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在计算机技术发展异常迅猛的今天,拖拉机的设计与制造也同步进入了计算机技术时代。因此在计算机尤其是大型工作站上通过有限元技术解决规模庞大、结构复杂的静力学和动力学的特性分析逐渐变成了一种有效的辅助设计方法。
本文主要是利用有限元分析技术对常州东风农机集团有限公司的850型拖拉机底盘进行分析,计算分析涉及底盘组合件和各零件的强度、接触、自振频率、刚度等诸多方面的问题。
本文的主要内容及主要结论如下:
(1)了解850拖拉机底盘组合件的结构,再利用三维造型软件SolidWorks生成850拖拉机底盘各零件的三维模型;之后使用专业的有限元网格工具HyperMesh对其进行网格划分生成有限元模型。使用ANSYS求解器,同时对计算时间、并行计算效率以及成本等方面考虑之后,得出对850拖拉机底盘如此规模的计算问题,使用8CPU的PCG求解器较合适。
(2)制定了拖拉机底盘8个模拟计算工况,模拟了该型拖拉机在实际使用中所能遇到的各种恶劣工况,对拖拉机底盘的结构设计进行了全面的评价。
(3)在各工况的静态有限元结构计算之后,由计算结果分析得到850拖拉机底盘组件中各零件的应力危险部位;之后还得到了拖拉机底盘组合件的整体模态分析结果,结果显示了各零件的固有振动特性;对比有限元强度分析中应力危险位置和模态分析中的应力危险位置,同时查看存在的静应力与动应力叠加破坏的部位,找出底盘部件的结构薄弱环节和强度过剩区域,包括离合器壳、前桥、变速箱、前桥支架等。
(4)在保证现有生产工艺的条件下,对危险零部件进行了改进设计,加强结构薄弱环节,对强度过剩部分减重。
(5)原机型在离合器壳喇叭口向方形口过度处出现严重应力集中现象,通过改进,此处的应力下降到正常范围。其他主要部件的应力集中部位应力值也出现相应的下降,比如前桥壳半轴壳与中间齿轮箱过渡处圆角、变速箱上与离合器壳连接处法兰的螺栓孔、变速箱内部隔板的轴承支撑孔等。对这些部位进行相应的改进并对改进方案进行有限元分析,验证了改进方案的合理性。
(6)对改进部件的底盘组件进行整体模态分析,改进后整体刚度提高,各部件危险部位的模态应力有不同程度降低。
(7)开发基于底盘传动轴孔的变形数据采集系统。通过对变形数据的评价发现,各轴孔自身的变形情况在正常范围,但是整体传动系由于离合器的刚度不够,变形量偏大;改进设计后整体传动系的刚度有一定程度的提高。
(8)设计思路由原来的以强度设计转变为强度设计和刚度设计同时进行,为以后的大型组合件有限元分析提供一种新的参考。