zl50裝載機輪轂軸承的有限元分析(畢業(yè)論文+全套cad圖紙)(答辯通過)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題 目： ZL50裝載機輪轂軸承的有限元分析 </p><p>　　學(xué) 院： 機械與自動控制學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： 09機械設(shè)計制造及其自動化（4）班 </p><p>

2、　　姓 名： 邵曉暉 學(xué) 號： Q09310121 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 吳躍成 </p><p>　　二O一三 年 五 月 十五 日</p><p>　　浙 江 理 工 大 學(xué)</p><p><b

3、>　　機械與自動控制學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計誠信聲明</b></p><p>　　我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻或注釋中列出。設(shè)計說明書與圖紙均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。</p>

4、<p>　　聲明人（簽名）： </p><p>　　2013 年 5月 1日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　國內(nèi)裝載機驅(qū)動橋的輪轂軸承，都是采用國外進口軸承，國產(chǎn)軸承基本不采用，主要原因是強度和壽命難以保證。因此為將其國產(chǎn)化，研究其強度和壽命對降低驅(qū)動橋的成本和保證可靠性將具有重要應(yīng)用價值。

5、</p><p>　　本次研究的課題是ZL50裝載機驅(qū)動橋輪轂軸承的有限元分析，輪轂軸承的有限元分析的論文工作內(nèi)容主要包括以下幾個方面：</p><p>　　1、了解與輪轂軸承相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與研究趨勢，準(zhǔn)確把握輪轂軸承的各種工作情況。</p><p>　　2、輪轂軸承的結(jié)構(gòu)類型與特點以及在各種工況下的受力分析，然后在以赫茲理論為基礎(chǔ)，對輪轂軸承的接觸問題和載荷

6、分布情況進行分析。</p><p>　　3、進行輪轂軸承的強度校核計算，這部分通過輪轂軸承的強度計算，來證實所選用的軸承是否滿足ZL50裝載機的工況需求。</p><p>　　4、基于有限元分析軟件ANSYS，通過Pro/E建立所選用的滾動輪轂軸承的三維有限元模型，從半個輪轂軸承和最大滾動體兩個情況，分別對輪轂軸承的接觸疲勞問題進行了有限元分析，得到兩個情況下的應(yīng)力與分布情況，然后與赫茲理

7、論中計算所得的結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)計算與有限元分析所得結(jié)果接近。</p><p>　　關(guān)鍵字：裝載機；輪轂軸承；受力分析；強度校核；有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The wheel hub bearing of loader, are all use imported bearing, ne

8、arly did not use domestic bearing, the main reason is hard to ensure strength and service life. So we should make it localization, research its strength and life to reduce the cost and ensure reliability of the drive axl

9、e will has important application value.</p><p>　　The research topic is loader ZL50 wheel drive axle bearing finite element analysis, finite element analysis of wheel bearings, in the following ways:</p>

10、;<p>　　1, understanding the issues related to research status, accurately grasp the wheel bearings work environment.</p><p>　　2, the wheel bearings and its structure features and the stress analysis u

11、nder the the kinds if working condition, then based on hertz theory for the contact problem and wheel bearing load distribution analysis.</p><p>　　3, Strength check calculation of wheel hub bearing, this sec

12、tion through the wheel hub bearing strength calculation, to confirm the selected bearing whether meet the demand of working condition of ZL50 loader.</p><p>　　4, based on finite element analysis software ANS

13、YS, Through the Pro/E set up using a 3d finite element model of rolling wheel hub bearing, from half a wheel hub bearing and two roller, respectively contact fatigue of wheel hub bearing is carried on the finite element

14、analysis, get two cases of stress and the distribution, and then compared with Hertz theory computing result and found the calculation with the finite element analysis results.</p><p>　　Key words: loader; Wh

15、eel bearings; Force analysis; Strength check; Finite element analysis</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p>

16、;<p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 裝載機概述1</p><p>　　1.1.1 裝載機的定義與用途1</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1</p><p>　　1.1.3 國外裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢3</p><p

17、>　　1.2 輪轂軸承概述4</p><p>　　1.2.1 輪轂軸承的定義4</p><p>　　1.2.2 輪轂軸承的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢5</p><p>　　1.3 本文研究的意義與基本內(nèi)容7</p><p>　　1.3.1 輪轂軸承強度與壽命分析的意義7</p><p>　　1.3.2 主要內(nèi)容7

18、</p><p>　　1.3.3 主要目標(biāo)8</p><p>　　第2章 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)與特性9</p><p>　　2.1 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)形式9</p><p>　　2.2 輪轂軸承的基本特性9</p><p>　　2.2.1 輪轂軸承的材料特性10</p><p>　　第3章 輪轂

19、軸承的力學(xué)分析12</p><p>　　3.1輪轂軸承的載荷分布12</p><p>　　3.2 輪轂軸承的接觸表面應(yīng)力14</p><p>　　3.2.1 赫茲理論求解接觸問題14</p><p>　　3.2.2 輪轂軸承的接觸應(yīng)力計算15</p><p>　　第4章 輪轂軸承的強度校核16</p&

20、gt;<p>　　4.1 相關(guān)基本參數(shù)16</p><p>　　4.1.1裝載機技術(shù)參數(shù)16</p><p>　　4.1.2輪轂軸承相關(guān)參數(shù)16</p><p>　　4.2 疲勞強度校核17</p><p>　　4.3 靜強度校核18</p><p>　　4.3.1 緊急制動時18</p

21、><p>　　4.3.2高速轉(zhuǎn)彎時19</p><p>　　4.3.3 發(fā)生側(cè)滑時21</p><p>　　第5章輪轂軸承有限元分析23</p><p>　　5.1 ANSYS軟件分析基本思想23</p><p>　　5.2輪轂軸承有限元分析三維模型的建立23</p><p>　　5.2.

22、1模型的建立23</p><p>　　5.2.2輪轂軸承模型特點26</p><p>　　5.2.3設(shè)定材料屬性27</p><p>　　5.2.4選取單元類型28</p><p>　　5.2.5網(wǎng)格劃分29</p><p>　　5.2.6接觸對設(shè)置29</p><p>　　5.2.

