装载机驱动桥壳有限元分析.pdf

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第3920年月机 Dasign and Calculation
裳载机题动桥売有限元令析
设计计算
南京林业大学机电学院羊玲郁舒兰涂洁平
常林股份有限公司廖晓明
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摘要:建立了ZLM30-3型轮式装载机驱动桥壳的参数化模型,利用有限元分析方法进行了典型
工况的弯曲强度和刚度计算,并进行了模态分析和参数化结构优化。计算结果表明,该驱动桥売具有足
够的强度和刚度,为驱动桥壳的轻量化设计提供了部分依据。经过优化分析,使桥壳本体的厚度由15
mm降至12mm,质量减少了4.65kg。认为通过建立装载机零部件、结构或系统的有限元计算模型,或利
用UG等CAD软件建立3D参数化模型进行转化,进行CAE仿真分析和计算,可以降低设计开发成本
减少试验次数,缩短设计周期,提高产品质量,使装载机在轻量化舒适性和操纵稳定性方面得到改善
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主题词:装载机驱动桥売有限元分析
驱动桥桥壳是装载机的主要零件之一,在工作体模型,确定设计变量,并施加约東和载荷等;
过程中,桥壳既是承载件又是传力件,在繁重复杂的
2)满轴载荷静力学分析:确定厚度为15mm
载荷工况下,桥壳的强度状况对驱动桥有直接的影桥壳每米轮距变形量和最大许可应力值;
响。由于桥壳形状和载荷工况复杂,采用传统的工程
3)结构模态分析:确定不同设计变量下的结构
力学计算方法难以准确求出装载机各种工况下桥壳固有频率及振型,并与试验值比较;
各部分的应力分布和大小,尤其难以精确求解局部
4)参数化优化设计:在指定优化目标、定义约
应力集中的位置及大小の
束和定义变量之后,计算出最优结果。
日前,装载机驱动桥壳的设计大多还是图解法,
有限元模型的建立
这种设计计算量大且很复杂,精度不高。应用计算机
的可视化技术、参数化造型和建模能力,在车辆的设
对产晶进行参数化建模,可以用参数建立起零
计阶段进行三维实体参数化建模,并利用有限元分析件内各特征之间的相互关系。同时,通过设计时设定
方法进行满轴载荷静力学分析,计算了2.5倍满载轴的关联参数,实现相关部件的关联改变,可以有效地
荷下的垂直弯曲强度和刚度,并进行模态分析和参数减少改变设计的时间及成本,并维护设计的完整性。
化结构优化,以期提高车辆驱动桥壳结构的设计水设计软件采用UGNX,基于自顶向下(Tp-Down)原
平,减少实际试验研究费用和时间,提高设计效率。则对产品进行设计,根据关键参数和UC/WAVE技
UG软件简介及有限元分析方法
术建立起零部件之间的几何和位置的相关性。
图1系根据上述原则建立的ZLM3OE-3型轮式
Unigraphics(UG) CAD/CAM/CAE系统提供了一裝载机驱动桥壳的参数化模型。
个基于过程的产品设计环境,使产品开发从设计到
加工真正实现了数据的无缝集成,从而优化了企业
的产品设计与制造。而且,在设计过程中可进行有限
元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟,提
高设计的可靠性。
通过在实践中运用UG软件,笔者总结了一套
结构分析方法和分析步骤
1)参数化建模:包括建立构件的三维参数化实
图1参数化模型
来基金项目:南京林业大学十五人才基金资助项目(163040012
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Desg and callan桃第39错200年3月
由于部件三维模型中的建模细节(如螺栓孔、焊
表1不同工况计算载荷
计缝等)会影响整个结构的网格分布,增加网格的数
垂直力羍引カ垂直弯矩水平弯矩转矩
工况
t量,使模型过于复杂,因此去掉三维模型中那些对分
/KN
N(kN-m)/(kN?m)A化N·m)
算析影响不大的特征(如倒角、圆角等)和一些小孔。
83.00
33.98
28.22
40.17
采用 UG/Scenario for structure进行网格划分,划
2162.27
分网格时选用四面体10节点单元,全局单元尺寸大
395.81
79.5032.58
7.03
38.70
小为176,自动刘分网格,建立起桥壳有限元网格模
桥壳本体材料是ZG270-500,弹性模量206
型,如图2所示,共有42661个节点,23102个单元。GPa,泊松比0.3,许用应力v1=400~789MPa。
3.2结构静力学分析
3.2.1满载运行紧急制动工况
图4和图5分别给出了满载运行紧急制动工况
下驱动桥壳的位移和应力分布情况。
从图4、图5可以看出,桥売在工况1时的受力
图2有限元模型
变形和应力分布状况,其最大位移产生在桥壳的法
3驱动桥売有限元分析
兰端面,为1.142m,最小位移在被约束的变截面
箱形梁与车架联接处的表面上。每米轮距的变形量
3.1有限元分析方案
为1.142mm/1.391m=0.821mm/m,远小于国标规定
由于前驱动桥壳通过螺栓与车架刚性连接,而的1.5mmm。根据第四强度理论,最大 Von mises等
载荷作用的力、弯矩和转矩等是经过车轮及轮边减效应力为3864MPa,出现在变截面箱形梁约束处附
速器等传递到桥壳的法兰端面上。因此,在桥売有限近,小于许用应力olo
元分析中,法兰端面处为载荷作用位置,而在变截面
.92
箱形梁与车架连接处的表面为固定约束面,即在约
束面上的所有节点均为零位移点,如图3所示。
图4满载紧急制动工况下的位移
2(P
图3装载机受力分析简图
前驱动桥壳的复杂受力状况可分为3种典型的
载荷工况
1)满载运行紧急制动工况
2)通过不平路面最大垂直力工况;
3)铲斗提升或转斗,后轮离地瞬间的最大牵引
力工况
图5满載紧急制动工况下的应力
根据装载机实际工作时的载荷数据,经计算后32.2通过不平路面最大垂直力工况
得到的各工况下各种载荷的具体数值如表1所示
图6和图7分别给出了通过不同路面最大垂直
由表1可知,工况1和工况3的作用力的位置和力工况驱动桥壳的位移和应力分布情况。
方向完全一致,但工况1的载荷值较工况3为大,故
从图6、图7可以看出,桥壳在工况2中的受力
以工况1和工况2作为有限元计算的载荷工况。
变形,其最大位移发生在桥壳的法兰端面,为
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