自卸車驅(qū)動橋殼概念設計研究

《自卸車驅(qū)動橋殼概念設計研究》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《自卸車驅(qū)動橋殼概念設計研究（4頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、自卸車驅(qū)動橋殼概念設計研究 自卸車驅(qū)動橋殼概念設計研究 2016/02/19 摘要 針對目前自卸車驅(qū)動橋殼概念設計過程模型繼承特性明顯，參數(shù)不確定程度較高的問題，提出在自卸車驅(qū)動橋殼概念方案設計過程運用空間縮小理論與區(qū)間傳播定理，將橋殼模型主要參數(shù)變化范圍進一步縮小，最終找到滿足性能需求的主要參數(shù)的求解范圍，并通過有限元方法對自卸車驅(qū)動橋殼概念設計模型進行應力、變形和壽命驗證。研究結(jié)果表明，通過空間縮小理論與區(qū)間傳播定理，概念設計的自卸車驅(qū)動橋殼模型主要參數(shù)變化區(qū)間

2、得到明顯縮小，消除初始設計空間的不確定信息，并采用有限元方法對優(yōu)化結(jié)果的合理性進行驗證。 關(guān)鍵詞 驅(qū)動橋殼；空間縮小法；自卸車；概念設計 自卸車驅(qū)動橋殼作為承接負載和路面激勵的關(guān)鍵部件，其性能好壞直接影響車輛行駛安全性。目前對于自卸車驅(qū)動橋殼產(chǎn)品開發(fā)多使用兩種形式，第一種為逆向測繪，即將同行業(yè)廠家橋殼進行逆向設計，從而進行工程化;第二種為正向設計，即依據(jù)主機廠要求進行橋殼設計。但是對于正向設計中的概念設計往往是各大設計單位最為困難的環(huán)節(jié)，基本都是通過經(jīng)驗進行參數(shù)確定，技術(shù)規(guī)范性較差，目前國內(nèi)相關(guān)技術(shù)仍處于起步階段。國內(nèi)對驅(qū)動橋殼進行了廣泛的研究，鄧先智［1］、米承繼［2］分別

3、以輪式挖掘機和礦用自卸車驅(qū)動橋殼為研究對象對其疲勞失效與壽命預測模型進行研究;楊彥超［3］、史永偉［4］、唐應時［5］分別對不同類型橋殼進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進;齊東東［6］、朱崢濤［7］分別通過有限元方法對驅(qū)動橋殼模型進行靜動力學分析;李啟元［8］則從虛擬樣機角度對汽車驅(qū)動橋橋殼CAD/CAE系統(tǒng)的建立進行研究。 綜合以上研究成果，本文中我們主要針對自卸車驅(qū)動橋殼設計過程中出現(xiàn)的橋殼繼承特性明顯，參數(shù)不確定程度較高等問題進行研究，具體的不確定程度較高參數(shù)為驅(qū)動車輪輪距、板簧座中心間距離、橋殼危險截面外徑與內(nèi)徑，以上這些參數(shù)對后續(xù)橋殼承載能力及安全性具有重要影響，通過使用空間縮小理論與區(qū)間傳播

4、定理，對概念設計中自卸車驅(qū)動橋殼主要參數(shù)的求解范圍進行確定，并通過有限元方法對模型進行驗證。本文中我們所提出的方法對于降低企業(yè)針對橋殼概念設計工作量具有重要意義，具有較高的工程運用價值。 1自卸車驅(qū)動橋殼概念設計 1．1驅(qū)動橋殼概念設計理論構(gòu)建為方便后續(xù)自卸車驅(qū)動橋殼進行概念設計，這里定義需求函數(shù)與偏好函數(shù)。需求函數(shù)μPj(Pj)具體表征用戶對性能變量Pj的直接偏好，這里的用戶偏好主要是依據(jù)橋殼對應配套的主機廠提供的數(shù)據(jù)及性能指標確定，比如額定載荷、安全系數(shù)、每米變形量等。為了縮小設計空間，首先分解設計變量，將分解后的區(qū)間采用正交數(shù)組組合的方法設計子空間，然后通過空間映射方法從設計

5、空間得到可能的性能空間，當可能的性能分布與需求的性能分布存在公共區(qū)域時，通過圖2中的曲線進行DPI計算，選取DPI最大值的實驗組合作為選定可行設計方案，DPI計算等式。 1．2近似模型構(gòu)造及可能性性能變量計算根據(jù)正交實驗設計策略進行實驗設計，采用二階響應面模型構(gòu)造近似模型，并結(jié)合車橋廠與主機廠協(xié)商結(jié)果，目前將驅(qū)動車輪輪距、板簧座中心間距離、橋殼危險截面，這里的危險截面是通過結(jié)構(gòu)分析確定的，外徑與內(nèi)徑作為主要的設計變量。根據(jù)圖2結(jié)合式(9)計算得到圖3所示性能變量y的可能性分布圖。對圖3進行分析可以得到，可能的性能分布與需求的性能分布區(qū)間雖然存在公共區(qū)域，但是在需求的性能分布區(qū)間外仍存在可

6、能的性能分布，這里為提高驅(qū)動橋殼概念設計精確度，必須消除和縮小設計空間，而驅(qū)動橋殼概念設計主要的內(nèi)容就是在工程設計的前期對驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵尺寸進行初步確定，目前只考慮了驅(qū)動車輪輪距、板簧座中心間距離、橋殼危險截面外徑與內(nèi)徑4個參數(shù)，簡化后續(xù)工程設計工作量，在概念設計階段主要考慮的問題就是如何有效地縮小設計的變量區(qū)間并對設計結(jié)果進行驗證。這里將設計變量區(qū)間分為相等的兩段，進行表1所示正交數(shù)組實驗，表中“1”代表對應變量對等分為兩段的前半段區(qū)間，表中“2”代表對應變量對等分為兩段的后半段區(qū)間，最終計算得到圖4、圖5所示實驗1～實驗8的性能分布圖。對圖4、圖5分析得到實驗1、4、6、8可能的性能分