23、7約束條件與加載求解32</p><p>　　5.2.8 有限元計算結(jié)果分析34</p><p>　　第6章 總結(jié)與展望38</p><p><b>　　參考文獻39</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p>　　全套資料帶CAD圖，

24、QQ聯(lián)系414951605或1304139763</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 裝載機概述</b></p><p>　　1.1.1 裝載機的定義與用途</p><p>　　裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方

25、施工機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。</p><p>　　裝載機主要用來鏟、裝、卸、運土和石料一類散狀物料，也可以對巖石、硬土進行輕度鏟掘作業(yè)。如果換不同的工作裝置，還可以完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。在公路施工中主要用于路基工程的填挖，瀝青和水泥混凝土料場的集料、裝料等作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快，機動性好，操作輕便等優(yōu)點，因而發(fā)展很快，成為土石方施工

26、中的主要機械。對于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動強度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機械化施工中不可缺少的裝備之一。</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢</p><p>　　中國現(xiàn)代輪式裝載機起始于20世紀(jì)60年代中期的Z435型。該機為整體機架、后橋轉(zhuǎn)向。經(jīng)過幾年的努力，在吸收當(dāng)時世界最先進的輪式裝載機技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)成功了功率為162KW的鏟

27、接式輪式裝載機，定型為Z450(即后來的ZL50)，并于1971年12月18日正式通過專家鑒定。就這樣誕生了中國第一臺鉸接式輪式裝載機，從而開創(chuàng)了中國裝載機行業(yè)形成與發(fā)展的歷史。Z450型裝載機具有液力機械傳動、動力換擋、雙橋驅(qū)動、液壓操縱、鉸接式動力轉(zhuǎn)向、氣推油加力制動等現(xiàn)代輪式裝載機的基本結(jié)構(gòu)，為當(dāng)時世界先進水平。也基本上代表了中國第一代輪式裝載的基本結(jié)構(gòu)。該機在總體性能方面具有動力性好，插入力有掘起力大、機動靈活、操縱輕便、作業(yè)效

28、率高等一系列優(yōu)點。</p><p>　　1978年，天工所根據(jù)機械部的要求，制訂出以柳工Z450為基型的中國輪式裝載機系列標(biāo)準(zhǔn)。制訂標(biāo)準(zhǔn)時，保留用Z代表裝載機，用L取代“4”代表輪式，改Z450為ZL50，就這樣制訂出了以柳工ZL50型為基型的中國ZL輪式裝載機系列標(biāo)準(zhǔn)，這是中國裝載機發(fā)展史上的重大轉(zhuǎn)折點。該標(biāo)準(zhǔn)制訂出來后按當(dāng)時的行業(yè)分工，柳工、廈工制造ZL40以上的大中型輪式裝載機，成工、宜工制造ZL30以下的

29、中小型輪式裝載機，逐步形成了柳工、廈工、成工和宜工當(dāng)時的裝載機四大骨干企業(yè)。</p><p>　　到70年代末、80年代初中國裝載機制造企業(yè)已增加至20多家，初步形成了中國裝載機行業(yè)。到目前為止，中國輪式裝載機已經(jīng)發(fā)展到了第三代，但最基本的結(jié)構(gòu)仍然是由Z450（ZL50）演變而來。第二代變化不很大，第三代變化稍大一些。2001年中國裝載機全行業(yè)總銷售量已突破3萬臺，居世界裝載機市場的前列。因此，中國已經(jīng)成了世界上

30、裝載機產(chǎn)銷大國。</p><p>　　2006年中國裝載機行業(yè)全行業(yè)總銷售量為129，793臺，比2005年的112，527臺，增長了15.3%，凈增了17266臺，其凈增量超過了中國裝載機行業(yè)“八五”以前任何一年的總銷售量，可以說2006年中國裝載機行業(yè)又是一個紅紅火火的豐收年。</p><p>　　2007年1-11月，裝載機26家主要企業(yè)累計銷量為143794 臺，同比（109397

31、 臺）增加34397 臺，增幅為31.4%；累計出口為8606 臺，占累計銷量的6.0%，同比（3234 臺）增加5372 臺，增幅達(dá)166.1%。2008年，中國裝載機行業(yè)增速不減，1-7月，全國裝載機累計銷量為12.0449萬臺，同比增幅達(dá)30.5%。</p><p>　　中國裝載機工業(yè)在發(fā)展的同時，一些問題也日益顯露出來。特別是行業(yè)進入門檻極低，價格惡性競爭導(dǎo)致企業(yè)盈利能力低下，營銷理念缺失，市場難以拓展，

32、產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性差，此外，產(chǎn)品及組織結(jié)構(gòu)老化以及服務(wù)升級增加的成本難以消化等因素嚴(yán)重等制約了行業(yè)的進一步發(fā)展和品質(zhì)的提高。</p><p>　　因此，中國裝載機企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢，在產(chǎn)品研發(fā)上體現(xiàn)差異化戰(zhàn)略和成本領(lǐng)先戰(zhàn)略，繼續(xù)加強行業(yè)以企業(yè)國家級技術(shù)中心和高校及科研院所為主體的科研開發(fā)體系建設(shè)，打造價值鏈營銷，加強品牌建設(shè)，提升品牌價值，只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。</p><p

33、>　　中國最大輪式裝載機是徐工LW1200K。 2010年11月23日，在baumachina2010展會隆重舉辦之際，徐工科技震撼推出國內(nèi)最大噸位裝載機——LW1200K，并當(dāng)場銷售，在二十一世紀(jì)第二個十年到來之際，引領(lǐng)中國裝載機產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展進入新時代。</p><p>　　LW1200K的問世，使徐工和歐、美企業(yè)并列，成為全球有能力開發(fā)該級別產(chǎn)品的四大巨頭之一。</p><p>

34、　　LW1200K裝載機是徐工立足市場需求，瞄準(zhǔn)國際高端技術(shù)主流，自主研制開發(fā)的新產(chǎn)品，是中國目前最大噸位的輪式裝載機，擁有國際先進技術(shù)，裝備國際一流部件，體現(xiàn)質(zhì)量、安全和環(huán)保的價值觀念。并順利通過了由吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、東南大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)等多名行業(yè)專家的鑒定。鑒定委員會給予了高度評價，并一致認(rèn)為“是國內(nèi)裝載機行業(yè)的一次重大技術(shù)提升和突破，對打破國外大型裝載機的絕對壟斷局面，推動中國裝載機行業(yè)的技術(shù)進步，引領(lǐng)裝載機行業(yè)朝著高可靠

