【正文】 有限元分析應(yīng)力結(jié)果（Mpa）是否合格橋殼ZG40Cr調(diào)質(zhì)JB/T64021992500140合格 （1）橋殼的剛、強(qiáng)度有較大富余，為降低挖掘機(jī)非滿載質(zhì)量和動(dòng)載荷，提高行駛平順性，將壁厚適當(dāng)減小。 ：圖43 簡化后圖及幾種受力圖：圖44圖45圖46 對(duì)于靜力學(xué)分析的最大鉛垂力和最大切向力兩種工況, 約束加在每側(cè)車輪中線附近, 模擬兩端簡支支承。 設(shè)計(jì)橋殼時(shí)，應(yīng)充分考慮挖掘機(jī)的使用條件，根據(jù)挖掘機(jī)的類型及使用條件，合理地選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式、材料及安全系數(shù)。 我國長春第一挖掘機(jī)制造廠等單位，曾對(duì)一些挖掘機(jī)的后驅(qū)動(dòng)橋橋殼進(jìn)行了靜強(qiáng)度和剛妙試驗(yàn)否則，如果將兩軸承之間的距離縮小到使兩軸承相碰時(shí)，則車輪的支承剛度會(huì)變差，而接近于3/4浮式半軸時(shí)的情況。通常內(nèi)軸承比外軸承離車輪中心線(即的作用線)更近些。 由上式可知，當(dāng)/B時(shí)，=0, =，即在這種情況下，驅(qū)動(dòng)橋的全部荷重側(cè)滑方向一側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪承擔(dān)，這種極端情況對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的強(qiáng)度極為不利，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免這種情況產(chǎn)生，為此應(yīng)盡量降低挖掘機(jī)的質(zhì)心高度。此時(shí)作用在左、右驅(qū)動(dòng)車輪上除有垂向反力/2,尚有切向反力，即地面對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪的制動(dòng)力/2 。 橋殼的許用彎曲應(yīng)力為300~500MPa,許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為150~400MPa,可煅鑄鐵橋殼取最小值，鋼板沖壓焊接橋殼取大值。由上式可知對(duì)后驅(qū)動(dòng)橋： (3—7） 在設(shè)計(jì)中，當(dāng)上式的某些參數(shù)未給定而無法計(jì)算出值時(shí)，的值可在下述范圍內(nèi)選??；對(duì)轎車后驅(qū)動(dòng)橋取=~。 挖掘機(jī)以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算[1]為了使計(jì)算簡化，不考慮側(cè)向力，僅按挖掘機(jī)作直線行駛的情況進(jìn)行計(jì)算，另從安全系數(shù)方向考慮。 ——驅(qū)動(dòng)橋殼上兩座中心距離，m.由彎矩圖可見，橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在座附近。我國通常推薦:計(jì)算時(shí)將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡化成三種典型的計(jì)算工況，它與前述半軸強(qiáng)度計(jì)算的三種載荷工況相同，即當(dāng)車輪承受最大的鉛垂力(當(dāng)汽軍滿彝若}手禾平路面，受沖擊載荷)時(shí)。過去我國主要是靠對(duì)橋殼樣品進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和整車行駛試驗(yàn)來考核其強(qiáng)度及剛度，有時(shí)還采用在橋殼上貼應(yīng)變片的電測(cè)方法，使挖掘機(jī)在選定的典型路段上滿載行駛，以測(cè)定橋殼的應(yīng)力。但由于其工作可靠，故廣泛用于輕型以上的各類汽車上。由于一個(gè)軸承的支承剛度較差，因此這種半軸除承受全部轉(zhuǎn)矩外，彎矩得由半軸及半軸套管共同承受，即3/4浮式半軸還得承受部分彎矩，后者的比例大小依軸承的結(jié)構(gòu)型式及其支承剛度、半軸的剛度等因素決定。20噸挖掘機(jī)基本參數(shù)：滿載時(shí)后橋負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率(kw/rpm)最高行駛速度駕駛頂部離地高度20噸五十鈴ISUZU AI4HK1X122/20003230mm發(fā)動(dòng)機(jī)罩離地高度橋殼設(shè)計(jì)的安全系數(shù)長寬高鏟斗容量m179。 