变速箱作为轮式装载机动力传动系统的主要部件，是变速箱的主要基体。轮式装载机在行驶过程中，不仅要适应重载、路况差等工作环境，要在复杂的工况下频繁换挡。因此，在齿轮运动和外界激励的共同作用下，变速箱壳体会承受较大的载荷。为了保护好壳体内部零件，使动力传动系统正常运转，变速箱壳体应具有良好的动态特性和足够的结构强度。因此，利用ANSYS软件对200 kW轮式装载机变速箱壳体进行模态分析以及特定工况下的强度分析。
      1.变速箱壳体3D实体模型的建立
      变速箱壳体一般形状不规则、壁厚不均匀，想要得到精准的有限元分析结果，就必须对壳体进行准确建模。根据200 kW轮式装载机变速箱壳体的CAD图纸，运用SolidWorks软件建立其3D实体模型，如图所示。考虑到网格划分的复杂性和计算效率的提高，对壳体进行了相应的简化处理，在保证壳体主要结构力学性能不变的情况下，省略了一些尺寸比较小、不影响强度和刚度的非承载部位。
      2.变速箱壳体模态分析
      2.1.变速箱壳体模态分析理论
      模态分析主要用来确定结构和机器零部件的振动特性固有频率和振型，避免结构和机器零部件在载荷作用下产生共振。因此，对机器零部件进行模态分析是十分必要的。模态分析是将所研究的结构看成是由阻尼器、弹簧、刚体以及质点组成的系统，运用离散化理论将其离散成为有限多个弹性连接的刚体，从而使系统的自由度从无限多变为有限多。将壳体近似为线性系统，根据达朗贝尔原理，系统的数学模型可用以下方程式表示。
      在求解结构自由振动固有频率和固有振型时，外部动载荷无关，且阻尼对系统的影响不大，因此c和{p}都可以忽略不计，得到系统的无阻尼自由振动微分方程。
      2.2.变速箱壳体有限元模型的建立
      在对变速箱壳体进行有限元求解之前，需对壳体进行网格划分。有限元分析时，求解结果的精度与单元类型以及网格的划分质量有关。网格划分越精细，求解结果越精确。将对该变速箱壳体进行自动网格划分，对轴承座处的网格划分进行局部细化处理，以确保重要部位的计算精度，同时也节省了载体的运算时间。网格划分好后的变速箱壳体有限元模型如图所示。
      约束条件及载荷处理变速箱壳体的下端面通过悬置元件与底盘连接，故壳体下端面的边界条件为全约束，保证壳体固定不动，而变速箱壳体的是自由状态下变速箱壳体的固有频率和振型，故不受外界动载荷的约束。
      2.3.变速箱壳体的模态数值分析
      在进行模态分析时，频率范围的选择较为重要，频率范围过高或者过低都会对分析结果有一定的影响。考虑到变速箱的工作频率以及外界激励频率等因素，选取计算频率范围为0-1000 Hz。利用有限元分析软件对己经建立好的有限元模型进行求解，其前12阶振动频率与振型描述如表2所列，各阶振型如图所示。
      变速箱壳体的固有频率在262.19-639.51 Hz之间，相对比较集中。而该变速箱的转速变化范围为600-1800 r/min，故其工作频率为10-30 Hz，远远小于变速箱壳体的固有频率，因此，变速箱壳体不会发生共振。与此同时，齿轮的啮合频率也会对变速箱壳体有一定的激励作用。该变速箱内齿轮副的啮合频率如表所列，可知输入齿轮副、中间齿轮副、输出齿轮副的啮合频率与壳体固有频率。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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