对土方机械工作装置整体结构进行强度CAE分析,必须考虑铰点处销轴和轴套的配合问题。销轴和轴套的配合间隙过大,则存在较大的冲击载荷,严重影响销轴和结构件的使用寿命;销轴和轴套的配合间隙过小,则难以形成稳定的润滑膜,所以销轴和轴套之间的间隙在保证能形成稳定的润滑膜的基础上,应尽可能的小。因比,木文从工作装置整体结构模型中取出局部销轴与轴套的几何模型,划分有限元网格,进行接触非线性分析,得出销轴与轴套间的相互作用力及变形情况,为确定合哩的铰接结点的结构设计提供理论依据。
以该小型挖掘机工作装置动臂与斗杆铰点为例,建立铰点轴与轴孔接触问题的有限元模型(如图所示),计算轴和轴套的应力分布及变形情况。取工况(1)为计算工况,此工况下动臂与斗杆铰接处受力为520 kN。该处轴径为70 mm,计算70轴的当量应力云图如图所示。该处衬套内径70 mm,外径85 mm,衬套和焊接套最大过盈量为0.016-0.073 mm时,计算应力分布及变形情况。过盈量为0.073 mm时,轴套的当量应力云图如图所示。在不同过盈量下,轴套圆周当量应力以及和焊接套的接触压力如表所示。
1)提出土方机械工作装置整体结构有限元分析方法。对动臂、斗杆、铲斗、油缸和连接销轴构成的系统进行整体建模和加载,进行了工作装置的整体结构有限元强度分析及铰接处轴和轴套的接触应力分析。该分析方法克服了结构件分开计算时边界条件及载荷难以确定的问题,减少了因简化而造成的计算误差。
2)结合某小型挖掘机产品开发中出现的问题,运用整体结构有限元强度分析结果对该小型挖掘机工作装置的各组成部件进行了适当改进。实例验证表明,本文提出的方法对于提升土方机械工作装置的设计水平,具有一定的实际指导意义。
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