35、性、高技術(shù)含量、高性能、大噸位的方向發(fā)展具有劃時代的意義”。</p><p>　　國產(chǎn)輪式裝載機正在從低水平、低質(zhì)量、低價位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟實用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各主要廠家不斷進行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫產(chǎn)品設(shè)計雷同，無自己特色和優(yōu)勢的現(xiàn)狀，從低水平的無序競爭的怪圈中脫穎而出，成為裝載機行業(yè)的領(lǐng)先者。</p><p

36、>　　1.1.3 國外裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢</p><p>　　輪式裝載機起源于美國，它從一種簡單的裝料附屬設(shè)備發(fā)展成為高效能多用途的建筑機械，并且已經(jīng)有63年歷史了，半個多世紀(jì)以來，技術(shù)不斷發(fā)展，工作性能不斷得提高，應(yīng)用范圍越來越廣，特別是近十年來，裝載機的技術(shù)發(fā)展變得更快，80年代以來，輪式裝載機的發(fā)展趨勢是：擴大功能、降低消耗、特高性能、全方面的滿足用戶需求，以下就是國外裝載機的發(fā)展與趨勢：<

37、/p><p>　　輪式裝載機在通過50-60年的發(fā)展之后，到20世紀(jì)90年代中末期的時候，國外輪式裝載機技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個相當(dāng)高的水平。通過液壓技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的各種智能系統(tǒng)的幫助下，并廣泛應(yīng)用于裝載機的設(shè)計、計算操作控制、檢測監(jiān)控、生產(chǎn)經(jīng)營和維修服務(wù)等各個方面。使國外輪式裝載機在原來的基礎(chǔ)上更加“精致”，其自動化程度也得到提高。</p><p>　　改善了裝載機的使用性能，使操作者

38、更舒適，雖然輪式裝載機在提高性能方面作了很多工作，但在裝卸，運載仍是裝載機的使用目的，因此在舒適性方面需要得到提高。提高通用性，不斷滿足市場需要，通用性可以使用戶在更少的投入下，使裝載機獲得更高的使用價值，因此提高這一性能，非常重要。改進產(chǎn)品設(shè)計，加速更新?lián)Q代，電子技術(shù)的應(yīng)用并不能促使裝載機更新?lián)Q代加快，而應(yīng)該不斷改進產(chǎn)品和設(shè)計，來達(dá)到強度、操作性與可靠性提高。</p><p>　　在未來，國外的輪式裝載機的發(fā)展

39、主要集中在微電子技術(shù)與信息技術(shù)，完善裝載機的計算機輔助駕駛系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)以及信息管理系統(tǒng)；不斷改進電噴裝置，使得柴油發(fā)動機更節(jié)能，并且他的尾氣排放量更?。徊捎靡恍┨厥獠牧?，應(yīng)用一些噪聲減少方法，使裝載機的噪聲得到降低或是消除；研究出更環(huán)保、更節(jié)能的動力裝置，以達(dá)到無污染、無噪聲的工作環(huán)境；在可靠性方面，裝載機的液壓系統(tǒng)需要得到特高，并且在傳感器與控制單元方面，同樣需要得到重視，是的整體的可靠性得到一個更好的提升，使用戶體驗更好；最后

40、在安全性方面，將采用更多的電子監(jiān)控系統(tǒng)，以達(dá)到自動報警，自動換擋變速，更甚至達(dá)到自動操作，使裝載機操作更安全，更快捷。</p><p>　　1.2 輪轂軸承概述</p><p>　　1.2.1 輪轂軸承的定義</p><p>　　輪轂軸承是應(yīng)用于汽車車軸處用來承重和為輪轂的轉(zhuǎn)動提供精確引導(dǎo)的零部件，既承受軸向載荷又承受徑向載荷，是汽車載重和轉(zhuǎn)動的重要組成部分。傳統(tǒng)的

41、汽車車輪用軸承是由兩套圓錐滾子軸承或球軸承組合而成的，軸承的安裝、涂油、密封以及游隙的調(diào)整都是在汽車生產(chǎn)線上進行的。這種結(jié)構(gòu)使得其在汽車生產(chǎn)廠裝配困難、成本高、可靠性差，而且汽車在維修點維護時，還需要對軸承進行清洗、涂油和調(diào)整。</p><p>　　傳統(tǒng)的汽車車輪上的輪轂軸承是由兩個軸承相互連接而成，因此在輪轂軸承的安裝、密封與游隙調(diào)整方面有很大的考驗，這種結(jié)構(gòu)使得汽車的生產(chǎn)廠裝配軸承時困難，成本高，使得軸承可靠

42、性很差，因此設(shè)計出汽車專用的軸承必不可少了。專用的汽車輪轂軸承單元是在標(biāo)準(zhǔn)角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將兩套軸承做為一體，具有組裝性能好、可省略游隙調(diào)整、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、載荷容量大、為密封軸承可事先裝入潤滑脂、省略外部輪轂密封及免于維修等優(yōu)點，已廣泛用于轎車中，在載重汽車中也有逐步擴大應(yīng)用的趨勢。</p><p>　　1.2.2 輪轂軸承的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢</p><p&g

43、t;　　對于車用的傳統(tǒng)輪轂軸承，起初是使用兩套圓錐滾子軸承或是球軸承組合而成的，并沒有專用的輪轂軸承。由于輪轂軸承的作用特殊，所以使得裝配輪轂軸承非常困難，難道高，而且可靠性很差。這就促使人們?nèi)パ芯科噷Ｓ玫妮嗇炤S承，這樣隨著研究的進展，也慢慢的得到了很多的輪轂軸承的設(shè)計方案。</p><p>　　對于第一代輪轂軸承來說，它只是將雙列軸承合為一體，裝配和調(diào)整只在工廠里調(diào)整好的，并且加入了密封圈，可以說使得輪轂軸承

44、的可靠性大大提高了。代表著輪轂軸承的制造進入了規(guī)范化道路。而后，慢慢的研制出了第二代，第三代，第四代輪轂軸承，可以說，一代比一代裝配更方便，可靠性更高，更輕更便捷。</p><p>　　第二代輪轂軸承與第一代輪轂軸承的區(qū)別就在于將軸承套圈與跟軸承相配合的零件即輪轂與轉(zhuǎn)向節(jié)制成一體。第二代在外滾道上有一個用于將軸承固定的法蘭，可簡單的將軸承套到輪軸上用螺母固定。使得汽車的維修變的容易。第二代輪轂軸承所使用的法蘭盤，

