HR601驱动桥变速箱壳体结构分析
‘２００８年４月农机化研究第４期
ＨＲ６０１驱动桥变速箱壳体结构分析
庞洪臣，王吉忠，夏波，刘成极
（青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛２６６５２０）
摘要：变速箱是收割机驱动桥的关键部件。在收割机运行过程中，若变速箱壳体出现开裂，将严重影响
整机的正常工作。利用ｕＧ软件建立变速箱壳体三维模型，然后将其导人ＡＮＳＹＳ软件，建立结构分析模型，
并运用分布函数法施加载荷进行结构分析。通过计算，找出变速箱壳体应力分布较大区域，为产品改进设
计提供了依据。
关键词：农业工程；收割机变速箱；结构分析；有限元模型
中图分类号：Ｓ２２５；ＴＨｌ４０．１文献标识码：Ａ文章编号：１００３—１８８×（２００８）０４—００６２—０３
０引言
ＨＲ６０１变速箱广泛应用于国内的联合收割机上。该变速箱最早从美国引进，是?种把变速器、差速器、离合器和制动高度集于一体的集成产品。随着联合收割机使用时间的增加。受零部件使用寿命与农机手人为因素的影响，难免会产生故障。特别是对于发动机和变速箱等部件，轻者造成操作困难，重者使机器瘫痪于田间，使得从事跨区作业的农机手经济效益受到较大影响。真对该产品在使用中存在变速箱壳体开裂的现象，笔者通过对现有变速箱壳体用ｕＧ软件建立其模型，并将该模型导入ＡＮＳＹＳ分析软件，在正常的工作状况下进行结构分析，找出问题的关键所在，使其在实际使用中出现的问题得到有效改善。
．１变速箱壳体结构分析模型的建立
根据变速箱壳体的平面尺寸，利用ｕＧ软件建立其三维模型，如图ｌ所示。
图１变速箱壳体三维模型
将ＵＧ中建立的三维模型导入ＡＮＳＹＳ软件，建立结构分析有限元模型。因为ｕＧ中的默认尺寸单位是ｍｍ，而ＡＮＳＹＳ中默认的尺寸单位是ｍ，在将ＵＧ中的模型导入ＡＮＳＹＳ后，模型的单位变为ｍ，所以需要利用ＡＮＳＹＳ中的／ＵＮＩＴＳ，ＭＰＡ命令将模型尺寸单位转换为ｍｍ，并将各个参数的单位统一。
收稿日期：２００７—０７一１５
作者简介：庞洪臣（１９７７一），男，山东昌乐人，硕士研究生，
（Ｅ－＝ａｉｌ）ｐａｎｇｈｃｌ２３＠１６３．ｃｏｍ。
将变速箱壳体用四面体单元ＳＯＬＩＤｌ９２自由划分，得到如图２所示的结构分析模型。该模型共有１０５９５３个接点和５９６１６个单元。
图２变速箱壳体有限元分析模型
２计算工况和计算载荷
与该变速箱配套的发动机功率为７３ｋＷ，输入转速为１０００ｒ／ｍｉｎ，离合器的最大传输扭矩为２５０Ｎ?ｍ。变速箱壳体结构分析的计算工况为离合器打滑、变速箱挂Ｉ挡工况。根据变速箱的受力情况，在变速箱悬挂螺纹孔处施加位移边界条件，则变速箱所受外力为其自身质量和由Ｉ挡牵引所引起的作用力。，变速箱在工作过程中，壳体受力是通过滚针轴承与壳体相互接触传递的，因此分析壳体受力情况时先要分析轴承的受力情况。轴承与轴装在一起，通过计算变速箱内各对齿轮之间的作用力，可以得到齿轮轴和轴承的反力。变速箱Ｉ挡传动简图如图３所示。
Ｌ（左侧）Ｒｌ
ＴＩ轴Ｔ
—
上上．
一一Ⅱ轴
珥轴］广＿
斗
．Ｊ轴ｌ
．上
右侧）
输入轴
图３变速箱在Ｉ挡时的传动简图
变速箱传动为直齿圆柱齿轮传动，在传动过程中施加润滑。啮合轮齿间的摩擦力很小，计算轮齿受力时可不予考虑。直齿齿轮受力情况如图４所示。
图４互齿齿轮受力图
根据各轴传递的扭矩，可以计算啮合齿轮间的切向作用力Ｅ；然后由切向作用力和啮合角计算出齿间法向作用力‘，由此得到传动轴受力，并可以计算支撑反力得到轴承对变速箱壳体的作用力。计算公式为
Ｅ＝２卜ｒ，瓦＝熹
