毕业设计（论文）-曳引机机座和端盖有限元结构分析.doc

毕 业 设 计题 目： 曳引机机座和端盖有限元结构分析 院 系： 机械工程学院 专业：机械设计制造及自动化 班级： 学号：学生姓名： 指导教师： 完成日期： 2014年5月20日 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 2013年12月27日毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 曳引机机座和端盖有限元结构分析 姓名 刘亮 系别 机械工程学院 专业机械设计制造及自动化 班级学号指导老师 教研室主任 关耀奇 .一、 基本任务及要求：1完成本课题的开题报告（含文献综述）； 2对曳引机机座和端盖的工作原理进行分析论证，并利用Solid Works 2012对其进行三维建模； 3利用Solid Works 2012对曳引机机座和端盖进行静力学分析，结构疲劳分析和结构模态分析； 4撰写毕业设计说明书。 二、进度安排及完成时间：1宣布毕业设计任务 、明确课题要求，收集、阅读相关资料； 0.5周2.调查研究、分析课题要求、完成开题报告和毕业实习； 2.5周3课题方案论证 ； 2周4三维建模及有限元分析： 2周 1）结构静力学分析 2周2）结构疲劳分析 2周3）结构模态分析 2周5撰写毕业设计计算说明书 2周6答辩 1周目 录摘要1Abstract2第一章 绪论31.1 项目背景及意义31.2 课题研究的现状与发展41.3 课题研究的方案和步骤5第二章 曳引机机座和端盖图62.1 机座和端盖2D零件图62.2 Solid Works建模工程流程72.3 曳引机整体受力和3D模型82.4 曳引机整体安装网格化8第三章 结构静力学分析93.1 线性静力学分析基础知识93.1.1静力学分析概述93.1.2静力学分析的一般流程103.2 机座及端盖的有限元仿真113.2.1材料类型113.2.2单元类型113.2.3网格划分123.3 载荷及边界条件143.3.1整体受力143.3.2机座和端盖的约束及受力163.3.3有限元模型的加载和约束163.4 应力应变及安全性能分析173.4.1机座及端盖采用QT400材料173.4.2机座及端盖采用HT300材料253.5 结构静力学结果分析283.5.1机座及端盖的强度、刚度分析以及不同工况对比283.5.2两种材料选配方案的比较29第四章 结构疲劳分析314.1 疲劳分析基础知识314.1.1疲劳分析知识概述314.1.2关于Solid Works Simulation疲劳分析参数阐述324.1.3疲劳分析操作流程394.2 机座及端盖有限元建模394.2.1材料疲劳载荷的设定394.2.2材料疲劳曲线394.3 结构疲劳分析及结果总结404.3.1材料为QT400疲劳分析结果414.3.2材料为HT300疲劳分析结果454.4 疲劳分析结果及论证49第五章 结构模态分析505.1 结构模态分析基础知识505.2 机座及端盖有限元建模505.3 结构模态分析及结果总结515.3.1 QT400机座及端盖模态分析结果515.3.2 HT300机座及端盖模态分析结果555.3.3 QT400和HT300端盖模态分析结果585.4 结构模态结果分析64结 论65致 谢66参考文献6768曳引机机座及端盖的有限元结构分析摘要：曳引机机座和端盖是曳引机主要支撑部件，其性能直接影响电梯的可靠度和安全性，对其进行有限元分析从而改善其性能是急需的，有着重大意义。本次设计采用Solid Works 2012对曳引机主要支撑部件机座及端盖进行三维建模，再根据电梯平稳和加速运行时两种不同工况的分析情况，用Solid Works 2012有限元方法对其静力学分析，计算其位移，应变和应力以及其安全系数。为准确了解该型号曳引机主要支撑部件(机座及端盖)的使用寿命，从而提高其可靠性，在静力学结构分析的基础上分析了该型机座和端盖的疲劳寿命。通过查看损坏百分比，生命周期和载荷因子等指标来评判该结构的疲劳性能。考虑到曳引机支撑部件在外界载荷作用下将产生振动，为了评价其固有振型和频率，运用模态分析技术和有限元方法在Solid Works 2012软件下分析了其模态。进一步根据两种不同材料对其结构静力学，疲劳寿命和模态分析进行了比较，根据其强度，刚度，疲劳寿命进行优化改进，提高其综合性能。