804G-3转向节有限元分析报告.doc

804G-3转向节有限元分析计算报告 济南开物科技有限公司 编制： 审核： 批准： 日期： 目 录 1. 概述 - 3 - 2. 问题描述 - 3 - 3. 弹性有限元法解题步骤 - 3 - 4. 有限元模型建立 - 4 - 4.1. 网格模型和单元选择 - 4 - 4.2. 装配模型和连接单元 - 7 - 4.3. 材料物理性能参数 - 9 - 4.4. 边界约束条件 - 9 - 4.5. 计算工况和载荷 - 10 - 5. 分析结果 - 11 - 5.1. 计算模型一（试验状态，12t峰值载荷） - 11 - 5.2. 计算模型二（转向状态，12t峰值载荷） - 14 - 5.3. 计算模型三（工作额定载荷3吨+1.78吨最大转向力/油缸） - 16 - 6. 分析结论与试验结果比较 - 18 - 7. 优化方案与计算结果对比 - 19 - 7.1. 优化方案一 - 19 - 7.2. 优化方案二 - 21 - 7.3. 优化方案三 - 23 - 7.4. 小结 - 25 - 8. 结论 - 26 - 概述 一拖(洛阳)开创装备科技有限公司生产的804G-03车桥主要用在拖拉机等重型设备，对其承载能力和刚度有较高的要求。经实验检测，原始设计方案未能通过80万次的疲劳实验。由于其结构复杂，传统的计算手段不能满足设计精度要求，经讨论研究，均认为可以采用有限元法对其高承载状态下的力学性能进行计算，找出结构的薄弱环节，并对其优化设计，降低应力水平，提高结构的抗疲劳性能。见下图 图1 804G-3传动桥装配结构及主要零部件示意图 问题描述 由实验方式可以知道，该结构破坏形式是高周疲劳破坏。现代疲劳破坏理论认为，在循环载荷作用下，尽管结构未达到破坏极限，但是经过一定的循环周期，结构也会发生断裂失效。一般来说，结构疲劳破坏的区域均是结构强度比较薄弱，应力水平较高的地方或者应力集中水平较高的区域。通过有限元分析方法找到这些区域，通过优化设计，降低其最大应力水平，可以有效地避免结构的疲劳破坏。 弹性有限元法解题步骤 许多工程问题都可以通过建立有限域上的微分方程来求解，但对于几何形状和边界条件复杂的问题，想要得到理论解非常困难，这时一般应用数值方法来获得想要的结果，有限元法就是其中的数值方法之一。应用有限元法来求解弹性力学的问题就是弹性有限元法。 弹性有限元法一般以节点位移为基本未知量，其它未知量（如应力、应变）通过基本方程得到。其解题步骤为： 将连续体离散成有限个单元，相互间以节点连接。 选取以节点位移表示的单元内任意点位移的函数（形函数），此函数必须满足单元之间位移的连续性。 建立单元节点力与节点位移的关系，计算各个单元的刚度矩阵。 计算作用在每个节点上的等效节点载荷。 列出所有节点力与所有节点位移的关系，建立总刚度矩阵。 求解节点位移，并求各个单元的应力。 弹性有限元法已经被大量的工程应用证明为解决弹性力学问题的有效方法，有关理论请参阅相关专著。 有限元模型建立 网格模型和单元选择 根据模型的几何形状和分析重点，由于主要的分析对象（转向节）的几何特征十分复杂，整体模型以四面体单元为主，并保持较小的单元尺寸，以保证计算精度。对于其它非重点对象，以粗网格为主。 在转向节的受力分析中，由于圆锥滚子轴承离分析对象（转向节）很近，考虑对其详细建模。圆锥滚子轴承离散为；螺钉采用六面体和梁单元结合模型，起紧固连接作用 主销球铰副用连接单元代替，传递正确的运动连接关系。 试验支架、转向节主销处理为刚性体，其变形与其它连接相比可以忽略。 图 2 804G-08整体装配模型示意图 图 3 804G-08桥壳 图 4 传动支架 图 5 转向节 图 6 轮毂 图 7 掰销 图 8 轴承 图 9 转向节主销（刚性体） 图 10 试验支架（刚性体） 图 11 螺钉（梁体单元结合） 下表列出各个零部件有限元网格概况： 项目 零件/数量 单元类型 单元数量 节点数量 划分依据 桥壳 C3D4 521619 126825 几何形状复杂、非重点考察对象 转向节/2 C3D4 502594 109598 几何形状复杂、重点