45、使得輪轂軸承質(zhì)量更小，裝配部件更少，更易于安裝。在熱處理方面，第二代輪轂軸承使用的是在線高頻加熱淬火，而第一代輪轂軸承采用的是分批完成的淬火，所以第二代輪轂軸承在強度與硬度方面都比第一代產(chǎn)品要優(yōu)秀一些。</p><p>　　與第二代輪轂軸承相比，第三代輪轂軸承單元是采用了軸承單元和防抱剎系統(tǒng)ABS相配合。輪轂單元設(shè)計成有內(nèi)法蘭和外法蘭，內(nèi)法蘭用螺栓固定在驅(qū)動軸上，外法蘭將整個軸承安裝在一起。由于在構(gòu)造上，第三代軸

46、承連接懸掛的法蘭盤和剎車盤之間連接在一起了，所以與第二代輪轂軸承最大的區(qū)別是帶有了ABS傳感器，所以使得裝有第三代軸承的車輛在安裝ABS系統(tǒng)時變得非常方便。</p><p>　　最后，現(xiàn)在有的公司已經(jīng)著手于第四代輪轂軸承的研究與開發(fā)了，但現(xiàn)在并沒有量產(chǎn)。與前幾代產(chǎn)品相比，這代產(chǎn)品也同樣在集成上做了改良，將等速萬向節(jié)與軸承做成了一體，但這樣使得輪轂的尺寸變大，重量變重。第四代輪轂軸承的特點總結(jié)為：無需調(diào)整軸承間隙，

47、軸承組裝工藝更合理，重量大小跟小，潤滑劑使用更高效，更持久。這代輪轂還在研發(fā)中，未進行大量使用，有待以后研究。</p><p>　　我所研究的裝載機輪轂軸承為第二代輪轂軸承。在國內(nèi)，車輛大概使用的是第二代輪轂軸承或是第一代輪轂軸承，很少有使用第三代輪轂軸承。這主要是由于國內(nèi)還沒有能夠很好的技術(shù)來制造第三代輪轂軸承，也便沒有修理技術(shù)。所以國內(nèi)的輪轂軸承大致為第二代與第一代產(chǎn)品。</p><p&g

48、t;　　隨著汽車工業(yè)發(fā)展，對車用的輪轂軸承提出了更高的要求。對于以后軸承的發(fā)展趨勢，大致為：減輕重量，降低摩擦，更加整合簡單，密封性加強，以達(dá)到提高輪轂軸承的可靠性和壽命。下面是我了解到了國內(nèi)外關(guān)于輪轂軸承的一些研究新趨勢。</p><p>　　隨著越來越多的的轎車配備ABS,ABS的功能也越來越強。為解決向ABS提供車輪轉(zhuǎn)速信號的車輪速度傳感器的成本、安裝及信號質(zhì)量等方面存在的問題開發(fā)了集成ABS脈沖發(fā)生器的輪

49、轂軸承單元。</p><p>　　帶ABS傳感器的輪轂軸承單元，主要包括法蘭盤、齒圈旋轉(zhuǎn)體、密封組件和輪轂，在輪轂上設(shè)有ABS傳感器，ABS傳感器中的磁鋼套裝在齒圈旋轉(zhuǎn)體上，并與之相配合；齒圈旋轉(zhuǎn)體與法蘭盤呈固定連接。本實用新型有益的效果是：該結(jié)構(gòu)替代了原來的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、輪轂、軸承的組合，既將三者的功能集成為一體，又大大減小了原結(jié)構(gòu)的體積，減少了重量，同時還大大提高了可靠性 。</p><p&

50、gt;　　高性能密封圈的研究，由于汽車行駛情況復(fù)雜，輪轂軸承工作環(huán)境復(fù)雜，軸承能不進入泥漿或是污水，會使得輪轂軸承失效更快。因此我們在輪轂軸承的密封性上要提高，這樣還能使?jié)櫥瑒┦褂眯矢摺?lt;/p><p>　　搖輾技術(shù)的應(yīng)用，主要是通過是輪轂軸承與半內(nèi)圈連接一體來代替緊固螺母，使得重量減輕，裝配簡單，減少成本，可靠性更高。</p><p>　　還有就是一代一代產(chǎn)品研發(fā)的初衷都是為了減輕重

51、量，減小尺寸，這在以后的輪轂軸承研發(fā)中，我們依然要考慮，減輕了重量，減小了尺寸，能夠減少成本，并且減少能源使用，更加節(jié)約資源，更綠色更環(huán)保。</p><p>　　通過參閱其他文獻，我們得到輪轂軸承失效形式中由于球與內(nèi)外圈之間接觸疲勞失效較多，而疲勞失效是由于接觸面之間有摩擦力作用，以后的發(fā)展研究就需要在輪轂軸承接觸表面間減小摩擦力，以得到更長的壽命和更好的可靠性。</p><p>　　1.

52、3 本文研究的意義與基本內(nèi)容</p><p>　　1.3.1 輪轂軸承強度與壽命分析的意義</p><p>　　國內(nèi)裝載機驅(qū)動橋的輪轂軸承，都是采用國外進口軸承，國產(chǎn)軸承基本不采用，主要原因是強度和壽命難以保證。因此為將其國產(chǎn)化，研究其強度和壽命對降低驅(qū)動橋的成本和保證可靠性將具有重要應(yīng)用價值。</p><p>　　1.3.2 主要內(nèi)容</p><

53、;p>　　本次畢業(yè)設(shè)計中主要完成的內(nèi)容包括：</p><p>　　(1) 了解與課題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；</p><p>　　對所研究的裝載機與裝載機輪轂軸承有初步的了解，能夠更準(zhǔn)確的把握輪轂軸承的工作情況，更準(zhǔn)確的確立所研究的主要目標(biāo)，使論文結(jié)構(gòu)更有層次感，更有結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(2) 對輪轂軸承的各種特性進行綜合性介紹與分析；</p>

54、;<p>　　介紹輪轂軸承的結(jié)構(gòu)特點，工作情況與工作特點，輪轂軸承所使用的材料以及材料的一些特性，以便后面的有限元分析。</p><p>　　(3) 進行輪轂軸承在各工況下的受力分析。</p><p>　　介紹輪轂軸承的載荷分布情況，計算得到載荷分布的計算式。以赫茲理論為基礎(chǔ)，進行接觸問題的求解，試探性求解輪轂軸承的滾子的最大接觸應(yīng)力，為與下一步的有限元分析比較。所選用的輪轂