关键词：曳引机; 有限元; 疲劳寿命; 模态分析;Solid Works 2012; 静力学分析The finite element analysis of motor end shield and frameAbstract: The frame and end shield are the main support components of elevator motor. It directly affect the reliability and safety of the elevator. It is a great significance to carry on the finite element analysis to improve property of levator motor. The 3D model ,the main supported part of elevator motor (frame and end shield) were built by the Solid Works 2012. The statics displacement, strain and stress were calculated according to the two different cases of elevator working normal and working more faster. In order to understand the frame and end shields working life and make sure the reliability of it, the fatigue life about the frame and end shield of the motor were analyzed which based on the result of statics analysis. The fatigue analysis and the supported parts working time were judged and commented by checking the damage percentage, life cycle and load factor. Be considered about the working environment and external load of the elevator motor, the modal analysis result include inherent frequency and vibration model which were calculated and analyzed with the modal analysis technology and finite element method in Solid Works 2012 software. In addition, compared the analysis result according to the two different materials (QT400 and HT300) on the statics strength, fatigue life and modal analysis to make a better choice about it. Keywords: Elevator motor; the finite element analysis；Fatigue life; Modal analysis; Solid Works 2012; Static analysis 第一章 绪论1.1 项目背景及意义近年来,我国城市的高层建筑日益增多,因而对电梯制造业提出了新的要求。电梯是当今世界高层建筑中不可缺少的垂直方向交通运输工具，给人民的生活带来了便利和舒适感，特别在高速发展的现代社会和经济贸易活动中，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。电梯作为垂直运输的升降设备，在高层建筑中可以将乘客和货物安全、合理、高效地送到不同的楼层。由于这些优点，在超高层建筑飞速崛起的今天，电梯和电梯技术已经成为与人们工作生活息息相关的重要组成部分。电梯作为用电的设备，其中电梯曳引机和驱动控制系统是主要用电对象。曳引机是电梯的核心部件，主要由同步电动机、曳引轮和制动系统组成，其中主要承载部件包括三部分：一部分是由机座和端盖构成的支撑部件，一部分是由轴轮毂、轮辐、曳引轮构成的运转部件，另外一部分是由制动瓦、制动臂及制动杆构成的制动部件。