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        有限元分析在變速器軸承擋板開發(fā)中的應(yīng)用

        2019-11-07 05:06:02葛成榮
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2019年7期
        關(guān)鍵詞:有限元結(jié)構(gòu)分析

        葛成榮

        (常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 常州 213011)

        1 螺栓斷裂

        眾所周知,軸承擋板是一個(gè)尺寸較大、厚度偏小、結(jié)構(gòu)單薄的盤形零件。變速器軸承擋板在工作中需要承受較大的軸向力。某變速器在做試驗(yàn)時(shí)發(fā)生軸承擋板組件中的一顆螺栓發(fā)生斷裂,軸承擋板組件如圖1所示。

        圖1 軸承擋板組件

        圖2 軸承擋板組件有限元模型

        根據(jù)最大工況下的受力,對該螺栓進(jìn)行有限元分析,并建立有限元模型,為了簡化分析,對殼體取了一部分,而且簡化了結(jié)構(gòu),如圖2所示。

        1.1 加載條件

        變速器在一檔100%扭矩條件下的載荷,如圖3所示,本計(jì)算所取發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩按140Nm輸入,實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為135Nm,高于3.7%,所得到的輸入軸和輸出軸的力值均如此。

        圖3 變速器在一檔100%扭矩條件下的載荷情況

        1.2 約束條件

        由于變速器殼體是固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上,所以將簡化成如圖所示的殼體端面固定,如圖4所示。

        圖4 殼體端面固定簡圖

        1.3 計(jì)算結(jié)果

        圖5 螺栓應(yīng)力云圖

        通過圖5所示的螺栓應(yīng)力云圖分析,發(fā)現(xiàn)螺栓1的應(yīng)力最大,為969.31MPa,該螺栓材料為35Cr-Mo,強(qiáng)度等級為10.9級,該螺栓的最低抗拉強(qiáng)度為1040MPa,由于螺栓1計(jì)算的應(yīng)力為969.3MPa,接近該螺栓抗拉強(qiáng)度的下限,考慮個(gè)別零件質(zhì)量不穩(wěn)定性,故存在一定的斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

        2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

        現(xiàn)對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方案中的8顆螺釘布置如圖6所示。

        圖6 原設(shè)計(jì)方案

        對該螺栓進(jìn)行有限元分析,有限元模型如下:為了簡化分析,對殼體取了一部分,而且簡化了結(jié)構(gòu),如圖7所示。

        圖7 螺栓有限元模型

        加載條件與約束按前述條件不變,計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

        圖8 螺栓加載計(jì)算

        通過以上分析,發(fā)現(xiàn)螺栓3的應(yīng)力最大,為779.7MPa,低于該螺栓的抗拉強(qiáng)度為1040MPa,比6顆螺釘時(shí)最大應(yīng)力降低19.5%。經(jīng)過大量裝配試驗(yàn)驗(yàn)證,該軸承擋板的所有螺栓未再發(fā)生斷裂現(xiàn)象,完全滿足使用要求。

        3 結(jié) 論

        通過仿真,有限元計(jì)算得到的螺栓裝配的應(yīng)力很好地表征了各螺栓的實(shí)際應(yīng)力分布,通過以上兩種結(jié)構(gòu)對比分析,M6螺栓為8顆時(shí),最大應(yīng)力下降19.5%,更為可靠。在結(jié)構(gòu)允許的情況下,壓板厚度應(yīng)盡量加厚,以減小壓板變形對螺釘應(yīng)力的加大。

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