ,要利用传统的计算方法求解其变形和应力 ,只能对桥壳简化为简支梁 ,模型不 够精确 ,而且不能得到关键部位的局部应力场 。本文采用大型通用有限元分析软件 AN SYS 建立桥壳的实 体模型 ,并对桥壳作了静力分析 ,包括桥壳在垂直静力弯曲以及牵引、制动和侧滑等 3 种典型工况下的应力 和变形 , 以得到较精确的计算结果 ,检验桥壳在静力作用下的安全性 。在此基础上对桥壳提出结构改进 , 以 减轻桥壳的重量 ,降低其生产成本 。 1 　桥壳有限元模型的建立 装载机驱动桥壳主要由桥壳体和轮边支撑轴通过螺栓连接构成 。桥壳建模采用 AN SYS 的 A PDL 语 言 ,建立的桥壳模型能够较为方便地进行尺寸修改 ,具有良好的扩充性[3 ] 。 桥壳的形状较复杂 ,在建立几何模型时作了一些简化 。网格划分过程中 ,诸如倒角和小孔等结构细节特 征往往造成网格划分的困难 ,而这些结构并不是桥壳的危险受力部位 ,故忽略这些结构 , 以利于简化建模 、划 分单元网格 ,并且可以保证较高的计算精度 。在 AN SYS 中建立的桥壳几何模型如图 1 。 采用 Solid95 单元对桥壳划分网格 ,该单元是 Solid45 的高阶形式 ,为二次等参单元 ,单元的棱边经映射 投影后是抛物线 ,具有较高的几何边界模拟能力 ,能够较好地模拟三维结构的应力及变形情况 。划分网格后 的桥壳有限元模型如图2 ,共有 4 15428 个单元 ,643340 个节点 。 收稿日期 : 2009 - 10 - 09 ( ) ( ) 基金项 目: 浙江省科技厅项目 2009C11 G2060022 ; 新苗人才计划项 目 2008R40 G2060053 ( ) 作者简介 : 史永伟 1985 - ,男 ,江西上饶人 ,硕士研究生 ,主要从事机构学与机械动力学方面的研究 。 432 　　　　　　　　　　　　　　浙 　江 　理 　工 　大 　学 　学 　报 20 10 年 　第 27 卷 　　桥壳体材料为 Q T40018 ,轮边支撑轴材料为 40Cr ,根据材料手册 ,其机械性能如表 1 所示 。 表 1 　桥壳材料机械性能 材料