55、軸承的強度是否滿足裝載機的工況需要，進行強度校核分析。</p><p>　　(4) 完成三維造型，進行有限元分析。</p><p>　　根據(jù)自己所學(xué)的三維軟件知識與有限元知識，運用Pro/E工具對輪轂軸承完成三維造型，然后運用ANSYS有限元分析軟件對ZL50裝載機上的輪轂軸承單元進行有限元分析。</p><p>　　1.3.3 主要目標(biāo)</p>&l

56、t;p>　　(1) 介紹所選用的輪轂軸承的結(jié)構(gòu)與相關(guān)特性；</p><p>　　(2) 完成論文所要求的關(guān)于輪轂軸承的相關(guān)力學(xué)計算：</p><p>　　了解輪轂軸承的載荷分布情況，計算得到載荷分布的計算式。以赫茲理論為基礎(chǔ)，進行接觸問題的求解，求解出輪轂軸承滾子的最大接觸應(yīng)力。進行強度校核，確定所選用輪轂軸承滿足強度需要。</p><p>　　(3) 完成輪

57、轂軸承有限元強度分析：</p><p>　　運用Pro/E完成三維模型，運用ANSYS對輪轂軸承與最大接觸應(yīng)力的滾動體單元進行應(yīng)力分析，并與計算所得相差不大。</p><p>　　第2章 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)與特性</p><p>　　2.1 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　通過對裝載機的輪轂軸承的研究，對裝載機基本的技術(shù)參數(shù)進行計算，初步

58、確定所選用的輪轂軸承為32028和32030的圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承主要能夠同時承受徑向與軸向載荷，并且以承受徑向載荷為主，與角接觸球軸承相比，承載能力更強，這便是選用圓錐滾子軸承的原因。通常情況下，圓錐滾子軸承的外圈圓錐角在10º～19º之間，能夠同時承受軸向與徑向載荷，角度越大，承受的軸向載荷也越大，但有一個上限。同樣對于一些特殊情況，需要承受很大的軸向載荷時，設(shè)計了錐角在25º～29º之

59、間的大角度圓錐滾子軸承，以適應(yīng)更加嚴(yán)峻的工作情況。</p><p>　　2.2 輪轂軸承的基本特性</p><p>　　(1)可承受徑向和軸向聯(lián)合載荷 由于存在圓錐角的情況下，輪轂軸承傾斜方向的滾道使其能夠承受徑向和軸向載荷。軸承承受軸向載荷的能力取決于外滾道與軸承中心線之間的夾角(即接觸角α)的大小，α越大，軸承承受軸向載荷的能力越大，但是α角度不能無限擴大，一般小于30º。&

60、lt;/p><p>　　(2)純滾動 如圖2-2所示，輪轂軸承的內(nèi)圈滾道、外圈滾道以及圓錐滾子的中心線的延長線剛好匯集于一點，說明滾子在內(nèi)圈滾道與外圈滾道之間是作一個純滾動。以便為后續(xù)的計算與有限元分析提供一個很好的證明。</p><p>　　圖2-1 輪轂軸承純滾動示意圖</p><p>　　(3)滾子的正引導(dǎo) 通過下面的介紹，滾子的正引導(dǎo)對輪轂軸承有著非常重要的作

61、用。所謂滾子的正引導(dǎo)是指滾子的圓錐結(jié)構(gòu)不僅保證了沿接觸副的承載線有純滾動，而且還能產(chǎn)生一個分力，將滾子推向內(nèi)圈的大擋邊，內(nèi)圈大擋邊對滾子產(chǎn)生一個反座力。反座力是隨外圈和內(nèi)圈角度而變化的，它使?jié)L子相對于內(nèi)圈擋邊保持精確的同心和定位。這樣輪轂軸承內(nèi)圈的擋邊能夠更準(zhǔn)確的定位滾子的位置，使得輪轂軸承工作時，達(dá)到更小的不必要的能量損失以及更少的不必要的滾子或是內(nèi)外圈磨損。</p><p>　　2.2.1 輪轂軸承的材料特性

62、</p><p>　　(1) 軸承套圈用鋼材</p><p>　　1)高碳鉻軸承鋼。目前使用的高碳鉻軸承鋼的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18524-2002《高碳鉻軸承鋼》，基本鋼號有GCr4、GCr15、GCR15SiMn、GCr15SiMo和GCr18Mo，常用的是GCr15和GCR15SiMn，其性能基本相同，只是GCR15SiMn的淬透性較好。</p><p>　　高碳鉻

63、軸承鋼能滿足一般和某些特殊用途軸承的要求，具有良好的耐磨性能和抗接觸疲勞性能，有較理想的耐銹性能和一定的彈性、韌性，價格性能良好，價格較便宜。</p><p>　　當(dāng)制造軸承零件用材料的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)時，軸承的內(nèi)在質(zhì)量在很大程度上取決于軸承鋼的質(zhì)量——即化學(xué)成分的均勻性、非金屬夾雜物的含量、類型、大小及分布、碳化物不均勻性以及低倍組織。此外，軸承零件的熱處理質(zhì)量對軸承的使用性能和壽命也起決定性的作用。</p&

64、gt;<p>　　2)滲碳軸承鋼。此類鋼含有較低的碳和一定量的合金元素，對鋼的純潔度和組織均勻性要求較高。滲碳淬、回火后表面硬度58～62HRC，心部硬度25～45HRC，心部強度σb≧980MPa。心部韌、表面硬，既可承受較大的沖擊負(fù)荷，又具有較強的耐磨性和接觸疲勞強度。這類鋼的工藝性能也比較好。常用的有：G20CrNiMo、G20Cr2Ni4A，25Mn和G20Cr2Ni4A。</p><p>

65、　　3)不銹軸承鋼。9Cr18和9Cr18Mo是應(yīng)用較普遍的不銹軸承鋼。這類鋼有1%左右的碳和18%左右的鉻，屬于高碳馬氏體不銹鋼，經(jīng)熱處理后具有較高的強度、硬度、彈性、耐磨性及抗接觸疲勞性能。這類鋼有很好的抗大氣、海水、水蒸氣腐蝕的能力。由于這類鋼經(jīng)530～550ºC回火后，硬度≧55HRC，所以有時用來制造低于350ºC高溫抗腐蝕軸承零件。又因這類鋼較好的低溫穩(wěn)定性，也用于制造-253ºC以上的低溫軸承

