平衡軸總成有限元分析報告1213

礦用車平衡軸總成有限元分析報告一、分析背景平衡軸總成是礦用車上的關(guān)鍵部位，主要由芯軸、懸掛芯軸支架、軸承、后板簧支架組成。在使用過程中，芯軸支架和后板簧支架經(jīng)常會承受較大的載荷而出現(xiàn)破壞，此處使用有限元軟件ABAQUS對其做強度分析，查看是否符合設(shè)計要求。二、材料屬性及有限元網(wǎng)格劃分平衡軸總成為40Cr材質(zhì)，彈性模量E=2.1E5MPa，泊松比ｕ=0.3，最小屈服強度σs=785Mpa，抗拉強度σb=980MPa?？紤]到平衡軸總成關(guān)于車輛坐標系Y軸對稱，故只取其一半建立對稱模型。按其結(jié)構(gòu)特征做必要簡化，因模型不規(guī)則面較多，難以用六面體劃分出符合有限元分析的網(wǎng)格，且總成各部件間的連接屬于非線性問題，無法使用二次單元，故此處選用ABQUS中的C3D4單元（4節(jié)點四面體線性單元）。以10mm為單元長度劃分網(wǎng)格，生成的各部件有限元模型如下列各圖所示：圖1.芯軸、軸承有限元模型圖2.芯軸支架有限元模型圖3.后板簧支架有限元模型三、部件間裝配連接后板簧支架與芯軸依靠軸承連接，為簡化處理，此處將軸承面和與之相接觸的板簧支架面使用ABAQUS中的tie約束連接，選板簧支架接觸面為主面，軸承面為從面，建立起的tie約束如圖4、圖5所示：圖9.芯軸等效應(yīng)力云圖由圖中可知，芯軸的最大應(yīng)力為684.4MPa，出現(xiàn)在芯軸與第二軸承相鄰區(qū)域（圖9紅色區(qū)域），且小于材料屈服強度。芯軸的位移變形云圖如下所示：圖10.芯軸位移變形云圖由圖知，芯軸的最大位移為5.517mm，主要出現(xiàn)在芯軸端部。芯軸支架的等效應(yīng)力云圖如圖11示：圖11.芯軸支架等效應(yīng)力云圖最大等效應(yīng)力為2172MPa，出現(xiàn)在支架頂部的中間螺栓固定孔處，是由于約束造成的應(yīng)力集中，如圖示：圖12.芯軸支架頂部中間兩螺栓孔由于約束造成的應(yīng)力集中其他大于材料屈服極限的位置除上圖所示中間兩螺栓孔周圍之外，還有與上述兩螺栓孔相鄰的兩螺栓孔周圍，如下示淺綠色區(qū)域：圖13.芯軸支架超過材料屈服極限的區(qū)域因出現(xiàn)屈服的區(qū)域均處于螺栓孔周圍，可將其看做由約束造成的應(yīng)力集中的延伸。但為安全考慮，可適當加厚頂座厚度，以減小其應(yīng)力強度。芯軸支架的位移變形圖如下示：圖14.芯軸支架位移變形圖最大變形量為5.568mm，出現(xiàn)在支架外端連接推力桿區(qū)域。后板簧支架的等效應(yīng)力云圖如下示：圖15.后板簧支架等效應(yīng)力云圖最大應(yīng)力為696.9MPa，小于其材料屈服極限，最大應(yīng)力出現(xiàn)在部件直角交接處，如下所示：圖16.后板簧支架在尖角交匯處出現(xiàn)的最大應(yīng)力后板簧支架位移變形圖如圖17所示：最大位移變形量為5.236mm,主要出現(xiàn)在板簧支架的外圈中部以下。四、結(jié)論與建議將上述計算結(jié)果匯總，如下表所示：部件最大變形量出現(xiàn)位置最大應(yīng)力出現(xiàn)位置是否符合設(shè)計要求芯軸與軸承5.517mm芯軸端部684.4MPa芯軸與第二軸承相鄰區(qū)域符合芯軸支架5.568mm支架外端連接推力桿區(qū)域2172MPa支架頂部的中間四螺栓孔周圍區(qū)域不符合后板簧支架5.236mm主要出現(xiàn)在板簧支架的外圈中部以下696.9MPa部件的直角交接處符合表1.平衡軸總成有限元分析計算結(jié)果表由上述分析知，礦用車在滿載，考慮沖擊載荷時，芯軸支架頂部的中間四螺栓孔周圍為應(yīng)力較大區(qū)域，且已超出材料屈服強度。為安全考慮，可考慮對頂部的螺栓孔板厚作適當加強。另外，此分