ANSYS挖掘机连杆螺栓的疲劳寿命分析(二)

2013-07-17 by:广州Ansys中心来源:仿真在线

2.2.2 载荷和约束

在螺栓与螺母的紧合面上,允许有平行于紧合面方向的位移。但由于在此次分析中将螺栓与螺母作为一个整体考虑,因此约束施加在靠近颈部的螺栓头部端面上。假设连杆螺栓所承受的载荷沿螺母上表面均匀分布,视为分布在螺母上表面的面载荷,方向为轴向。分析时,对该连杆螺栓施加了最大载荷167.0 MPa、平均载荷92.0MPa和最小载荷16.7MPa。对应于最大载荷的连杆螺栓应力分布如图3所示。由图3可知,应力集中最严重的地方出现在螺栓杆部与头部的过渡处,这与试验结果完全吻合,证明所建立的模型是正确的。

2.2.3 疲劳寿命计算

从连杆螺栓杆部与头部的过渡圆弧处提取应力值较大的数点进行疲劳寿命计算。其中应力最大节点的6个应力分量。

完成S—N曲线、应力集中系数的设定,并手工输入不同载荷下的6个应力分量以及循环次数后,系统可计算出耗用寿命系数。一般来说,如果寿命系数小于1,则表明在经受给定的应力循环次数后,该点不会发生疲劳破坏。计算结果表明,当目标循环次数为5xl06次时,其耗用寿命系数为5,即实际可循环的次数为1×106次。由此可见,连杆螺栓的疲劳强度不够,所以在规定的循环次数内。连杆螺栓颈部必将发生断裂,这与试验结果一致。

3 改进措施

可通过以下方法提高零件的疲劳寿命:采用强度级别更高的材科;进行结构改进,即改进颈部的结构,使过渡圆弧处的连接平角平滑以减少应力集中;改进生产工艺,对螺栓颈部进行强化处理,如局部滚压等工艺,以达到强度要求。

对于一个不具备设计资格,仅进行加工生产的企业来说,进行结构改进也是行不通的。因此可从工艺改进方面来提高连杆螺栓的疲劳寿命。

(1)局部滚压位置的确定。根据对台阶过渡圆弧处应力集中现象的分析,轮廓线上切向拉应力最大的点与轴线的夹角为50°,在此角度前后一定范围内应是重点强化区。初步拟定采用法向滚压的方式。

(2)疲劳寿命分析。在连杆螺栓的有限元模型中,对应力集中区域施加法向滚压力,求解后进行静强度分析,确定不同载荷下各点的应力分布数据,然后进行疲劳寿命计算。

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