王少雷 梁建明 石樹正 霍珍珍

（河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口075000）

0 前 言

工程機(jī)械的作業(yè)環(huán)境通常比較惡劣，作業(yè)強(qiáng)度較大，作業(yè)過程中的沖擊振動、環(huán)境粉塵對關(guān)鍵零部件的損害較大，因此工程機(jī)械用變速箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、裝配制造及密封性尤為重要.軸承是變速箱的關(guān)鍵零部件，承受著復(fù)雜動態(tài)荷載，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性直接影響著傳動特性和整機(jī)穩(wěn)定性.

工程機(jī)械變速箱在工作施工過程中，根據(jù)作業(yè)強(qiáng)度，其工況通常分為運(yùn)輸工況，額定工況和極端工況三種情況，其中運(yùn)輸工況時，變速箱傳遞動力主要驅(qū)動整機(jī)行走，此時無負(fù)載或負(fù)載很小，多為高速輕載狀況；額定工況為一般工況，是變速箱主要工況；極端工況為超出額定負(fù)載的工況，此時整機(jī)工作環(huán)境通常比較惡劣，工作強(qiáng)度明顯超出整機(jī)額定工況范圍，各個部件總成處于超負(fù)荷工作狀況，對機(jī)身關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度是重要的考驗(yàn)，本文分析了該型變速箱在整機(jī)極端工況下軸承的受力特性，得到了其應(yīng)力分布云圖，分析了應(yīng)力特點(diǎn)，為改善其使用和維修特性提供了有價值借鑒.

1 模型建立

模型建立方法主要有，由下至上、由上至下及混合建模三種建模方法［1］，由下至上建模是利用用戶圖形（UI）交互功能，先建立基本圖形元素，例如點(diǎn)，線條或線框，而后生成面，由面生成體（volume），即由基本圖形元素生成高級圖形元素；由下至上建模方法，先生成體（volume），而后利用系統(tǒng)提供的布爾運(yùn)算功能，雕琢生成具體零部件；混合建模是兩種方法的配合使用；前兩種建模方法，各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常情況下會配合使用梁總建模方法，生成模型質(zhì)量較高，建模效率高，且建模思路清晰，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件體的生成，本文選擇混合建模方法.

1.1 模型建立流程［2］

（1）創(chuàng)建長方體：利用Modeling→Create→Volumes創(chuàng)建；

（2）創(chuàng)建螺栓孔：利用boolean命令生成螺栓孔；

（3）創(chuàng)建支撐部分：調(diào)整全局坐標(biāo)系為局部坐標(biāo)系，利用Volumes命令建立支撐肋；（4）創(chuàng)建圓柱體及軸承孔：利用Volumes生成軸承孔.

1.2 選擇單元類型定義材料參數(shù)

軸承座材料為鑄鋼，選擇實(shí)體單元類型中的10節(jié)點(diǎn)92號單元，設(shè)定彈性模量為1.8X1011Pa，泊松比設(shè)定為0.3.

圖1 建立模型

2 網(wǎng)格劃分［3］

網(wǎng)格劃分，分為手動網(wǎng)格劃分和智能網(wǎng)格劃分兩種，根據(jù)分析精度、邊界條件特點(diǎn)及載荷施加特點(diǎn)，對軸承座體不同部位采用不同網(wǎng)格劃分方法.軸承座孔部位由于是載荷施加部位，并且是分析所關(guān)心的重點(diǎn)部位，故采用手工網(wǎng)格劃分，均勻劃分網(wǎng)格，其余部位采用系統(tǒng)智能網(wǎng)格劃分，控制網(wǎng)格精度為0.5cm，共得到12563個單元.網(wǎng)格劃分結(jié)果如下：

圖2 網(wǎng)格劃分

3 定義邊界條件和施加載荷

3.1 施加約束［3］

在四個安裝孔上應(yīng)用施加對稱約束，將約束加在安裝孔內(nèi)表面，在圓柱曲面上施加約束，對整個基座的底部施加位移約束，限制其在垂直于底座方向上的自由度，同樣是將約束施加在面上，選擇基座底部的六條棱線施加約束線.

3.2 施加荷載

在軸承座圓柱軸孔上半圓柱施加推力載荷，為面載荷，值為5.3Mp；在軸承孔的下半部分施加徑向壓力載荷，為面載荷，值為1.6Mpa.

4 分析求解總結(jié)

圖3 應(yīng)力云圖

分析結(jié)果顯示，軸承座最大應(yīng)力值為20.8Mpa，表現(xiàn)為壓應(yīng)力，出現(xiàn)在軸承座軸孔上方內(nèi)側(cè)，說明在使用過程中軸承座內(nèi)孔應(yīng)力分布不均勻，在靜態(tài)載荷作用下，最大應(yīng)力值小于材料的需用應(yīng)力，但考慮到軸承座在復(fù)雜交變載荷下工作，故最大應(yīng)力值處產(chǎn)生疲勞失效的幾率很大，故在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對此位置加強(qiáng).

本文受張家口科學(xué)技術(shù)和地震局課題1421004B支持

［1］曲昌榮，郝玉蓮，戚洪濤.汽車車架有限元分析［J］.輕型汽車技術(shù)，2007，12：54～56

［2］張勇，張力，等.重型車車架組合結(jié)構(gòu)的有限元分析［J］.機(jī)械與電子，2005，2：16～18

［3］ANSYS使用手冊.教程.ANSYS公司，北京，2008