式中正一齿轮传递的转矩（Ｎ?ｍｍ）；
ｄ。一齿轮的节圆直径（／ｍｍ）；‘
口一啮合角，取口＝２００。
作用在变速箱壳体上的力是通过齿轮轴和轴承传递过来的法向力只。－
利用材料力学对啮合齿轮和齿轮轴进行受力分析，算出各个啮合齿轮在力矩传递过程中对各个轴承作用力的情况，从而得到壳体孔的作用力。将各个壳体孔的所有作用力用四边形法合成一个总的合力，合成后力的大小和方向的分布如图５和图６所示，各壳体孔的受力结果及参数如表１所示。
右侧
左侧
图５右侧壳体孔受力图
图６左侧壳体孔受力图
表１各个壳体孔的受力结果及参数
、‘受力轴孔位置
壳体Ｒ孔／ｍ半ｍ径壳Ｌ体／ｍ厚ｍ度力的／Ｎ大小力与ｆ，产角７
合／Ｎ力矣蓼ｆ。轴）Ｒ侧４１．２７５０，１９氏ｌ。＝７６２１．９５１７２
Ｌ侧４１．２７５０１７Ｒｌ＾＝１１１７．３９１７２
Ｒｍ３１．ｏｏｏ２４
％２ｌ一２７６２１－９５３５２
１７７０９．８５２９８．ｏ
ＦＲ２３ｎ２１４５９７．４５２７３
２轴
瓦２Ｉｎ＝１１１７．３９，３５２
Ｌ侧３９．６８７５１７，３９８２．８７２８９．０
，『Ｌ２３月２３６１５．６５２７３
Ｒ侧３６．５１２５’２４
，Ｒ，ｚ一２１４５９７?４５辩，９２‘＿４４３。。．８２
６。．７３轴ＦＲ３。＝３２３８４．９０４８
Ｌ侧３６．５１２５１７民３ｈ＝３６１５．６５９２１４４００．０５５７．７
吒３ｈ＝１１５１０．３４８
Ｊ轴Ｒ侧７６．２０００１３氏ｉ＾＝３２３８４．９０２２８
Ｌ侧７６．２０００１３最ｉｎ＝１１５１０．３０２２８
由于轴承与轴及壳体是过盈配合连接的，轴承作用到壳体上的力就可以转换为与轴承配合的壳体
孔沿圆周分布的面力。当壳体网格划分好后，把面力以分布函数的形式施加在壳体孔的圆周面上。
根据弹性力学原碱将轴承传递到壳体孔上的
力按余弦规律分布在圆周的表面上，从而面力载荷也将按余弦规律分布且沿圆周方向对称分布。如图７所示。
９０。
图７面力分布图
其计算公式如下－
ｔ
Ｆ＝丘ｐ。ｃｏｓｏｔｘＲＬｘｃｏｓａｄａｆ＿
２
式中ｐ一一口＝ｏｏ时的面力（Ｎ／ｍｍ２）；
Ｒ一壳体孔的半径（ｍｍ）；
卜壳体孔的厚度（ｍｍ）；
ｏｔ一面力载荷与ｐ。的夹角（。）；
，～由轴承传递给壳体的合力（Ｎ）。
对上面的公式积分可得Ｐ懈＝２ＲＬ＿Ｌ兀；壳体净面
力的分布函数为只＝
３
结语
２ＦＣＯＳ口
ＲＬ兀
在各个壳体孔的中心位置建立局部坐标系，并
把各局部坐标系ｘ轴正向按表１所示与力方向重合。将位移边界条件和应力分布函数施加到有限元模型进行分析，得到变速箱的应力分布云图，如图８所示。
幽８变速箱应力分布云图
当收割机在Ｉ挡工作时，可以认为该部位是受
单向循环应力。该变速箱壳体采用材料ＱＴ４５０，抗拉强度为４５０ＭＰａ，屈服强度为３１０ＭＰａ。从应力分布云图看出：在Ｉ轴右侧孔和ＩＩ轴右侧孔的交界螺栓孔处出现最大的拉应力１３６．７７ＭＰａ，由变应力疲劳强度的计算方法可以得到该应力值偏大。因此，
在该部位加大壁厚或者调整该螺栓孔的位置，减小应力集中的影响，对产品改进设计具有重要的指导意义。．
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ＴｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨＲ６０１ＤｒｉｖｉｎｇＡｘｌｅＧｅａｒＢｏｘＳｈｅｌｌ
ＰＡＮＧ
Ｈｏｎｇ—ｃｈｅｎ，ＷＡＮＧ