曳引机机座和端盖是曳引机主要支撑部件，它的尺寸和材料参数还影响着曳引机整体尺寸和重量，并且在很大程度上影响着电梯的可靠性。机座和端盖的破坏通常是受到地脚安装处螺栓预紧和振动导致，另外机座和端盖轴承安装处受到转子带动轴承的压力载荷作用有可能导致变形。“城市，让生活更美好”，随着人民生活水平的日益提高，对住房、娱乐场所的需求也日趋紧迫，高楼大夏如雨后春笋般崛起。正因为此，电梯成为了人们工作生活中高频接触的东西，机座和端盖作为曳引机的主要支撑部件，其疲劳损坏，强度和刚度不够均会严重后果。影响强度、刚度和模态的因素有机座和端盖的材料属性和结构特性，为了保证足够的强度和刚度，又不至于造成成本过高，确保其安全、高效的工作，对其进行静力学分析、疲劳寿命和模态状况分析是必要和急需的。本次设计通过有限元的分析方法，根据机座和端盖的实际结构和承载情况，较为准确地分析出它们的应力分布情况和疲劳度以及固有振动频率和振型，从而由这些重要的数据，并进一步分析出曳引机机座和端盖振动的主要失效形式和危险位置，并且可以为试验模态分析提供实际依据，相互比较，诊断出结构的故障和隐患，然后进行改进，提高工作中工作效率，避免由于它的振动造成的事故。1.2 课题研究的现状与发展近年来， 随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高， 有限元分析方法在工程设计和分析中，已成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径。FEA也称为有限元法，是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。有限元作为CAE技术中的一种关键计算方法，以其独有的魅力得到了越来越广泛的发展和应用。目前，已出现了不同形态的有限元方法，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业的有限元商业软件。 曳引机的支撑部分的静力学分析、疲劳和模态分析等一直是研究的热点问题，近年来，随着有限元理论的发展，基于有限元法的机座和端盖的研究，越来越倍受关注。Solid Works 2012具备一阶实体四面体单元、二阶实体四面体单元、一阶三角形壳单元、二阶三角形壳单元和横梁单元。具备三种材料模型库，也可以对材料进行自定义或安装企业所需的材料库模型，具备模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、非金属、橡胶、木材、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土等材料。同时，Solid Works 2012不仅具备十分丰富的外部载荷约束条件设置，还拥有强大的约束连接设置，能真实的模拟弹簧、螺栓、点焊等连接关系，充分分析间隙、过渡、过盈配合，可以从三维笛卡尔坐标系、圆柱坐标系和球面坐标系对结果进行观察分析。作为通用的模拟分析工具，Solid Works 2012不仅能解决结构分析中的问题（应力/位移），还能模拟和研究各种领域中的问题，如热力传导、跌落测试、屈曲分析、非线性分析、线性动力学分析、压力容器设计分析和优化分析。用Solid Works 2012做有限元分析越来越受到大众的青睐，因为他具有强大三维建模功能，易学易用，操作简单实用，而且它的计算功能很强大，对于结构复杂的曳引机采用这方法是很好的。纵观当今国际上CAE软件的发展情况，可以看出有限元分析方法的一些发展趋势，Solid Works真正意义上的无缝集成了CAD/CAM/CAE，对中英文和GB规范具有良好的支持，可以和其他三维软件进行很好的数据交换，极大的提高了产品的优越性与实用性。同时，友好的Windows操作界面及对各类工程问题的处理也使它备受各国企业工程师的青睐。1.3 课题研究的方案和步骤本课题应用有限元分析软件，通过建立各部件有限元仿真模型及整机装配模型，并模拟实际受力状况，对曳引机的主要部件，即由机座和端盖组成的支撑部件，进行特定工况下的位移、应变、应力及安全性能分析，从而对整机及部件的机械强度与刚度出正确评估预测。首先，为了得到较为精确的分析结果，本次课题将采用阶实体四面体单元，因为阶实体四面体单元能很好的模拟真实的变形形状，再通过网格控制功能，对关键部位进行网格加密，节省计算时间，为以后分析计算的精准性打下牢固的基础；再对模型赋予不同的材质，观察和分析不同材质对其强度和刚度的影响，通过对不同材料的位移、应力、应变及安全系数的比较，得出静力学分析结论。