【正文】 圖 41 失穩(wěn)分析： 圖 42 有圖可以看出橋殼中間太薄，并且在彈簧座處有應(yīng)力集中。需要改進(jìn)，采用加大主減速器處橋殼厚度和在中段過渡圓弧處增加加強(qiáng)板相結(jié)合的方案，對(duì)后橋殼做改進(jìn)設(shè)計(jì)。 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 基于 pro/e 改進(jìn)后三維模型分析 橋殼三維模型圖 ： 圖 43 簡化后圖及幾種受力圖： 圖 44 圖 45 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 26 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。最大側(cè)向力工況時(shí) , 約束加在側(cè)翻一側(cè)的車輪中線附近 ,支承為固定支承。上述的約束處理會(huì)使安裝輪轂軸承附近的應(yīng)力與實(shí)際情況有差別 , 但不會(huì)影響橋殼其它部位的應(yīng)力分布。 挖掘機(jī)靜止垂直載荷工況 由《挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》 QC/T 533—— 1999 標(biāo)準(zhǔn)可知：驅(qū)動(dòng)橋殼滿載軸荷時(shí)每米輪距最大變形量不超過 。 橋殼中部曲線的位移曲線（下圖） : 圖 47 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 48 表 41 滿載軸荷（ N） 輪距（ m） 分析最大變形量（ mm） 每米輪距 最大變形量（ mm） 是否合格 （≤ ） 202100 是 圖 49 在車輪處曲線應(yīng)力圖（如下），曲線上最大應(yīng)力為 160Mpa。 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 28 圖 410 表 42 名稱 材料 參照標(biāo)準(zhǔn) 屈服極限 eHR （ Mpa）≥ 有限元分析應(yīng)力結(jié)果（ Mpa） 是否 合格 橋殼 ZG40Cr JB/T64021992 345 195 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。 挖掘機(jī)在不平路面沖擊載荷作用下的工況 由《挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》 QC/T 533—— 1999 標(biāo)準(zhǔn)可知：驅(qū)動(dòng)橋殼滿載軸荷時(shí)每米輪距最大變形量不超過 圖 411 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 412 表 43 滿載 軸荷（ N） 施加載荷（ N） 動(dòng)載 : 輪距（ m） 分析最大 變形量 /（ mm） 每米輪距最大變形量（ mm） 是否合格 （ ≤） 202100 600000 合格 圖 413 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 30 圖 414 表 44 名稱 材料 參照標(biāo)準(zhǔn) 屈服極限 eHR（ Mpa）≥ 有限元分析應(yīng)力結(jié)果（ Mpa） 是否 合格 橋殼 ZG40Cr 調(diào)質(zhì) JB/T64021992 500 是 在沖擊荷載作用下 , 其最大應(yīng)力值為 224MPa,發(fā)生在鋼板彈簧座附近。大部分部位的應(yīng)力值在 24 48MPa 之間 , 應(yīng)力集中部位的應(yīng)力值大約在 120MPa 左右。 挖掘機(jī)在最大牽引力行駛時(shí)的工況 由《挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》 QC/T 533—— 1999 標(biāo)準(zhǔn)可知：驅(qū)動(dòng)橋殼滿載軸荷時(shí)每米輪距最大變形量不超過 ，橋殼的有限元分析小結(jié) 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 415 圖 416 表 45 滿載 軸荷（ N） 施加載荷 V面 施加載荷 H 面 輪距（ m） 分析最大 變形量 /（ mm） 每米輪距最大變形量（ mm） 是否合格 （ ≤） 202100 202100 27700 合格 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 32 圖 417 彈簧座處曲線應(yīng)力變化圖（如下） 圖 418 表 46 名稱 材料 參照標(biāo)準(zhǔn) 屈服極限 eHR（ Mpa）≥ 有限元分析應(yīng)力結(jié)果（ Mpa） 是否 合格 橋殼 ZG40Cr 調(diào)質(zhì) JB/T64021992 500 合格 挖掘機(jī)緊急制動(dòng)時(shí)的工況 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 由《挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》 QC/T 533—— 1999 標(biāo)準(zhǔn)可知：驅(qū)動(dòng)橋殼滿載軸荷時(shí)每米輪距最大變形量不超過 ，橋殼的有限元分析小結(jié) 圖 419 圖 420 表 47 滿載 軸荷（ N） 施加載荷（ N） V面 施加載荷（ N） H 面 輪距（ m） 分析最大 變形量 /（ mm） 每米輪距最大變形量（ mm） 是否合格 （ ≤） 202100 160000 128000 合格 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 34 圖 421 表 48 名稱 材料 參照標(biāo)準(zhǔn) 屈服極限eHR（ Mpa）≥ 有限元分析應(yīng)力結(jié)果（ Mpa） 是否 合格 橋殼 ZG40Cr 調(diào)質(zhì) JB/T64021992 500 166 合格 挖掘機(jī)受最大側(cè)向力時(shí)的工況 圖 222 由《挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》 QC/T 533—— 1999 標(biāo)準(zhǔn)可知：驅(qū)動(dòng)橋殼滿載軸荷時(shí)每米輪距最大變形量不超過 ，橋殼的有限元分析小結(jié) 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖 223 圖 424 表 49 滿載 軸荷（ N） 單邊輪載荷 V1 面 施加載荷（ N） V2 面 輪距（ m） 分析最大 變形量 /（ mm） 每米輪距最大變形量（ mm） 是否合格 （ ≤） 202100 202100 120210 合格 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 36 圖 425 輪邊處應(yīng)力曲線圖（下圖） 圖 425 表 410 名稱 材料 參照標(biāo)準(zhǔn) 屈服極限 eHR（ Mpa）≥ 有限元分析應(yīng)力結(jié)果（ Mpa） 是否 合格 橋殼 ZG40Cr 調(diào)質(zhì) JB/T64021992 500 140 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。 （ 2）凸緣盤根部、半軸殼體與減速器殼體連接處、板簧支撐座根部存在著一定的局部應(yīng)力集中，將這幾處過渡圓弧半徑 適當(dāng)加大。 （ 3）凸緣盤處的應(yīng)力及變形均比較大，適當(dāng)增加凸緣盤的厚度，在內(nèi)側(cè)添加加肋。 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 第五章 優(yōu)化設(shè)計(jì) 靜態(tài)分析用來模擬模型結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，根據(jù)約束和載荷條件計(jì)算模型的應(yīng)力和應(yīng)變。其分析圖如下： 圖 5— 1 圖 52 模態(tài)分析，就是采用試驗(yàn)分析或理論分析的方法來識(shí)別系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。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。模態(tài)是振動(dòng)系統(tǒng)特性的一種表征，它是構(gòu)成各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜振動(dòng)的最簡單或最基本的振動(dòng)形態(tài)，模態(tài)分 析是進(jìn)行各項(xiàng)動(dòng)力分析的前提和基礎(chǔ)，它為振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和故障診斷提供了數(shù)值依據(jù)。模態(tài)分析圖： 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 38 圖 53 疲勞分析是對(duì)零件的疲勞特征進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)是否發(fā)生疲勞破壞，也可以和其他分析一起對(duì)零件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。疲勞破壞就是零件在交變載荷重復(fù)作用下材料或結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象，當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受到多次重復(fù)作用后，雖然應(yīng)力值始終沒有超過材料的強(qiáng)度極限，甚至比彈性極限還要低的情況下也可能發(fā)生破壞。 810 次循環(huán)受力如下圖： 圖 54 圖 55 預(yù)應(yīng)力靜態(tài)分析是用來模擬一個(gè)預(yù)剛度或預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，是如何影響模擬的變形、應(yīng)力和應(yīng)變情況。換句話說，它可以用來決定加上指定的載荷后，零件是強(qiáng)的或弱的。