66、零件。</p><p>　　綜合以上的一些關(guān)于軸承套圈用軸承鋼的知識，ZL50裝載機上所使用的輪轂軸承是由高碳鉻軸承鋼制造的。高碳鉻軸承鋼在很多方面能夠滿足ZL50裝載機的工況要求，以及強度與疲勞要求。以下是所選用的高碳鉻軸承鋼的一些物理參數(shù)與力學(xué)性能，這對后面的有限元分析有很大用處。</p><p><b>　　表2-1 物理參數(shù)</b></p>&l

67、t;p><b>　　表2-2 力學(xué)性能</b></p><p>　　(2)滾動體常用材料</p><p>　　制造滾動體的材料大多數(shù)是高碳鉻軸承鋼，生產(chǎn)直徑45mm以下的鋼球和直徑22mm以下的滾子用高碳鉻軸承鋼（GCr15），否則用高碳鉻軸承鋼（GCr15SiMn）。與輪轂軸承的內(nèi)外圈所選用的軸承鋼是一致的，使得輪轂軸承的力學(xué)性能達(dá)到更高的高度，能夠勝任更艱巨

68、的工況需要。</p><p>　　第3章 輪轂軸承的力學(xué)分析</p><p>　　3.1輪轂軸承的載荷分布</p><p>　　通過了解，作用于輪轂軸承的載荷通過滾動體由內(nèi)圈套圈傳遞到外圈套圈。由圖3-1所示，軸承內(nèi)各滾動體所受的載荷是不同的，因此分析輪轂軸承的各個滾動體所承受的載荷，對于強度校核或是三維有限元分析是至關(guān)重要的。查看文獻可得，分析徑向載荷作用下輪轂軸

69、承中的載荷分布情況，要考慮徑向游隙為零和負(fù)徑向游隙兩種情況，本文就僅僅介紹徑向游隙為零一種情況下輪轂軸承的載荷分布情況。</p><p>　　斯特貝克（Stribeck）是最早提出軸承在徑向游隙為零情況下滾子所受載荷分布情況的科學(xué)家，下面就參考文獻所介紹的，了解到如下的一些內(nèi)容。如圖3-1所示，考慮有一個滾動體的中心位于徑向負(fù)荷的作用線上。此時，上半圈的滾動體不承受負(fù)荷，而下半圈的滾動體承受負(fù)荷。</p&g

70、t;<p>　　圖中Ψi為第i個滾動體的中心線與徑向載荷作用線之間的夾角，則</p><p>　　為與載荷作用線夾角為Ψ位置的滾動體所承受的接觸載荷；</p><p>　　為外圈中心與內(nèi)圈中心之間的距離；</p><p>　　為與徑向載荷作用線夾角為零處的總彈性變形量；</p><p>　　為沿徑向載荷作用線上的滾動體與內(nèi)圈和外

71、圈接觸處的總彈性變形量；</p><p><b>　　Z為軸承滾子數(shù)量。</b></p><p>　　圖3-1軸承負(fù)荷分布圖</p><p>　　對上面所作的這一靜不定問題，內(nèi)圈在外加載荷和滾動體接觸載荷的作用下，是處于一個平衡狀態(tài)，可得：</p><p><b>　　（3-1）</b></p

72、><p><b>　　其中，。</b></p><p>　　根據(jù)在角度為Ψ的這一位置上的的變形協(xié)調(diào)條件：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　可得接觸載荷與變形量之間的關(guān)系為</p><p><b>　?。?-3）</b>&l

73、t;/p><p>　　其中，t為接觸彈性變形量與作用載荷之間的關(guān)系指數(shù)；為受載荷最大的滾動體載荷荷。</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　受載荷最大滾動體的載荷為</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p><b>　

74、　其中，</b></p><p>　　在得到受載最大滾動體的載荷之后，通過有限元的分析方法，就能夠得到軸承在受載最大滾動體下的最大接觸應(yīng)力了。</p><p>　　3.2 輪轂軸承的接觸表面應(yīng)力</p><p>　　3.2.1 赫茲理論求解接觸問題</p><p>　　對于滾動軸承而言，滾動體與滾道之間的滾動過程是軸承的主要工作內(nèi)

75、容，所以不可避免，我們需要討論滾動體與滾道之間的復(fù)雜的接觸問題，因為這關(guān)系到滾動軸承的工作是否可靠。假如施加于軸承的載荷Q為零，那么接觸區(qū)域為一個點。那么假如載荷Q不為零，接觸區(qū)域就不會一個點，而是零，這將使得軸承上的滾動體的應(yīng)力為無窮大。在實際情況中，能承受無窮大應(yīng)力的材料是不存在的，即接觸區(qū)域不可能為零。因此，滾動體與滾道都發(fā)生了相應(yīng)的一些或大或小的變形，通過這一變形來避免應(yīng)力無窮大。</p><p>　　曲

76、率和： （3-11）</p><p>　　曲率差： （3-12）</p><p>　　其中為接觸體的主曲率，分別為的倒數(shù)，在對于軸承溝道，有凸也有凹，所以在凸面時取正數(shù)，在凹面時取負(fù)數(shù)。</p><p>　　再以赫茲接觸理論為基礎(chǔ)，通過計算，算出橢圓的長半軸a和短

77、半軸b。</p><p>　　赫茲接觸應(yīng)力計算式如下：</p><p><b>　　最大赫茲接觸應(yīng)力：</b></p><p><b>　　（3-13）</b></p><p><b>　　其中， </b></p><p>　　、v是接觸區(qū)尺寸，兩個數(shù)據(jù)

78、可以通過機械設(shè)計手冊得到。對于軸承鋼而言，可取值為1。</p><p><b>　　平均赫茲接觸應(yīng)力：</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　通過赫茲接觸理論的計算，可以得到接觸面的尺寸及應(yīng)力計算式，但是我們發(fā)現(xiàn)該方法每次都要帶、v，計算過程比較繁瑣。因為接觸的兩物體為剛—剛的材料屬