为准确了解其使用寿命，在静力学解算出模型的位移和应力应变的基础上，借助Solid Works Simulation,根据实际情况，采用FFE Plus解算模型平稳和加速运行工况下的疲劳性能，通过损坏、生命和载荷因子等参数对其疲劳寿命进行了分析。考虑到曳引机支撑部件在外界载荷作用下将产生振动，为了评价其固有振型和频率，运用模态分析技术的有限元方法在Solid Works 2012软件下解算模型并抽取特征值分析了其模态。另外从优化设计考虑，对机座应用两种材料进行分析并对各自强度与刚度进行评估预测，从而实现机座的材料优化。一般有限元分析软件基本操作步骤一致，分为前处理，求解和后处理3大步骤，Solid Works 2012有限元分析具体细分为7步骤：选择分析类型赋予应用材料添加约束关系施加外部载荷划分网格运行算例查看结果文件。这里基于曳引机机座和端盖的静力学、疲劳和模态分析采用的基本流程是：分析问题并了解其基本知识，三维建模，创建有限元模型，计算求解和分析论证结果。第二章 曳引机机座和端盖图2.1 机座和端盖2D零件图 曳引机的机座和端盖的二维零件图分别如下图2.1和2.2所示：图2.1 曳引机机座零件图图2.2 曳引机端盖零件图2.2 Solid Works建模工程流程 根据零件图，利用Solid Works 2012软件进行产品的三维设计，必须先了解该软件的设计工作流程，就是说在设计零部件的过程中需对零部件形成的形成过程有一个比较流畅的设计思路，明确先大局，后小节；先整体，后细节的产品形成流程。使用Solid Works 2012进行三维设计，同时，按照软件设计的产品设计流程进行一步一步的建立。在对Solid Works 2012中的零部件进行建模中，在总体上可以将其分为以下流程进行建立，如图2-3所示：零件1零件2零件3零件n参考几何体特征材质表面素材灯光和照相机参考点参考轴参考平面总装图图2.3 Solid Works 建模工程流程图2.3 曳引机整体受力和3D模型该曳引机主要受重力作用，轮毂上受到电梯桥厢对它的拉力和转动产生的力矩，转子上电磁作用产生的力矩和定子上产生的反作用力矩。曳引机整体安装在工字钢梁上，包括曳引机转子环、转子、曳引轮、后端盖、前轴承外盖、转轴、前轴承、后轴承、花键、螺钉、机座、工字钢梁等主要部件，部件中的修饰或装配圆角、导角等非结构性设计被简化。2.4 曳引机整体安装网格化曳引机有限元网格模型采用二阶实体四面体单元划分网格方式，并生成其爆炸视图。装配中为了简化模型，端盖和机座采用“结合”的连接方式，既不影响结论的得出，又节省计算时间，其他部分的接触采用的面面结合的接触方式，从而保证总装图的各个部件之间能够进行有效的约束。边界条件施加情况如下，工字钢梁两端面的6个自由度均被约束住，施加在曳引轮、定子转子环上的扭矩以及加在曳引轮上的压力通过耦合到中间轴的方式进行加载。第三章 结构静力学分析3.1 线性静力学分析基础知识3.1.1静力学分析概述结构线性静力学分析是零件结构分析最基础的部分，用于计算系统在固定不变的载荷下的响应，或者在对于该系统可以等同于固定不变的载荷下的响应。另外，当随时间变化的载荷可以用近似等价的静力载荷来代换，或者载荷和系统的响应随时间变化足够缓慢时，也可以作为静力学分析。静力学分析可以计算结构或者零部件中由于静态或者稳态载荷而引起的位移，应变，应力和各种力。这些载荷可以是外部作用力和压力，稳态惯性力（重力和离心力），强制（非零）位移，温度（热应变）。线性静载中认为材料在线弹性范围内变形，结构在线性范围内变化，排除任何的非线性行为，是结构静力学分析中最基本、最常用的。Solid Works 2012有两类解算器：FFE Plus和Direct sparse。通常，如果所需的解算器选项支持，则所有解算器会给出可比较的结果。处理小问题时（25000个自由度或更少），所有的解算器都很有效；而当求解大问题时，它们的性能（速度和内存使用）会出现很大差异。以下一些因素可帮助选择合适的解算器：1） 问题的大小。一般而言FFE Plus解算器在计算机可用内存足够多时速度较快。2） 计算机资源。Direct sparse解算器在计算机可用内存足够多时速度较快。3） 分析选项。4） 单元类型。5） 材料属性。当模型中使用的材料弹性模量差异很大时（比如钢和尼龙），迭代求解比直接求解精度低，在这种情况下，推荐使用Direct sparse解算器。 在算例的属性栏中可以选择解算器的类型，如图3.1所示。