小宝看汽车|型矿用车驱动桥壳结构强度与模态分析，NTE240
杨芙蓉陈锋锋董志明任学平
0引言矿用自卸车主要用于露天矿山运输 ， 少量用于采石场和大型建筑工程工地 ， 在装料场与卸料场之间短距离往返运送矿石和岩石等物料 。 由于矿区道路一般为临时路面 ， 地面比较坑洼 ， 因此路面冲击严重 ， 工作条件十分恶劣 。 驱动桥壳作为电动轮矿用自卸车的主要承载部件 ， 不仅要承受车架和悬架传递的载荷 ， 还要承受来自地面的冲击载荷 ， 其性能直接影响电动轮矿用自卸车的安全性及可靠性 。 因此 ， 矿用自卸车的驱动桥壳必须具有一定的强度、刚度和良好的动态特性 。 本文以NTE240型电动轮矿用自卸车的驱动桥壳为例 ， 利用有限元分析方法进行了满载静力学分析和模态分析 。
1建立驱动桥壳的有限元模型1.1几何模型的建立驱动桥受力复杂 ， 施加于桥壳的载荷主要有驱动桥壳的A型架铰接处所受的纵向水平作用力、桥壳的横拉杆所受的来自后桥与车架之间的横向水平作用力以及后悬架下支座所受的来自于后悬架传递的垂直载荷 。
考虑驱动桥壳是一个非常复杂的组合结构 ， 利用专用的三维建模软件Pro/E进行实体建模过程中对桥壳模型进行一定的简化 ， 但保留桥壳上主要受力部件的结构外形 ， 以反映桥壳的力学性能 ， 建立一个有效简单正确的几何模型 ， 如图1所示 。
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图1驱动桥壳的几何模型
1.2模型的导入和网格划分AnsysWorkbench平台是Ansys公司的多物理场及优化分析平台 ， 用于解决产品研发过程中CAE软件的异构问题 。 其用户界面直观高效 ， 具有可靠的几何模型导入能力、强大的网格处理力、省时的CAD双向参数链互动和全面的参数管理以及DOE优化和参数实时双向变化技术 。 在AnsysWorkbench中导入图1所示的装配模型 ， 系统自动对桥壳组装件建立bonded接触 ， 在bonded接触中 ， 其接触面或边之间没有切向相对滑动或者法向相对分离 。 相对于线性分析 ， bonded接触能满足要求 。 在Workbench中利用Multizone网格划分方法对后悬架下支座和后桥横拉杆进行六面体网格划分 ， 对其余部分采用SolidShell单元用Sweep方法进行划分 ， 得到如图2所示的网格划分图 。 划分后该有限元模型节点数202038个 ， 单元数74338个 。 该桥壳由HG70钢板焊接而成 ， HG70是高强度焊接结构钢 ， 其弹性模量E=200GPa,泊松比μ=0.3 ， 材料密度为7800kg/m3 。 抗拉强度为685MPa ， 屈服极限为590MPa 。
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图2驱动桥壳的网格模型图
1.3约束和载荷的施加矿用自卸车在实际行驶过程中工况极其复杂 ， 本文选取2种极限工况进行计算 ， 即满载状态下的动载荷工况和最大加速度启动工况 。 根据矿山路面情况 ， 动载荷工况下后桥承受的载荷为随机载荷 ， 由于随机载荷计算的复杂性 ， 一般取动载荷系数为3 ， 主要对垂直力产生影响 ， 其单个悬架下支座所受力为2352kN 。 在满载状态最大加速度启动工况下主要受力有A型架铰接处所受的纵向水平作用力、悬架下支座所受的垂直力和桥壳两端所受的扭矩 。 输入到轮边马达的扭矩M=780kN·m 。 经桥壳两端传递给A型架铰接处的水平力
F=M/R=845.528kN
式中：R为车轮半径 。 单个支座所受力为满载状态下考虑载荷转移系数后所受压力的一半 ， 即为1290kN 。 对于动载荷工况和最大加速度启动工况 ， 约束加在A型架铰接处 ， 限制其X、Y方向的平移和转动以及Z轴上的移动 ， 同时对桥壳两端施加约束 ， 模拟桥壳两端简支支撑 。
2驱动桥壳的静动态有限元分析2.1驱动桥壳极限工况分析根据满载动载荷工况的运动和受力情况 ， 对驱动桥壳施加相应约束和载荷 ， 求解结果见图3和图4 。
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