【正文】 4） 應(yīng)力分析 曳引機(jī)受 125%額定載荷平穩(wěn)運(yùn)行中機(jī)座和端蓋的 von Mises 應(yīng)力分布狀況如下圖 ，其中最大值為 aMP 。由圖 可知，應(yīng)力最大值發(fā)生在機(jī)座后地腳螺栓連接處，其余應(yīng)力水平較高區(qū)域如圖所示，主要分布在機(jī)座及端蓋軸承裝配處前端，這與曳引機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)情況 aMP 相差 31%。由下圖可知，最大值發(fā)生在端蓋軸承配合面連接處。利用安全系數(shù)分布云圖，可以對零部件進(jìn)行優(yōu)化分析，節(jié)省材料，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。由圖中可知，位移最大的位置在機(jī)座頂部前端，其值為 ，在相同工況下， QT400 的最大位移值為 ，兩者相差 65%。由圖可知，最大值發(fā)生在機(jī)座后地腳螺栓連接處。兩者相差 30%。根據(jù)相應(yīng)材料的力學(xué)性能，以及分析部件中的危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力狀況，應(yīng)用最大拉應(yīng)力強(qiáng)度理論，可對機(jī)座和端蓋進(jìn)行強(qiáng)度評估，結(jié)果如以表 和表 所示： 29 表 曳引機(jī) 125%額定載荷平穩(wěn)運(yùn)行機(jī)座、端蓋強(qiáng)度校核 材料選配方案 零件 材料 強(qiáng)度極限/ aMP Von Mises 應(yīng)力/ aMP 工作安全系數(shù) 方案一 機(jī)座 QT400 400 34 端蓋 QT400 400 56 方案二 機(jī)座 HT300 300 31 端蓋 HT300 300 52 表 曳引機(jī) 125%額定載荷加速運(yùn)行機(jī)座、端蓋強(qiáng)度校核 材料選配方案 零件 材料 強(qiáng)度極限 / aMP Von Mises 應(yīng)力/ aMP 工作安全系數(shù) 方案一 機(jī)座 QT400 400 24 端蓋 QT400 400 55 方案二 機(jī)座 HT300 300 21 端蓋 HT300 300 51 其中工況安全因數(shù)為屈服強(qiáng)度除以最大剪應(yīng)力值，根據(jù)結(jié)果可知他們是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 3 的，（脆性材料，如鑄鐵 許用安全因數(shù)一般取 2— 6）滿足強(qiáng)度要求。不過位移變 30 量影響比較大的，機(jī)座在平穩(wěn)和加速兩工況下的位移差距約為 30%,而 QT400 和HT300 的位移差距約 65%；至于端蓋這差距約 50%。應(yīng)力波動的每一個(gè)周期都會或多或少的損壞物體。 影響零件壽命的主要失效形式是腐蝕，磨損和疲勞。 階段 2:由于持續(xù)加載，導(dǎo)致部分或所有裂紋萌生。 疲勞壽命即零件由于循環(huán)加載而逐漸疲勞，導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)斷裂而破壞。考慮到強(qiáng)度要求和成本等眾多因 32 素，曳引機(jī)機(jī)座和端蓋通常是選用鑄鐵材料生產(chǎn)，本文將采用 HT300 和 QT400兩種材料來分析它們的結(jié)構(gòu)疲勞情況。影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有應(yīng)力集中，零件尺寸形狀，表面狀態(tài)和載荷作用等，用Solid Works2020 有限元分析結(jié)果可以證明。然而即使是某些隨機(jī)載荷，其展示的屬性也可以視為確定載荷。 S alt 為交替的應(yīng)力幅。 圖 平均應(yīng)力與應(yīng)力比率 在等幅載荷的例子中，時(shí)間概念無關(guān)緊要，也就是說，也就是說只有具有上述的特征的周期才是重要的。典型的 SN 曲線如下圖 所示： 圖 SN 曲線 34 2）疲勞強(qiáng)度 :在給定周期下，疲勞失效發(fā)生時(shí)的應(yīng)力。承受極限通常定義為對稱循環(huán)的交替應(yīng)力?；谶@個(gè)原因，大多數(shù)設(shè)計(jì)手冊都建議采用一個(gè)可靠系數(shù) ，這降低了疲勞強(qiáng)度。大多數(shù)情況下，曲線是由單軸對稱循環(huán)應(yīng)力周期的疲勞測試中獲取的。 半對數(shù) 對應(yīng)力采用 線性插值，二對循環(huán)次數(shù)采用對數(shù)插值法。 如上 2）、 3）、 4）、 5） 所述，經(jīng)查閱相關(guān)資料，本次設(shè)計(jì)采用如下圖所示的SN 曲線數(shù)據(jù)： 35 表 QT400 指定存活率的疲勞極限數(shù)據(jù) σ1 σ2 σ3 σ4 σ5 a p b p 387 348 319 289 260 N50 N90 N95 N99 表 HT300 指定存活率的疲勞極限 數(shù)據(jù) σ1 σ2 σ3 σ4 a p b p 178 166 153 140 N50 N95 —— —— —— —— 備注 Log N p= a p+ b p *logσ σ1≥σ≥σ4 備注： 應(yīng)力 —— MPa 疲勞壽命 —— x10^3 存活率 —— % 應(yīng) 力 疲 勞 壽 命 存 活 應(yīng) 力 疲 勞 壽 命 存 活 36 圖 HT300 PSN 曲線圖 圖 QT40018 PSN 曲線圖 6）交替應(yīng)力的計(jì)算 交替應(yīng)力 Salt 的定義為 Salt=（ S maxS min)/2。 ⑶ 最大主應(yīng)力 P1。由于平均應(yīng)力對抗疲勞能力有很大影響，允許采用不同的應(yīng)力比（ R），并為材料輸入 10種 SN 曲線。因?yàn)檫@些都不具有通用性，所以產(chǎn)生了多個(gè)理論： ⑴ Gerber實(shí)驗(yàn)顯示適用于韌性材料。 圖 不同的應(yīng)力修正法 38 橫軸顯示了平均應(yīng)力 S mean 與以上材料最大拉伸強(qiáng)度 S ultimate 比值的大小，縱軸顯示了不同平均應(yīng)力水平時(shí)材料的疲勞強(qiáng)度與對稱循環(huán) （ R=1） SN 曲線得到的材料疲勞強(qiáng)