拖拉机变速箱体钻螺纹底孔夹具有限元分析.pdf

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曹霞,等·拖拉机变速箱体钻螺鉸底孔夹具有限元分析
拖拉机变速箱体钻螺纹底孔夹具有限元分析
曹霞,尹飞鸿2
(1.常州工学院机电工程学院,江苏常州213002;2.常州市特种加工重点实验室,江苏常州213002)
摘要:设计了拖拉机变速箱体钴螺鈫底孔工序夹具,利用UG三维造型软件对夹具进行三维
实体建模,借助 ANSYS有限元分析软件对拖拉机变速箱体钴螺鉸底孔夹具进行了静态分析,
得到了其变形和应力数据,通过模态分析,得到该结构的固有频率及其振型。分析结果表明,
工件的变形在精度范围之内,应力未超过材料的允用应力,夹具エ作过程中不会产生共振现
象,该夹具可用于工程实际。
关键词:拖拉机;变速箱体;钻孔;夹具;有服元分析
中图分类号:THI132.46;TP391,41文献标志码:B文章编号:1671-5276(2014)060122-04
Finite Element Analysis of Drill Tap Fixture for Tractor Gearbox Casing
CAO Xia, YIN Fei-hong
(1. Changzhou Institute of Technology, Changzhou 213002, China
2. Changzhou Key Laboratory of Nontraditional Machining, Changzhou 213002, China)
Abstract: In the paper, the drill tap fixture for the tractor gearbox casing is designed and then, the model is established by software
of UG and the finite element analysis is used to achieve the stress and deformation data of the drill tap fixture. In the end, the inher-
ent frequency and vibration type data is calculated. Thus the credibility and safety of the drill tap fixture is assured. The result of anal
ysis shows the drill tap fixture is safe and reliable, can be applied to the actual production
Keywords: tractor; gearbox casing; drill; fixture; finite element analysis
工件在加工过程中会受到切削力、惯性力、离心力等
外力的作用,为了保证工件在这些外力作用下保持定位的
正确性,而不致发生位移或产生振动,通常需要设计专用
夹具。因此,夹具在零件的加工过程中对于保持加工精度
和表面品质发挥了极其重要的作用。JM300型拖拉机变
速箱体要求在左側面、右侧面和后面分别钻12、11和20
个M10的螺纹底孔,孔径为D8.5mm,深度为18-~22mm
由于该工件结构较复杂,并且要求同时加工43个孔,所
以,加工难度大,对夹具要求高,分析其静态、动态特性,了
解其实际工况下应力、应变和固有频率对于实际生产具有
重要的指导意义。-2
图1变速箱三维模型图
1拖拉机变速箱体钴螺纹底孔夹具
三维模型的建立
要对物体图形进行CAE分析,必须建立物体的三维
数学模型。利用UG三维造型软件能够快速、高效绘制任
意复杂形状三维零件的特性,建立如图1、图2所示的拖
拉机变速箱体及钻螺纹底孔夹具三维模型图。
2拖拉机变速箱体钴螺纹底孔夹具
静态分析
图2钴螺纹孔夹具装配图
基金项目:国家863计划项目(SQ2008AA10XK1468859)和江苏省高校自然科学基金项目资助(08KJD46000)
作者简介:曹霞(1973-),女,江苏常州人,讲师,硕士,从事机械工装结构优化设计与有限元分析研究。
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2.1切削力计算
切削力,对夹紧装置部位施加夹紧力。通过对整个夹具模
型加载和求解后,得到该夹具变形云图,如图3所示,变速
根据参考书…2切削力计算公式为:
箱体的应力和变形如图4-图8所示,提取夹具装配体主
F=26D)HB°,
要零件的最大应力、变形结果,如表1所示。…
9740TD
式中:F表示切削力(N),T表示切削转矩(N?mm),P表
示切削功率(kW);V表示切削速度(m/min),f表示进给
量(mm/r);D表示加工(或钻头)直径(mm);HB表示布
氏硬度。
加工时HB=HBm…-ら(HB。-HBn),在本设计中
HBm=210,HBm=160,得HB=193,其他切削参数为f=
0.175mm/r,n=480r/min。经计算,可得加工各孔所需要
图3夹具装配体变形云图
的切削力(表1)。
表1各加工孔所需要的切削力
AN
位置
切削力/N
轴1一轴6
1951.7
左面
轴7一轴
1166.1
轴11—轴12
1166.1
轴13一轴19
1166
右面
轴20一轴23
2637.7
轴24一轴3
正面
轴36轴41
1166.
轴42—轴43
图4变速箱应力云图
812.5
2.2夹紧力计算
夹紧力的大小主要取决于切削力和重力的大小及方
向,在切削过程中,影响切削力大小的因素很多,例如工
件材质不均匀,刀具的磨损程度不同,以及切削时的冲
击等等。夹紧力也还取决于一系列其他的因素,例如接
触表面的光洁度,工艺系统的刚性等等。分析时为了简
化问题,假定由工件一夹具-刀具一机床组成的工艺系统
是绝对刚性的;切削过程是稳定的,切削参数固定不变。
72P02
根据切削原理中的计算公式或计算图表求得可求得夹
紧力为840N。
图5变速箱体结构x向等值位移线图
23有限元静态分析
AN
通过静态分析可以得到整体结构的静力学特性,由此
DY
可以分析整体结构在这种工况下的最薄弱环节,为几何实
体的设计与优化提供方向和理论依据。由于组成机床的
各零部件均为空间不规则几何体, ANSYS有限元分析时
选用 SOLID45单元,采用自由网格划分,材料的弹性模量
为1.13E5MPa,泊松比为0.26,密度为7.2E-9T/mm3。忽
略了温度应力的影响,简化了所有的过渡圆角、螺孔;不考
虑电机、传动齿轮重力作用引起的整机应力及变形。对底
座螺孔处施加全约束以模拟夹具装配后采用地脚螺钉固
定的形式,在夹具模型刀具部位左右后三个方向分别施加
图6变速箱体结构y向等值位移线图
Mach