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履帶車(chē)輛變速箱體是齒輪系統(tǒng)的承載體，在齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，箱體承受較大的載荷并產(chǎn)生較大的變形和應(yīng)力。由于箱體的受力及形狀十分復(fù)雜，可能由于靜壓強(qiáng)度不足，表現(xiàn)為整體或局部發(fā)生裂紋，而引起變速箱的失效。用常規(guī)的方法對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析非常困難，有限元分析法是一種數(shù)值計(jì)算的近似方法，可以對(duì)履帶車(chē)輛變速箱在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬。
關(guān)于應(yīng)用有限元法對(duì)箱體類(lèi)零件力學(xué)特性的研究，研究人員建立了齒輪減速箱體的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模型，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和剛度分析。使用I-DEAS Master series對(duì)大型箱體零件分析過(guò)程中應(yīng)注意的一些問(wèn)題進(jìn)行了闡述，對(duì)高速動(dòng)力承載式鑄鋁合金齒輪箱體強(qiáng)度進(jìn)行了分析。以下研究則運(yùn)用有限元軟件建立了某履帶車(chē)輛變速箱體的力學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度的有限元分析。
履帶車(chē)輛變速箱體是一個(gè)承載大、形狀不規(guī)則、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，并存在著各種加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、軸承孔、倒角和螺栓聯(lián)接孔等結(jié)構(gòu)，因此在建立力學(xué)模型過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力特性進(jìn)行理論分析是必要的。受力特點(diǎn)可歸納為如下二點(diǎn)：(1)無(wú)論是直齒輪或錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在箱體孔邊都有徑向作用力；(2)履帶車(chē)輛變速箱各部分不在同一平面或平行平建立實(shí)體模型是有限元分析中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)體模型與實(shí)際相符的程度關(guān)系到分析結(jié)果的精度。
為使分析結(jié)果最大限度地接近實(shí)際情況，在實(shí)體建模過(guò)程中，對(duì)箱體所作的簡(jiǎn)化較少，從而確保了計(jì)算結(jié)果具有很高的精度，能夠較真實(shí)地反映箱體的力學(xué)特性，圖為所建立的履帶車(chē)輛變速箱體實(shí)體模型。八節(jié)點(diǎn)四面體等參實(shí)體單元是分析彈性結(jié)構(gòu)空間問(wèn)題中應(yīng)用較廣的一種元素，能利用更復(fù)雜的形狀函數(shù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)際變形的更好表達(dá)，從而保證有限元模型具有很高的精度。
針對(duì)這一特點(diǎn)，采用自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格和手工局部網(wǎng)格劃分相結(jié)合的方法，對(duì)變速箱體進(jìn)行了有限元網(wǎng)格離散劃分。為所建立的履帶車(chē)輛變速箱體有限元模型，整個(gè)箱體共劃分出419199個(gè)實(shí)體單元，96211個(gè)節(jié)點(diǎn)。這里采用右手坐標(biāo)系，其中xoy平面位于上下箱體的結(jié)合面，X軸平行于主軸中心線(xiàn)。當(dāng)軸承承受徑向載荷F時(shí)，最多只有半圈內(nèi)的滾動(dòng)體承受載荷，而各滾動(dòng)體所受載荷的大小是不相同的。
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