整體式橋殼：具有強(qiáng)度和剛度較大，主減速器拆裝、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。鑄造過程中的爐前分析對(duì)成分要嚴(yán)格控制，鑄后材料成分特別是Cr，Mn含量不合格的不得流轉(zhuǎn)，需回爐重新鑄造加工。按照國外的樣車、樣機(jī)進(jìn)行測(cè)繪仿制，或在測(cè)試、使用中發(fā)現(xiàn)問題后再對(duì)設(shè)計(jì)方案加以改進(jìn)，都不能算是真正的解決問題的途徑。橋殼的設(shè)計(jì)通過模態(tài)分析方法找到了某挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋的破壞原因。國內(nèi)重型車橋產(chǎn)品現(xiàn)狀及發(fā)展的趨勢(shì)（1）結(jié)構(gòu)趨勢(shì)：單級(jí)減速；（2）技術(shù)趨勢(shì)：輕量化、低噪聲；總之，重型車橋總成的整體性能正在向更舒適、更安全方向發(fā)展。過去，國內(nèi)商用車整車企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略是車身必須自制，發(fā)動(dòng)機(jī)立足或爭取自制，而車橋則一般采用社會(huì)資源。壽命達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，為驅(qū)動(dòng)橋的強(qiáng)度評(píng)價(jià)及疲勞壽命估算提供了相關(guān)數(shù)據(jù)。 驅(qū)動(dòng)橋的振動(dòng)特性不但直接影響著其本身的強(qiáng)度，而且也對(duì)整車的舒適性和平順性有著至關(guān)重要的影響。有據(jù)統(tǒng)計(jì)，在西方發(fā)達(dá)國家輪挖需求量約占挖掘機(jī)需求總量的12％，有的甚至達(dá)到70—80％，應(yīng)用十分廣泛。受國家推動(dòng)的大規(guī)?；ㄓ?jì)劃和房地產(chǎn)行業(yè)投資景氣的影響，中國挖掘機(jī)市場(chǎng)將會(huì)有進(jìn)一步的增長。從輪式挖掘機(jī)長期需求市場(chǎng)分析，估計(jì)近幾年會(huì)有一定的增長，而且主要品種仍會(huì)以中、小噸位產(chǎn)品為主。本論文采用傳統(tǒng)力學(xué)計(jì)算方法、三維實(shí)體建模方法、有限元方法，強(qiáng)度分析方法等對(duì)驅(qū)動(dòng)橋做了詳細(xì)的研究工作。 國外工程機(jī)械的驅(qū)動(dòng)橋已普遍采用限滑差速器（Nospin牙嵌式或多片摩擦盤式）、濕式行車制動(dòng)器等先進(jìn)技，限滑差速器大大提高了主機(jī)的牽引性能，同時(shí)減少了輪胎的磨損。第三，大多數(shù)車橋企業(yè)缺乏技術(shù)積淀和研發(fā)人才的儲(chǔ)備，沒有能力投入研發(fā)；（3）生產(chǎn)的工藝水平及制造質(zhì)量普遍不高。實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)對(duì)剛投入使用的驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行模態(tài)分析，得到了所研究驅(qū)動(dòng)橋的前幾階固有頻率和模態(tài)振型，并由此進(jìn)一步指出了使用中可能出現(xiàn)的問題。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析方法不足以解決挖掘機(jī)關(guān)鍵部件的動(dòng)態(tài)承載強(qiáng)度問題。凹凸不平的砂石路面，橋殼在嚴(yán)重超載的情況下，承受超負(fù)荷的沖擊力而突然斷裂；橋殼局部結(jié)構(gòu)單薄，橋殼斷裂位置存在著明顯的應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)過渡不夠平滑。[9]第二章 橋殼的基本參數(shù)確定 后橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 橋殼大致可分為可分式、整體式和組合式三種形式。將萬向傳動(dòng)裝置輸入的動(dòng)力經(jīng)降速增扭后，改變傳動(dòng)方向，然后分配給左右驅(qū)動(dòng)輪，且允許左右驅(qū)動(dòng)輪以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由此可見，半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜，但它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。