7、布與需求的性能分布不存在公共區(qū)域，對應DPI=0;而通過DPI計算，實驗7的DPI=0．319為各實驗DPI最大值，最終選用實驗7為子空間組合，最終得到表2所示縮小的設計空間組合，對應為x1=(2150，2300)、x2=(1850，2200)、x3=(130，150)、x4=(90，115)，求解得到變量參數(shù)的變化范圍明顯小于初始變化區(qū)間，基本消除了初始設計空間的不確定信息。 2設計空間縮小最優(yōu)方案有限元驗證 針對表2所示空間縮小后最優(yōu)設計組合方案進行有限元驗證，驗證指標主要包括橋殼整體應力最大值、橋殼整體變形最大值及橋殼安全系數(shù)值。由于表2中只是給出驅(qū)動橋殼概念設計方案的參數(shù)區(qū)

8、間值，這里進行有限元驗證時選取參數(shù)區(qū)間內(nèi)極限參數(shù)對應的橋殼模型作為分析對象，對應選擇的依據(jù)為輪距最大;板簧座中心間距離最小;橋殼危險截面外徑最小;橋殼危險截面內(nèi)徑最大，對應模型參數(shù)為驅(qū)動橋輪距2300mm，板簧座中心間距離1850mm，橋殼危險截面外徑150mm，橋殼危險截面內(nèi)徑140mm。自卸車驅(qū)動橋殼材料使用QT600，對應彈性模量與泊松比分別為1．691011Pa、0．286，此外，對應橋殼邊界條件施加示意圖詳見圖6。首先對自卸車驅(qū)動橋殼進行應力與變形分析，圖7為自卸車驅(qū)動橋殼空間縮小最優(yōu)方案對應模型應力分布圖。由圖7可知，優(yōu)化設計的橋殼應力值最大為323．75MPa，小于材料屈服應力極

9、限370MPa，橋殼材料滿足材料使用要求。圖8為自卸車驅(qū)動橋殼空間縮小最優(yōu)方案對應模型變形圖。分析圖8可以得到，自卸車驅(qū)動橋殼空間縮小最優(yōu)方案最大變形量為1．7577mm，小于本型橋殼2．5mm變形量標準值，滿足使用要求。其次對自卸車驅(qū)動橋殼空間縮小最優(yōu)方案安全系數(shù)進行分析，具體如圖9所示。圖9為橋殼目標循環(huán)次數(shù)為1109，受力及邊界條件與應力應變計算一致時對應的自卸車驅(qū)動橋殼安全系數(shù)分布圖。由圖9可知，優(yōu)化設計的橋殼最小安全系數(shù)為1．86，也滿足最小安全系數(shù)1．5的設計要求值。 3總結(jié) 由于傳統(tǒng)自卸車驅(qū)動橋殼在進行設計時存在結(jié)構(gòu)特征繼承性明顯、參數(shù)不確定程度較高的問題，而具體參數(shù)

10、為驅(qū)動車輪輪距、板簧座中心間距離、橋殼危險截面外徑與內(nèi)徑，本文中我們通過空間縮小理論與區(qū)間傳播定理，將驅(qū)動橋殼模型主要參數(shù)初始變化范圍進行優(yōu)化，最后對空間縮小后的設計模型通過有限元方法進行驗證。研究表明，通過空間縮小理論與區(qū)間傳播定理的使用，自卸車驅(qū)動橋殼概念設計模型主要參數(shù)變化區(qū)間得到了明顯縮小，成功消除初始設計空間的不確定信息，且優(yōu)化設計后的模型應力、變形及安全系數(shù)均滿足要求，大大提高了設計效率，縮短了從設計到產(chǎn)業(yè)化的周期。 參考文獻 ［1］鄧先智．輪式裝載機驅(qū)動橋殼疲勞失效預測模型研究［J］．機械傳動，2014，38(7):145－148． ［2］米承繼，谷正氣，伍文廣

11、，等．隨機載荷下礦用自卸車后橋殼疲勞壽命分析［J］．機械工程學報，2012，48(12):103－109． ［3］楊彥超，王鐵，張瑞亮．基于變截面的驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］．機械傳動，2013，37(10):94－97． ［4］史永偉，李劍敏，項生田，等．輪式裝載機濕式驅(qū)動橋殼有限元分析及結(jié)構(gòu)改進［J］．浙江理工大學學報，2010，27(3):431－435． ［5］唐應時，李立斌，何友朗，等．基于動力學仿真的后橋殼改進設計計算［J］．湖南大學學報:自然科學版，2006，33(4):42－45． ［6］齊東東，孫桓五，齊麗麗，等．基于ANSYS的載重貨車驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)強度與模態(tài)分析［J］．機械傳動，2012，36(8):105－107． ［7］朱崢濤，丁成輝，吳浪，等．江鈴汽車驅(qū)動橋橋殼有限元分析［J］．汽車工程，2007，29(10):896－899． ［8］李啟元，殷國富，楊洋，等．基于虛擬樣機技術(shù)的汽車驅(qū)動橋橋殼CAD/CAE系統(tǒng)的建立與研究［J］．制造業(yè)自動化，2007，29(10):22－25．