因为选择合适的解算器需要一定的经验，这时可以选择自动，在不确定哪个解算器是分析的最佳选项时，使用该选项6。图3.1 Solid Works 2012解算器类型3.1.2静力学分析的一般流程做结构静力学分析的软件很多，对FEA，列出以下步骤：1）建立数学模型，2）建立有限元模型，3)求解有限元模型，4）结果分析。使用Solid Works操作流程一般归纳为如图3.2所示：建立3D模型开始静力学分析赋予材料属性添加约束关系施加外界载荷划分单元网格运行计算算例查看结果文件得出结论 图3.2 静力学分析流程图通常情况下，几何模型对网格的要求有着极其重要的意义，需要修改CAD几何模型，以满足网格划分的要求。这种修改可以通过采取特征消隐、理想化或清除的方法。3.2 机座及端盖的有限元仿真3.2.1材料类型Solid Works 2012软件本身提供了Solid Works DIN material和Solid Works material两种常用材料的材质库，用户可以选择“自定义材料”选项或安装企业需要的材料库，对所需材料的属性进行编辑或定义。模拟材料类型质量密度 kg/mm3弹性常数 E/N/m2泊松比强度极限/屈服极限/QT400-187.10E-061.61E+0110.274400250HT3007.3E-061.43E+0110.27300220本次设计分析，采用QT400-18和HT300两种材料，其主要属性参数见表3.1表3.1 材料属性参数表3.2.2单元类型为模拟机座和端盖的结构，均应用Solid Works 2012 建模工具，采用三维实体、自下而上分别建模，由于一阶单元组成的网格，其模拟出真实复杂的位移和应力场是有严重局限性的，并且直线和平面不能正确的模拟曲面型几何形状，故选用二阶实体四面体单元网格。本次设计结合拉伸和旋转的方法,应用布尔运算,采用实体建模.曳引机的主要部件均有复杂的空间结构,如不进行简化处理,分析过程中不仅工作量大,占用较多计算资源,重要的是在划分单元过程中一些细微的结构极易产生较多奇异单元,即畸形单元网格，使计算不能继续。因此,对三维模型进行必要简化既提高了工作效率,又可使计算顺利进行。简化的原则是以不影响或少影响构件受力状况为前提,略去小的沟槽、倒角、圆角和小孔等细微结构,得到与实际受力基本相符的简化的几何模型，如图3.3所示：图3.3 机座和端盖简化模型3.2.3网格划分网格划分是 CAE 软件进行模拟计算的关键步骤之一，网格划分过程即离散化过程，网格划分的质量精度高低直接关系到分析结果的优劣，而网格自动划分的关键是合理给出自动划分信息，可以根据要求选用不同的网格划分方法，也可以根据要求灵活地控制生产的单元数量以及网格的密度，从而提高求解精度。根据曳引机机座和端盖的受力情况和几何形状，对于机座和端盖两部分有限元模型均采用了二阶实体四面体单元网格，采用“基于曲率的网格”的划分方式，应用网格控制，对必要的部分进行网格加密，从而提高计算精度，同样计算所需的时间也相对较长。其有限网格模型及相关信息分别如图3.4和3.5所示：图3.4 机座及端盖的有限元网格模型图图3.5 机座的有限元网格控制加密模型图为模拟机座和端盖之间实际的装配和相互约束关系，对于曳引机机座和端盖两部件的有限元模型，为了简化模型，在装配接触面上设定“结合”连接，装配后的有限元模型如图3.6所示：图3.6 机座和端盖的装配模型3.3 载荷及边界条件3.3.1整体受力 根据曳引轮受力状况及曳引机整体结构，推出在曳引机正常运行中（此时忽略制动器对结构的约束作用）整机受力状况，按理想约束与加载，确立了简化的力学模型，如图3.7和3.8 所示：图3.7 曳引轮受力示意图 图3.8 曳引机整机受力简化模型其中 ,根据实际载荷（轿厢按 125%额定载荷加载）及曳引机结构知：当轿厢平稳运行时， ,从而有：, ,当电梯启动和停车过程中，轿厢有向下的加速度，考虑其产生的附加惯性力，则：,.从而有:, ,其余参数同上。3.3.2机座和端盖的约束及受力机座和端盖的约束主要是机座下底面及底脚螺栓孔处受到的螺栓的约束和机座与端盖装配时的面面结合约束，载荷则主要来自于机座轴承和端盖轴承处对应于轮毂和轴所受约束的径向反力，分别为和；及机座上定子铁心装配处用于约束定子铁心的切向力矩为。3.3.3有限元模型的加载和约束根据上述受力状况，对于装配后的曳引机支承部件（机座和端盖）有限元模型，在机座底脚螺栓孔处施加固定约束，在机座和端盖连接处施加面面粘合或面面接触约束。有三组载荷施加于该装配模型上：（1）机座轴承装配处相应部位的轴承载荷分布力，对于电梯平稳运行和加速运行，均值分别为1.90 和1.93。