Ｊｉ?ｚｈｏｎｇ，ＸＩＡＢｏ，ＬＩＵＣｈｅｎｇ－ｊｉ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｎｄＴｒａｆｆｉｃ，＋ＱｉｎｇｄａｏＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５２０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｅａｒｂｏｘｉｓｋｅｙ—ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｈａｒｖｅｓｔｅｒｄｒｉｖｉｎｇａｘｌｅ，ｔｈｅｇｅａｒｂｏｘｓｈｅｌｌａｐｐｅａｒｓｔｈｅｄｅｈｉｓｃｅｎｃｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｎｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｅｒｉｏｕｓｌｙｉｎｔｅｒｆｅｒｅｓｗｉｔｈｔｈｅｅｎｔｉｒｅｍａｃｈｉｎｅ’Ｓｎｏｒｍａｌｗｏｒｋ．ＵｓｉｎｇｔｈｅＵＧｓｏｆｔｗａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｔｈｅｇｅａｒｂｏｘｓｈｅｌｌ，ｔｈｅｎｉｎｄｕｃｔｓｉｔｉｎｔｏｔｈｅＡＮＳＹＳ
ｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈ
ｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌ，ｅ．ｘｅｒｔｓ
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ｍｏｄｅｌ
HR601驱动桥变速箱壳体结构分析
作者：庞洪臣， 王吉忠， 夏波， 刘成极， PANG Hong-chen， WANG Ji-zhong， XIA Bo， LIU Cheng-ji
作者单位：青岛理工大学,汽车与交通学院,山东,青岛,266520
刊名：
农机化研究
英文刊名：JOURNAL OF AGRICULTURAL MECHANIZATION RESEARCH
年，卷(期)：2008，""(4)
被引用次数：0次
参考文献(7条)
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7.吴立军UG三维造型应用实例 2005
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1.期刊论文王金武.Wang Jinwu基于人工神经网络的联合收割机变速箱计算机辅助设计-农业工程学报
2005,21(6)
针对自走式联合收割机变速箱优化设计中存在计算量大、图表多等问题,提出了一种新的神经网络学习算法,相对于其他学习算法,该算法侧重于网络参数的调整,通过对样本集的模糊推理、调整和分类学习来实现自适应的神经网络学习.通过BP网络的学习和训练,采用单输入双输出的1-8-2结构、1-6-2结构、1-4-2结构进行训练,从实际的应用效果来看,选择1-6-2的BP网络结构作为最终的神经网络形式,网络的识别精度是非常高的.结果表明,该算法能运用神经网络对联合收割机变速箱进行了设计研究,建立数学描述形式,分析了通过神经网络来实现变速箱设计模型构建的方法.研究表明,应用神经网络构建的模型能够减少系统的分析次数,并能够很大程度的提高模型的精度,满足计算要求,最终在设计空间内寻找出较好的设计方案.
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