79、性：彈性模量，泊松比，為此，Palmgren以剛對剛為接觸對象的基礎(chǔ)上，對以上的赫茲理論所得的計算式進行了簡化。</p><p>　　簡化式子中，接觸尺寸為：</p><p><b>　　（3-15）</b></p><p><b>　　（3-16）</b></p><p>　　最大赫茲接觸應(yīng)力（M

80、Pa）：</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　3.2.2 輪轂軸承的接觸應(yīng)力計算</p><p>　　下面，以上面通過赫茲理論與簡化式為基礎(chǔ)，進行輪轂軸承的接觸應(yīng)力計算。以32028軸承為例：根據(jù)所提供的三維幾何模型，該型號的幾何參數(shù)為：外徑，內(nèi)徑。</p><p>　　材料為高碳鉻軸承

81、鋼，材料參數(shù)：彈性模量，泊松比。徑向載荷為。</p><p>　　最大滾動體的載荷由上面公式3-5得：，簡化后。</p><p><b>　　計算得：</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入公式3-17得最大接觸應(yīng)力為1386MPa。</p><p>　　第4章 輪轂軸承的強度校核</p><p>

82、;　　4.1 相關(guān)基本參數(shù)</p><p>　　4.1.1裝載機技術(shù)參數(shù)</p><p>　　ZL50裝載機的有關(guān)技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　發(fā)動機總功率 168 kW/2200 r/min 發(fā)動機最大扭矩 935Nm/1300r/min</p><p>　　變矩器零速變矩比 4.0 變速箱一檔傳動

83、比 2.155 </p><p>　　機重 16.8t 額定載重量 5 t</p><p>　　整機空載前橋質(zhì)量 8.4t 整機空載后橋質(zhì)量 8.4t</p><p>　　輪距 2142mm 軸距

84、 3427mm</p><p>　　整機空載質(zhì)心高度 約 1500mm 輪胎半徑 807.5mm</p><p>　　鏟斗滿載舉起時質(zhì)心距前軸距離 約860mm</p><p>　　最大卸載高度 2.97m 最大卸載距離 1.20m</p><p>　　爬

85、坡能力 30° 最高行駛速度 36km/h</p><p>　　有效功率一般取 （0.9—0.95） 總功率 153.9kW</p><p>　　4.1.2輪轂軸承相關(guān)參數(shù)</p><p>　　已知內(nèi)外輪轂軸承分別為圓錐滾子軸承32028（QC）和32030（GY）。&

86、lt;/p><p><b>　　查機械設(shè)計手冊：</b></p><p>　　32028（QC）：＝0.46、=1.3、=0.7、基本額定動載荷、基本額定靜載荷 </p><p>　　32030（GY）：＝0.46、=1.3、=0.7、基本額定動載荷、基本額定靜載荷 </p><p>　　4.2 疲勞強度校核</p&g

87、t;<p>　　在計算輪轂軸承疲勞強度時，其徑向載荷除了垂直方向上的動載荷外，還受到制動和加速時縱向載荷的作用，以及轉(zhuǎn)彎時側(cè)向力的作用，因此在下面我們進行制動、轉(zhuǎn)彎以及側(cè)滑時的強度分析。在考慮到橋殼的疲勞主要決定于垂直載荷，因而可以認(rèn)為輪轂軸承的疲勞主要決定于徑向載荷。等效的軸承動載荷可以由附著條件來確定：</p><p><b>　　(4-1)</b></p>

88、<p>　　式中：——滿載前橋重量，N；</p><p><b>　　k——動載荷系數(shù)。</b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p><b>　　附加軸向力： </b>

89、</p><p>　　軸向力： </p><p>　　因為 ，則X=1，Y=0。</p><p><b>　　當(dāng)量動載荷：</b></p><p>　　(4-3) </p>

90、<p><b>　　計算額定壽命： </b></p><p><b>　　(4-4)</b></p><p>　　裝載機按10km/h計算，，則轉(zhuǎn)換成時間為</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　因為 ，則X=1，Y=0。</p&g

91、t;<p>　　當(dāng)量動載荷： </p><p><b>　　計算額定壽命：</b></p><p><b>　　(4-6)</b></p><p>　　裝載機按10km/h計算，，則轉(zhuǎn)換成時間為</p><p><b&g

92、t;　　(4-7)</b></p><p><b>　　4.3 靜強度校核</b></p><p>　　通過對裝載機工作環(huán)境與工作狀況的研究與歸納總結(jié)，以及工況復(fù)雜性的前提下，本文對裝載機輪轂軸承靜強度校核就單單分為三種情況下進行校核計算，從緊急制動、高速轉(zhuǎn)彎以及側(cè)滑三方面。</p><p>　　4.3.1 緊急制動時</p&

93、gt;<p>　　當(dāng)在緊急制動情況下，前橋制動力：</p><p>　　(4-8) </p><p>　　式中：——制動時地面對前橋的支撐反力，N；</p><p>　　φ——地面附著系數(shù)；</p><p><b>　　Ga——總重，N；</b></p>

94、;<p><b>　　L——軸距，m；</b></p><p>　　L2——重心至后軸距離，m；</p><p>　　hg——重心高度，m。</p><p><b>　　(4-9)</b></p><p>　　此時，前橋的垂直載荷力為：</p><p><

95、b>　　(4-10)</b></p><p>　　則每個軸承受徑向合力為：</p><p><b>　　(4-11)</b></p><p><b>　　附加軸向力：</b></p><p>　　可得，緊急制動時，所選用輪轂軸承滿足強度要求。</p><p>

96、;　　4.3.2高速轉(zhuǎn)彎時</p><p>　　當(dāng)高速轉(zhuǎn)彎時，由于裝載機一般行駛速度不是很大并且行駛路面也符合本國的一般路面質(zhì)量，駕駛按很小的轉(zhuǎn)動半徑進行計算，假設(shè)車速為18km/h，則此時地面總側(cè)向力為：</p><p><b>　　(4-12)</b></p><p>　　此時，由于左右兩側(cè)的地面支撐力分別為</p><

97、p><b>　　(4-13)</b></p><p><b>　　(4-14)</b></p><p>　　計算可得右側(cè)車輪承載力大于左側(cè)車輪，故只分析右側(cè)車輪。</p><p>　　下面通過對右側(cè)要分析的輪胎進行受力分析，輪胎所承受的力即為輪轂軸承的力，以此來計算輪轂軸承的徑向力，輪胎的受力分析如圖4-1。<

