地下铲运机是矿山开采的重要设备，而驱动桥又是铲运机的重要部件，直接影响着整机性能。大量实践表明，由于受力复杂，它是车辆上比较容易被破坏的部件之一。
      CY-2型地下铲运机是北京安期生公司自行研制的一种柴油铲运机，其驱动桥壳由安期生公司和徐州美驰车桥公司联合生产。使用中发现，有些驱动桥壳焊接处在未达到预期寿命时出现了断裂。本研究主要分析桥壳的破坏原因并对其进行相应的改进，所得结论已应用于指导产品的改进。
      有限元分析法是计算数学、计算力学和计算工程科 学领域里诞生的最有效的计算方法之一，己被广泛应用于各种结构件的强度和刚度计算。它既可以进行新产品的强度设计，又能用来对己有产品进行验算，还可以分析产品失效的原因并进行改进。本文ANSYS的Workbench模块对桥壳静强度进行计算。
      (1)几何模型。首先用Pro/E建立桥壳的三维模 型，然后导入Workbench，选用四面体单元扫掠(sweeping)生成网格，控制单元尺寸为0.02 m，共得 到85673个结点，51964个单元，划分网格后的几何模型如图所示。
      (2)约束。驱动桥壳的约束部位一般选择在轴颈处或者与车架的连结处，本文选择与车架连结的 安装块表面作为全约束部位。
      (3)载荷。桥壳既受到力和弯矩的作用，也受到转矩的作用。本文采用分离体的方法，根据力的平衡条件、附着条件和牵引条件，推导计算了制动、切入、铲取、推压4种典型工况下桥壳受到的各种极值载荷。
      (4)材料属性。桥壳由本体和半轴套管焊接而成，本体材料ZG270-500，套管材料40Cr，弹性模量 分别为210 GPa和206 GPa，泊松比为0.3，计算中可任取一种弹性模量，其差别微小。图分别是铲取工况下桥壳的等效应力和拉应力分布图，图是桥壳各部分名称图。根据计算结果，可得以下结论：(1)法兰根部焊接处是拉应力最大值出现的部位，也是各工况中等效应力较大的部位，铲取工况时的等效应力约为140 MPa。该处外表面为尺寸突变 处，直径从238 mm突然减小到140 mm，内表面则是方形截面到圆形截面的过渡边缘。由于这里的几何形状变化剧烈，没有连续均匀的过渡，将会出现严重的应力集中。(2)这里还是桥壳本体和半轴套管的焊接连接处。焊接金属本身的强度并不一定低于母材的强度，但是焊缝的存在造成材质和力学性能的不均匀，会降低连接处的强度。40Cr和ZG270-500都属于中 碳调质钢，在焊接热循环的作用下，有较大的淬硬倾向，在焊缝及近缝区易产生冷裂纹和热裂纹。这些微裂纹一旦形成，在较大的载荷作用下，就会较快扩展直至断裂，最后造成低周疲劳破坏。  
      有限元法能够清晰、直观地表达出构件的应力分布，这给我们带来了极大的方便。不过，它必须在正确建立有限元模型的前提下，才能给出正确的结果。本文设计了一个试验方法，用电阻应变技术测量桥壳的应力分布，然后将试验结果与计算结果进行对比，以便验证有限元模型的可靠性。
      根据有限元计算结果及经验，在桥壳上共设置33个测点，用电阻应变片测量了相应测点的应力。(1)最大应力。试验中的最大应力测点位置与计算结果吻合，位于桥包端面下方凹槽处，图是不同载荷下的数值比较。两者大体符合，只是试验结果比计算结果要大些。这可能是系统误差引起的，也可能是贴片位置的偏差所致。(2)应力分布。图是载荷半轴套管上7个测点的计算与试验结果比较。可以看到，分布趋势相同，数值有些差异。总之，无论是最大应力还是应力分布，计算结果都和试验大体相符，证明了有限元模型的正确性。

                                                                                  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
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！