有限元分析轴承等效应力虽然高,但是接触应力达到400MPa左右,产生较大摩擦阻力和热量,使轴承烧坏失效最为严重,计算分析结果与实际损坏情况相同。因此重点对叉头和轴承进行分析,如图所示。从图中可以看出:两个叉头受力较大部位是与轴承配合部分,其应力值和应变都较大,综上所述,改进的重点在于改善轴承的受力情况。
通过上面的分析可知,需要改善轴承受力情况,于是提出以下两种改进方案:1改变叉头结构,增加其与轴承的接触面积;增加一字轴长度,释放轴承与叉头的应力集中,将应力集中到一字轴上,均衡应力场。
根据这两种改进方案,在不考虑装配的情况下,修改数学模型,调整其接触面积,使接触面积从600原接触面增加至1000理想接触面,每隔10%计算一次;然后将一字轴加长20%再计算一次。根据上述方案,在货车最高扭矩的工况下,得到不同接触面积下的万向节系统各零部件的综合应力,如表所示。
根据分析可知,增加一字轴长度效果较好,但需要改动所有零部件,会大大增加成本,而且一字轴安全系数将至非常低,故采用增加接触面积的方案。经综合分析,提出了如卜的具体改进方案:加厚3个叉头的耳孔,使其与轴承的接触面积由以前的600左右增加至75%左右,改进后万向节叉的结构,如图所示。如图中A部分所示;同时减薄或挖去3个叉头下部以及侧部受力较小区域,如图中B部分所示;增加花键轴叉和一字轴的倒圆角。花键轴叉和凸缘叉的改进方式与万向节叉的改进方式类似。
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