98、/p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(4-15)</b></p><p>　　式中：GL——右側(cè)輪胎及輪殼等自重，為6400N；</p><p>　　FcR——右側(cè)車輪受到的側(cè)向力，N；</p><p>　　圖4-1 高速轉(zhuǎn)彎時輪胎的受力分析&l

99、t;/p><p>　　解得。此即輪轂軸承的徑向力。</p><p><b>　　附加軸向力：</b></p><p>　　此時外側(cè)軸承壓緊，內(nèi)側(cè)軸承放松。</p><p>　　可得，在假設(shè)條件下，所選用輪轂軸承滿足此時的強度要求。</p><p>　　4.3.3 發(fā)生側(cè)滑時</p>&l

100、t;p>　　當(dāng)發(fā)生側(cè)滑時，最危險的情況是一側(cè)車輪的重量都集中在另一側(cè)，當(dāng)向右側(cè)滑時車輪受力圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 側(cè)滑時輪胎的受力分析</p><p><b>　　則</b></p><p>　　(4-16) </p><p>　

101、　式中：GL——右側(cè)輪胎及輪殼等自重，為6400N；</p><p>　　ZR——地面對右側(cè)輪胎的支撐反力，為整個前橋重量，N；</p><p>　　Fc——右側(cè)車輪受到的側(cè)向力，N；</p><p>　　解得。此即輪轂軸承的徑向力。</p><p><b>　　附加軸向力： </b></p><p

102、>　　此時內(nèi)側(cè)軸承壓緊，外側(cè)軸承放松。</p><p>　　由于安全系數(shù)一般取0.8～1.2，此時內(nèi)側(cè)軸承的當(dāng)量靜載荷大于基本額定靜載荷，所選用的輪轂軸承已經(jīng)接近載荷極限。</p><p>　　第5章輪轂軸承有限元分析</p><p>　　5.1 ANSYS軟件分析基本思想</p><p>　　ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、

103、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如PROE, NASTRAN,Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE工具之一。ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。包括結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動力學(xué)分析、

104、熱分析、電磁場分析等。本文所用ANSYS分析使用了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析這一功能進行分析。ANSYS有限元分析過程主要包括三個基本步驟：</p><p>　?。?）創(chuàng)建有限元模型——前處理</p><p><b>　　第一步：實體建模</b></p><p><b>　　第二步：網(wǎng)格劃分</b></p><p&

105、gt;　?。?）施加載荷并求解——求解</p><p>　　第一步：施加約束條件</p><p><b>　　第二步：施加載荷</b></p><p><b>　　第三步：求解</b></p><p>　?。?）查看分析結(jié)果——后處理</p><p>　　第一步：查看分析結(jié)果

106、</p><p>　　第二步：檢驗分析結(jié)果的正確性</p><p>　　本文利用ANSYS軟件的強大非線性求解功能，進行裝載機輪轂軸承的接觸分析，分析輪轂軸承在承受靜態(tài)載荷時偏載情況。</p><p>　　5.2輪轂軸承有限元分析三維模型的建立</p><p>　　5.2.1模型的建立</p><p>　　雖然ANSY

107、S也提供實體建模功能，但通過ANSYS建立實體模型相對于Pro/E來說復(fù)雜一些，因此本文通過Pro/E建立三維模型，然后通過通用格式導(dǎo)入到ANSYS中，然后進行有限元分析，這樣可以保證模型更準(zhǔn)確，更直觀。</p><p>　　Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著

108、重要地位，并作為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。 </p><p>　　Pro/E第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也

109、可以應(yīng)用到單機上。 </p><p>　　Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。</p><p>　　本穩(wěn)所選用的輪轂軸承模型為圓錐滾子軸承，型號為32028、32030，建模中我們省去了圓錐滾子軸承的保持架，這將有便于有限元分析，對分析結(jié)果頁沒有多大的影響。在建模過程中，主要應(yīng)用到伸出項，旋轉(zhuǎn)，拉

110、伸，陣列以及裝配等命令。型號為32028的輪轂軸承零件圖見圖5-1，型號為32030輪轂軸承的零件圖見圖5-2。裝配圖見圖5-3。</p><p>　　圖5-1 32028輪轂軸承內(nèi)外圈與滾子</p><p>　　圖5-2 32030輪轂軸承內(nèi)外圈與滾子</p><p>　　圖5-3 輪轂軸承三維模型（上為32028，下為32030）</p>&l

111、t;p>　　5.2.2輪轂軸承模型特點</p><p>　　本文所建立的圓錐滾子軸承分析模型屬于三維靜力學(xué)模型。模擬分析模型采用與裝載機相同的圓錐滾子軸承（32028）模型。其幾何模型特點如下：</p><p>　?。?）在第三章中，介紹了在徑向游隙為零時的載荷分布情況，因此模型建立時，假設(shè)輪轂軸承的游隙為零；</p><p>　?。?）實體建模時，我們忽略了

112、保持架，并且不考慮倒角等對分析的影響。</p><p>　?。?）假設(shè)輪轂軸承的零件多少剛體，只是接觸時發(fā)生的變形，在彈性形變范圍內(nèi)，所以輪轂軸承有限元分析時在一個線性問題下的研究分析。</p><p>　　（4）通過對輪轂軸承的載荷分布進行研究，我們發(fā)現(xiàn)在載荷方向，有一個滾子承受最大的載荷，這個滾子即為這次有限元分析的對象，去最大載荷滾動體模型，如圖5-4所示。</p>&

113、lt;p>　?。?）對于輪轂軸承，內(nèi)圈與軸之間的配合是剛性的，我們忽略了軸對于內(nèi)圈在裝配時產(chǎn)生的應(yīng)力。這將不會影響輪轂軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對分析結(jié)構(gòu)沒有太大的影響。</p><p><b>　　圖5-4 分析模型</b></p><p>　　5.2.3設(shè)定材料屬性</p><p>　　型號為32028圓錐滾子軸承采用的材料為高碳鉻軸承鋼（GC

114、r15），在設(shè)定材料屬性時，選擇ANSYS Main Menu中的Preprocessor，然后是Material Models 彈出對話框，依次選擇Structural、Liner、Elastic、Isotropic，填入彈性模量與泊松比，如圖5-5為材料屬性設(shè)置方式對話框。</p><p>　　圖5-5 材料屬性設(shè)置方式</p><p>　　5.2.4選取單元類型</p>