預(yù)應(yīng)力靜態(tài)分析將使用靜態(tài)分析的結(jié)果來作為分析的起點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力靜態(tài)分析如下： 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 圖 56 預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析是使用一個(gè)來自靜態(tài)分析的結(jié)果，來計(jì)算模型的自然頻率和模態(tài)，放大 1000 倍后如下圖： 圖 57 圖 58 動(dòng)態(tài)時(shí)域分析，用于系統(tǒng)對(duì)于隨時(shí)間變化的載荷（非周期載荷或者脈沖載荷）的反應(yīng)。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 : 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 40 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。 取受應(yīng)力大的主減速器腔體上的相交曲線（紅色區(qū)）作變形研究： 圖 510 圖 511 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 動(dòng)態(tài)頻域分析用于研究系統(tǒng)對(duì)于歲頻率變化的載荷（用于周期載荷或循環(huán)載荷 )的反應(yīng)，彈簧座處一曲線的應(yīng)力圖： 圖 512 由動(dòng)態(tài)頻域分析知應(yīng)避免 150Hz 至 300Hz 頻率工作。 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究，是一種定量分 析工具，通過對(duì)模型的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，分析對(duì)其性能的影響情況。 選取小 d=100mm 的半軸可內(nèi)徑設(shè)置為 110mm，得出結(jié)果 153Mpa 圖 513 敏感度分析，是一種定量分析，研究參數(shù)對(duì)模型性能的影響情況。這種定量的分析是通過局部分析來完成的。如果確定了主參數(shù)，可以運(yùn)用局部敏感度分析方法來確20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 42 立變化范圍。在這個(gè)范圍內(nèi)，尋找最佳的設(shè)計(jì)。選取 d 范圍 90mm~130mm，因 d 越大壁厚越小。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。指定 d在 100120mm 內(nèi)，應(yīng)力在 250Mpa 之內(nèi)時(shí)的最優(yōu)解 圖 515 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 圖 516 此時(shí)測(cè)出 d=，則可得出壁厚為 13mm，此時(shí)最大應(yīng)力 。同理若在200Mpa 下時(shí)的 d=，壁厚 15mm。在設(shè)定 d=110mm 后，最大位移每米不超過 再對(duì)輪箱厚做優(yōu)化設(shè)計(jì)，固定其內(nèi)徑 250mm，讓錐齒輪箱外徑為設(shè)計(jì)參數(shù)。由于有螺栓，所以厚度最小 不小于螺母尺寸。 位移隨外徑大小變化的敏感度分析如圖： 圖 517 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 44 由《挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》 QC/T 533—— 1999 標(biāo)準(zhǔn)可知：驅(qū)動(dòng)橋殼滿載軸荷時(shí)每米輪距最大變形量不超過 ，輪距 ，則許用最大變形為 。由圖可知厚度滿足等于最小螺母尺寸時(shí)的變形量。取厚 25mm，則大徑為 300mm。 1優(yōu)化后的模態(tài)分析： (1) 在 、 、 、 675HZ 共同作用模態(tài)位移分析如下圖： 圖 518 (2) 在 下的模態(tài)位移圖： 圖 519 (3) 在 下的位移圖： 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 圖 520 (4) 在 下的位移圖 圖 521 (5) 在 675HZ 下位移圖 20噸輪式挖掘機(jī)后橋橋殼設(shè)計(jì)與分析 46 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。 二 O一二屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 47 第 6 章 結(jié)論與展望 加入 WTO后，我國將享有多邊、無條件、穩(wěn)定的“普惠制”待遇。國外低的關(guān)稅率有利于我國性能價(jià)格比較高的工程機(jī)械產(chǎn)品 擴(kuò)大出口，還可以通過低關(guān)稅進(jìn)口國內(nèi)企業(yè)所需要的國外先進(jìn)配套件，以進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本，反過來又可以提高產(chǎn)品的出口競爭力。因此，要在關(guān)注國內(nèi)市場的同時(shí)，加大關(guān)注國際市場的力度。在鏟土運(yùn)輸機(jī)械中，由