變速箱作為輪式裝載機動力傳動系統的主要部件，是變速箱的主要基體。輪式裝載機在行駛過程中，不僅要適應重載、路況差等工作環境，要在復雜的工況下頻繁換擋。因此，在齒輪運動和外界激勵的共同作用下，變速箱殼體會承受較大的載荷。為了保護好殼體內部零件，使動力傳動系統正常運轉，變速箱殼體應具有良好的動態特性和足夠的結構強度。因此，利用ANSYS軟件對200 kW輪式裝載機變速箱殼體進行模態分析以及特定工況下的強度分析。
      1.變速箱殼體3D實體模型的建立
      變速箱殼體一般形狀不規則、壁厚不均勻，想要得到精準的有限元分析結果，就必須對殼體進行準確建模。根據200 kW輪式裝載機變速箱殼體的CAD圖紙，運用SolidWorks軟件建立其3D實體模型，如圖所示。考慮到網格劃分的復雜性和計算效率的提高，對殼體進行了相應的簡化處理，在保證殼體主要結構力學性能不變的情況下，省略了一些尺寸比較小、不影響強度和剛度的非承載部位。
      2.變速箱殼體模態分析
      2.1.變速箱殼體模態分析理論
      模態分析主要用來確定結構和機器零部件的振動特性固有頻率和振型，避免結構和機器零部件在載荷作用下產生共振。因此，對機器零部件進行模態分析是十分必要的。模態分析是將所研究的結構看成是由阻尼器、彈簧、剛體以及質點組成的系統，運用離散化理論將其離散成為有限多個彈性連接的剛體，從而使系統的自由度從無限多變為有限多。將殼體近似為線性系統，根據達朗貝爾原理，系統的數學模型可用以下方程式表示。
      在求解結構自由振動固有頻率和固有振型時，外部動載荷無關，且阻尼對系統的影響不大，因此c和{p}都可以忽略不計，得到系統的無阻尼自由振動微分方程。
      2.2.變速箱殼體有限元模型的建立
      在對變速箱殼體進行有限元求解之前，需對殼體進行網格劃分。有限元分析時，求解結果的精度與單元類型以及網格的劃分質量有關。網格劃分越精細，求解結果越精確。將對該變速箱殼體進行自動網格劃分，對軸承座處的網格劃分進行局部細化處理，以確保重要部位的計算精度，同時也節省了載體的運算時間。網格劃分好后的變速箱殼體有限元模型如圖所示。
      約束條件及載荷處理變速箱殼體的下端面通過懸置元件與底盤連接，故殼體下端面的邊界條件為全約束，保證殼體固定不動，而變速箱殼體的是自由狀態下變速箱殼體的固有頻率和振型，故不受外界動載荷的約束。
      2.3.變速箱殼體的模態數值分析
      在進行模態分析時，頻率范圍的選擇較為重要，頻率范圍過高或者過低都會對分析結果有一定的影響。考慮到變速箱的工作頻率以及外界激勵頻率等因素，選取計算頻率范圍為0-1000 Hz。利用有限元分析軟件對己經建立好的有限元模型進行求解，其前12階振動頻率與振型描述如表2所列，各階振型如圖所示。
      變速箱殼體的固有頻率在262.19-639.51 Hz之間，相對比較集中。而該變速箱的轉速變化范圍為600-1800 r/min，故其工作頻率為10-30 Hz，遠遠小于變速箱殼體的固有頻率，因此，變速箱殼體不會發生共振。與此同時，齒輪的嚙合頻率也會對變速箱殼體有一定的激勵作用。該變速箱內齒輪副的嚙合頻率如表所列，可知輸入齒輪副、中間齒輪副、輸出齒輪副的嚙合頻率與殼體固有頻率。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                  杭州納泰科技咨詢有限公司
                                                                          本文出自杭州納泰科技咨詢有限公司www.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！