王少雷 梁建明 石樹正 霍珍珍

（河北建筑工程學院，河北 張家口075000）

0 前 言

工程機械的作業(yè)環(huán)境通常比較惡劣，作業(yè)強度較大，作業(yè)過程中的沖擊振動、環(huán)境粉塵對關鍵零部件的損害較大，因此工程機械用變速箱的結構強度、裝配制造及密封性尤為重要.軸承是變速箱的關鍵零部件，承受著復雜動態(tài)荷載，其強度和穩(wěn)定性直接影響著傳動特性和整機穩(wěn)定性.

工程機械變速箱在工作施工過程中，根據(jù)作業(yè)強度，其工況通常分為運輸工況，額定工況和極端工況三種情況，其中運輸工況時，變速箱傳遞動力主要驅動整機行走，此時無負載或負載很小，多為高速輕載狀況；額定工況為一般工況，是變速箱主要工況；極端工況為超出額定負載的工況，此時整機工作環(huán)境通常比較惡劣，工作強度明顯超出整機額定工況范圍，各個部件總成處于超負荷工作狀況，對機身關鍵零部件的強度、疲勞強度是重要的考驗，本文分析了該型變速箱在整機極端工況下軸承的受力特性，得到了其應力分布云圖，分析了應力特點，為改善其使用和維修特性提供了有價值借鑒.

1 模型建立

模型建立方法主要有，由下至上、由上至下及混合建模三種建模方法［1］，由下至上建模是利用用戶圖形（UI）交互功能，先建立基本圖形元素，例如點，線條或線框，而后生成面，由面生成體（volume），即由基本圖形元素生成高級圖形元素；由下至上建模方法，先生成體（volume），而后利用系統(tǒng)提供的布爾運算功能，雕琢生成具體零部件；混合建模是兩種方法的配合使用；前兩種建模方法，各有優(yōu)缺點，通常情況下會配合使用梁總建模方法，生成模型質量較高，建模效率高，且建模思路清晰，尤其是結構復雜零件體的生成，本文選擇混合建模方法.

1.1 模型建立流程［2］

（1）創(chuàng)建長方體：利用Modeling→Create→Volumes創(chuàng)建；

（2）創(chuàng)建螺栓孔：利用boolean命令生成螺栓孔；

（3）創(chuàng)建支撐部分：調整全局坐標系為局部坐標系，利用Volumes命令建立支撐肋；（4）創(chuàng)建圓柱體及軸承孔：利用Volumes生成軸承孔.

1.2 選擇單元類型定義材料參數(shù)

軸承座材料為鑄鋼，選擇實體單元類型中的10節(jié)點92號單元，設定彈性模量為1.8X1011Pa，泊松比設定為0.3.

圖1 建立模型

2 網(wǎng)格劃分［3］

網(wǎng)格劃分，分為手動網(wǎng)格劃分和智能網(wǎng)格劃分兩種，根據(jù)分析精度、邊界條件特點及載荷施加特點，對軸承座體不同部位采用不同網(wǎng)格劃分方法.軸承座孔部位由于是載荷施加部位，并且是分析所關心的重點部位，故采用手工網(wǎng)格劃分，均勻劃分網(wǎng)格，其余部位采用系統(tǒng)智能網(wǎng)格劃分，控制網(wǎng)格精度為0.5cm，共得到12563個單元.網(wǎng)格劃分結果如下：

圖2 網(wǎng)格劃分

3 定義邊界條件和施加載荷

3.1 施加約束［3］

在四個安裝孔上應用施加對稱約束，將約束加在安裝孔內表面，在圓柱曲面上施加約束，對整個基座的底部施加位移約束，限制其在垂直于底座方向上的自由度，同樣是將約束施加在面上，選擇基座底部的六條棱線施加約束線.

3.2 施加荷載

在軸承座圓柱軸孔上半圓柱施加推力載荷，為面載荷，值為5.3Mp；在軸承孔的下半部分施加徑向壓力載荷，為面載荷，值為1.6Mpa.

4 分析求解總結

圖3 應力云圖

分析結果顯示，軸承座最大應力值為20.8Mpa，表現(xiàn)為壓應力，出現(xiàn)在軸承座軸孔上方內側，說明在使用過程中軸承座內孔應力分布不均勻，在靜態(tài)載荷作用下，最大應力值小于材料的需用應力，但考慮到軸承座在復雜交變載荷下工作，故最大應力值處產生疲勞失效的幾率很大，故在設計過程中，應對此位置加強.

本文受張家口科學技術和地震局課題1421004B支持

［1］曲昌榮，郝玉蓮，戚洪濤.汽車車架有限元分析［J］.輕型汽車技術，2007，12：54～56

［2］張勇，張力，等.重型車車架組合結構的有限元分析［J］.機械與電子，2005，2：16～18

［3］ANSYS使用手冊.教程.ANSYS公司，北京，2008