ANSYS挖掘機連桿螺栓的疲勞壽命分析(二)

2013-07-17 by:廣州Ansys中心來源:仿真在線

2.2.2 載荷和約束

在螺栓與螺母的緊合面上,允許有平行于緊合面方向的位移。但由于在此次分析中將螺栓與螺母作為一個整體考慮,因此約束施加在靠近頸部的螺栓頭部端面上。假設連桿螺栓所承受的載荷沿螺母上表面均勻分布,視為分布在螺母上表面的面載荷,方向為軸向。分析時,對該連桿螺栓施加了最大載荷167.0 MPa、平均載荷92.0MPa和最小載荷16.7MPa。對應于最大載荷的連桿螺栓應力分布如圖3所示。由圖3可知,應力集中最嚴重的地方出現在螺栓桿部與頭部的過渡處,這與試驗結果完全吻合,證明所建立的模型是正確的。

2.2.3 疲勞壽命計算

從連桿螺栓桿部與頭部的過渡圓弧處提取應力值較大的數點進行疲勞壽命計算。其中應力最大節點的6個應力分量。

完成S—N曲線、應力集中系數的設定,并手工輸入不同載荷下的6個應力分量以及循環次數后,系統可計算出耗用壽命系數。一般來說,如果壽命系數小于1,則表明在經受給定的應力循環次數后,該點不會發生疲勞破壞。計算結果表明,當目標循環次數為5xl06次時,其耗用壽命系數為5,即實際可循環的次數為1×106次。由此可見,連桿螺栓的疲勞強度不夠,所以在規定的循環次數內。連桿螺栓頸部必將發生斷裂,這與試驗結果一致。

3 改進措施

可通過以下方法提高零件的疲勞壽命:采用強度級別更高的材科;進行結構改進,即改進頸部的結構,使過渡圓弧處的連接平角平滑以減少應力集中;改進生產工藝,對螺栓頸部進行強化處理,如局部滾壓等工藝,以達到強度要求。

對于一個不具備設計資格,僅進行加工生產的企業來說,進行結構改進也是行不通的。因此可從工藝改進方面來提高連桿螺栓的疲勞壽命。

(1)局部滾壓位置的確定。根據對臺階過渡圓弧處應力集中現象的分析,輪廓線上切向拉應力最大的點與軸線的夾角為50°,在此角度前后一定范圍內應是重點強化區。初步擬定采用法向滾壓的方式。

(2)疲勞壽命分析。在連桿螺栓的有限元模型中,對應力集中區域施加法向滾壓力,求解后進行靜強度分析,確定不同載荷下各點的應力分布數據,然后進行疲勞壽命計算。

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