由于車輪所承受的垂向力、縱向力和側(cè)向力以及由它們引起的彎矩都經(jīng)過輪轂、輪轂軸承傳給橋殼，故全浮式半軸在理論上只承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩。給定一個(gè)安全系數(shù) k=,，設(shè)計(jì)取64mm半軸直徑車輪中線至鋼板彈簧座中心距離兩鋼板彈簧座中心間的距離最高速時(shí)傳動(dòng)比主減速比一檔減速比 64mm250mm1400mm4表22 計(jì)算尺寸第3章 具體設(shè)計(jì)計(jì)算 選定橋殼的結(jié)構(gòu)型式以后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行受力分析。[12]在國外，20世紀(jì)70年代前后，這種方法就逐漸為挖掘機(jī)零件的強(qiáng)度分析所采用，對(duì)挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋殼的強(qiáng)度分析也不例外，國內(nèi)、外都曾用它分析過挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋殼的強(qiáng)度。橋殼的設(shè)計(jì)是一個(gè)參數(shù)探索的過程，對(duì)于一款橋殼的設(shè)計(jì)首先是參考一款目前已經(jīng)成熟的橋殼參數(shù)，并根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行參數(shù)修正，將參數(shù)修正后的結(jié)果進(jìn)行理論和有限元分析，查看是否滿足要求，如不滿足，就繼續(xù)修正參數(shù)，直到最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)，參考了某公司20噸輪式挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋的參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行了多次參數(shù)修正和分析，最終得到設(shè)計(jì)模型。比如對(duì)于鑄造整體式橋殼，由于采用了鑄造工藝，所以可將彈簧蜜附近的斷面設(shè)置成垂向抗彎強(qiáng)度較好的矩形管狀斷面(計(jì)算時(shí)還應(yīng)考慮里邊壓進(jìn)的半軸套管)；鋼板沖壓體式橋殼，在彈簧座附近多為圓管斷面，但當(dāng)橋殼與半軸套管之間的聯(lián)接采用對(duì)焊工藝時(shí)，橋殼危臉斷面的形狀就可設(shè)計(jì)成矩形管狀，二從橋殼的使用強(qiáng)度來看，矩形管高度方向?yàn)殚L邊的比圓口形管狀的要好。 ———挖掘機(jī)質(zhì)心高度，m。M； ———傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比； ——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率；當(dāng)橋殼在鋼板彈簧座附近的危險(xiǎn)斷面為圓管截面時(shí)，在該斷面處的合成彎矩為 （3—11）該危險(xiǎn)斷面處的合成應(yīng)力為 （3—12）式中：W———危險(xiǎn)斷面處的彎曲截面系數(shù)，見表3—2。 因，故制動(dòng)減速度a為 代入上式得 （3—15）式中：———驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取=~； ———后驅(qū)動(dòng)橋計(jì)算用的挖掘機(jī)緊急制動(dòng)時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)。因此挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋的側(cè)滑條件為 (3—23)式中：———驅(qū)動(dòng)橋所受的側(cè)向力，N； 、———地面給左、右驅(qū)動(dòng)車輪的側(cè)向反作用力N； ———挖掘機(jī)滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，N ———輪胎與地面間的側(cè)向附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取= 由于挖掘機(jī)產(chǎn)生純粹的側(cè)滑，因此計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為地面給輪胎的切向反作用力(例如驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力)為零。