装载机驱动桥壳的疲劳

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摘 要：装载机的驱动桥壳在实际运动中是主要传力件和承载件,在长时间运动中发生断裂,因此要研究其在运动中的疲劳寿命.通过ANSYSWorkbench有限元分析软来计算驱动桥壳的疲劳寿命,得到驱动桥壳的疲劳寿命分布云图和安全系数分布云图分析,为驱动桥壳的设计研究与实际生产工艺提有力依据.

关 键 词：驱动桥壳；ANSYSWorkbench；疲劳寿命

驱动桥桥壳作为装载机的主要传力件和承载件,使用频繁,故障率较高,其生产质量和性能直接影响到车辆的整体性能和有效使用寿命.疲劳断裂是机械部件的主要破坏和失效形式之一[1].因此桥壳必须具有足够的强度、刚度和良好的动态特性.合理地设计桥壳也是提高汽车平顺性和舒适性的重要措施.由于还必须保证车辆在加速、紧急制动和各种不同路面条件下的正常工作,所以桥壳是车辆上工作环境最恶劣的部件.本文应用ANSYSWorkbench有限元分析软件对驱动桥壳工作过程中的疲劳寿命进行分析,计算桥壳的最大和最小疲劳破坏位置,以此来确定桥壳是否能满足实际工作中的要求.

1.驱动桥壳有限元模型的建立及计算

1.1驱动桥壳的参数

有限元分析采用三维实体模型[2],ZL50装载机型的驱动桥为研究对象.驱动桥壳材料为[3]桥壳体ZG270-500、轮边支撑轴40Cr、连接板16Mn.其参数分别如下：弹性模量E等于175GPa,泊松比μ等于0.3,密度ρ等于7840kg/m3,屈服极限σs等于270MPa,抗拉极限σb等于500MPa；弹性模量E等于207GPa,泊松比μ等于0.277,密度ρ等于7870kg/m3,屈服极限σs等于785MPa,抗拉极限σb等于980MPa；弹性模量E等于212GPa,泊松比μ等于0.31,密度ρ等于7850kg/m3,屈服极限σs等于345MPa,抗拉极限σb等于660MPa.

1.2单元选择及网格划分

驱动桥壳采用solid186单元,该单元是一个高阶3维20节点固体结构单元,SOLID186具有二次位移模式可以更好的模拟不规则的网单元通过20个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.Solid186可以具有任意的空间各向异性,单元支持塑性,超弹性,蠕变,应力钢化,大变形和大应变能力.在建立完几何模型后,通过网格划分工具定义线的单元尺寸,进行映射网格划分.有限元分析后划分完网格模型共有90968个单元和186026个节点.

1.3边界条件及加载

驱动桥壳受到的主要是弯曲变形,选择左右两侧轮边支撑轴上的轴承处作X、Y和Z方向的约束,在弹簧座四个表面处添加Z轴负方向的受力载荷.本文研究约束驱动桥壳的轮边支撑轴的轴承位置处,在板簧座处施加2.5倍额定载荷下的力.

2.计算结果

3.结果分析

通过驱动桥壳疲劳寿命分布云图可得：驱动桥壳寿命的变化范围为4.7882e7次～1e8次,最低疲劳寿命值为4.7882e7次,在轮边支撑轴的台阶处,但均满足符合桥壳疲劳寿命高于80万次的国家标准.因为需要满足80万次的国家标准[4],在求解安全系数结果SafetyFactor时,设置设计寿命Detaillife为8e5,因此通过安全系数结果得出,驱动桥壳最小安全系数为1.7051,大于1,满足设计要求.

4.结论

用ANSYSWorkbench有限元分析得到的驱动桥壳在2.5倍额定载荷下的受力下的疲劳寿命分析的情况,提供驱动桥壳的疲劳寿命云图,可以在设计阶段提前判断出驱动桥壳的应力集中的地方,并且通过对设计的修改,避免出现不合理的应力分布.因此,使用有限元分析方法,能够减少实际中检测驱动桥壳的时间和成本,缩短产品的开发周期,而且提高驱动桥壳的设计水平,确保驱动桥壳的使用寿命.