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)橋采用全浮式半軸時(shí)，在橋殼兩端的半軸套管上，各裝有一對(duì)輪毅軸承，即輪毅的內(nèi)軸承和外軸承。 圖39 挖掘機(jī)向右側(cè)滑時(shí)驅(qū)動(dòng)橋橋殼所受的垂向力及垂向彎矩如前所述，當(dāng)時(shí)，由上式可知，即與側(cè)滑方向相反一側(cè)或內(nèi)側(cè)車輪的支承反力等于零，此時(shí)彎矩圖如圖39(b)所示。如果忽略不計(jì)，并將上式經(jīng)整理后得 (3—32)式中:、B—見式(6—21)下說明； 、a—見式(326)下說明。從試驗(yàn)的橋殼的破壞情況來看，可分式橋殼大都在中間鑄造殼體與鋼管聯(lián)接處開裂鉚釘被剪斷，有的鋼管被拉出。第四章 進(jìn)行整體的力學(xué)分析 基于proe板塊mechanica為減小問題規(guī)模， 在保證計(jì)算精度的前提下，對(duì)橋殼模型做了如下簡化和假設(shè)：①忽略螺紋及各功能孔（潤滑油加注孔、放油孔等），因?yàn)槠湟滓鹁W(wǎng)格畸變且對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響很小；②以直角代替鑄造圓角，既有利于簡化建模，也有利于有限元模型建立過程中提取中截面；軸肩處的圓弧不能省略，因?yàn)榇颂幙赡苷菓?yīng)力集中的地方；比如略去連接座上的螺栓孔、加油口、放油口，設(shè)半軸套管和驅(qū)動(dòng)橋殼是一體的，不是裝配的。圖410表42名稱材料參照標(biāo)準(zhǔn)屈服極限（Mpa）≥有限元分析應(yīng)力結(jié)果（Mpa）是否合格橋殼ZG40CrJB/T64021992345195是 中間部位應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，說明中間區(qū)域殼壁厚還可以減薄，以減小重量。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中，振動(dòng)系統(tǒng)的特性可以用模態(tài)來描述，表征模態(tài)的各階參數(shù)是振動(dòng)系統(tǒng)的各階固有頻率、固有振型等。輸入20%阻力系數(shù)，為100%表示模型不在振動(dòng)，時(shí)域分析圖:圖59 動(dòng)態(tài)沖擊分析是用來研究反應(yīng)頻譜所引起的系統(tǒng)反應(yīng)，其載荷輸入通常是一個(gè)帶有位移、速度或加速度等反應(yīng)頻譜的基本激發(fā)元素。下圖為應(yīng)力隨d變化的應(yīng)力圖圖514應(yīng)力隨d的取值變化圖1 優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種尋找最佳方案的技術(shù)，是由用戶指定研究目標(biāo)，約束條件和設(shè)計(jì)參數(shù)等，然后在參數(shù)的指定范圍內(nèi)求出可滿足研究目標(biāo)和約束條件的最佳解決方法。 1優(yōu)化后的模態(tài)分析： (1) 、675HZ共同作用模態(tài)位移分析如下圖：圖518 (2) ：圖519 (3) ：圖520 (4) 圖521 (5) 在675HZ下位移圖圖522圖523 經(jīng)分析知改進(jìn)后橋殼要避免在250Hz的條件下工作。(3)利用CAE軟件進(jìn)行分析計(jì)算，找出了該后橋殼存在缺陷的原因，并提出了改進(jìn)的措施，改變了以往反復(fù)利用臺(tái)架試驗(yàn)來驗(yàn)證改進(jìn)結(jié)果耗費(fèi)大量人力物力的缺點(diǎn)，具有實(shí)際意義。感謝機(jī)電學(xué)院的每一位老師，無論是從學(xué)識(shí)上，還是從人格上，他們都是最值得尊敬的的人。以前雖然做過作業(yè)，但是畢竟沒有放到非常實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中去，畢竟考慮的還不是很多，而且對(duì)所學(xué)的那些原理性的東西掌握的還不是很透徹。四年了，仿佛就在昨天。Analysis and design of hydroforming process for automobile rear axle housing by FEM [21]Yimin Shao , Jing Liu , Chris K. Mechefske ；Drive axle housing failure analysis of a mining dump truck based on the load spectrum ；Available online 12 January 2011。不管以后我的道路是駛向何方，但是在大學(xué)四年