（2）端盖轴承装配处相应部位的轴承载荷分布力，对于电梯平稳运行和加速运行，均值分别为1.31 和1.33。（3）机座定子铁心装配处沿圆周表面的切向面均布力，其值为和。有限元模型的加载和约束情况如图3.9所示:图3.9 有限元模型的约束和加载3.4 应力应变及安全性能分析3.4.1机座及端盖采用QT400材料对装配的支撑部件的有限元模型，按相应的材料常数及曳引机平稳运行和加速运行两种工况下的加载状况，进行应力应变分析，得到其受力后的应力、应变、位移和安全系数状况。本分析从计算结果中提取位移量和von Mises应力进行分析，从而评估其强度和刚度。1机座及端盖装配体分析1）平稳工况下的位移分析以下为曳引机受125%额定载荷平稳运行中机座和端盖装配模型的位移分布云图。由图3.10中可知，位移最大位置在机座顶部前端，其值为7.274e-003 mm。2）平稳工况下的应变分析由图3.11可知其受力后的变形状况，应变最大处在机座后地脚螺栓连接处。图3.10 机座及端盖位移量分布云图（曳引机125%载荷平稳运行，材料QT400）图3.11 机座及端盖应变情况（曳引机125%额定载荷平稳运行，材料QT400）3）加速工况下的位移及应变分析曳引机受125%额定载荷以加速运行中机座和端盖装配模型的位移、应变分布云图状况如图3.12和3.13所示。由图中可知，位移最大的位置在机座顶前端，其值为1.047e-002mm，与平稳运行时的7.274-003 mm，相差30.5%。图3.12机座及端盖位移情况（曳引机125%额定载荷加速运行，材料QT400）图3.13 机座及端盖应变情况（曳引机125%额定载荷加速运行，材料QT400） 图3.10和图3.12为曳引机受125%额定载荷平稳和加速运行两工况下端盖的最大位移分布状况，其中最大值分别为7.274e-003 和1.047-002mm。由图 3.12可知，最大值发生在机座顶前端。 4） 应力分析曳引机受125%额定载荷平稳运行中机座和端盖的von Mises应力分布状况如下图3.14，其中最大值为6.976 。由图可知，最大值发生在机座后地脚螺栓连接处。其余应力水平较高区域如图所示，发生在机座和端盖轴承装配前端处，约为4。图3.14 机座及端盖von Mises应力分布云图（曳引机125%额定载荷平稳运行，材料QT400）图3.15 机座及端盖von Mises应力分布云图（曳引机125%额定载荷加速运行，材料QT400）曳引机受125%额定载荷以0.8 m/s2运行中机座和端盖的von Mises应力分布状况，其中最大值为10.027 。由图3.15可知，应力最大值发生在机座后地脚螺栓连接处，其余应力水平较高区域如图所示，主要分布在机座及端盖轴承装配处前端，这与曳引机平稳运行时情况7.01相差31%。2端盖分析1）位移分析图3.16 端盖位移分布云图（曳引机125%额定载荷平稳、加速运行，材料QT400）由图3.16可知，端盖在平稳运行工况下，最小位移发生在端盖与轴承装配处；在加速运行工况下，最小位移发生在端盖边缘，其最大位移值分别为3.925e-003mm和5.645e-003mm,两者相差30.5%。2）应变分析图3.17端盖应变分布云图（曳引机125%额定载荷平稳、加速运行，材料QT400）由图3.17可知，端盖的最大应变处均在端盖轴承配合面连接处。3）应力分析图3.18 端盖应力分布云图（曳引机125%额定载荷平稳、加速运行，材料QT400）图3.18为曳引机受125%额定载荷平稳和加速运行中端盖的von Mises应力分布状况，其中最大值分别为4.124 和4.202。由下图可知，最大值发生在端盖轴承配合面连接处。其余应力水平较高区域如图所示，发生在加强筋与轴承配合的连接面处。由图3.17和图3.18可知，端盖的最小应变、应力均在端盖与机座的螺栓连接处，与实际情况不相符合，因为这里是假定的螺栓连接位置，为了简化分析，本次分析在定义端盖和机座连接关系时，以“结合”为连接关系，因此这个部位的应变、应力是不真实的，这里需要对螺栓接头进行更加详细的仿真。3安全性能分析图3.20 机座及端盖安全系数分布云图（曳引机125%额定载荷平稳、加速运行，材料QT400）图3.21 端盖安全系数分布云图（曳引机125%额定载荷平稳、加速运行，材料QT400）由图3.20和3.21可知，端盖和机座的安全系数分布部位和其应变、应力的分布部位相符合。利用安全系数分布云图，可以对零部件进行优化分析，节省材料，节约经济成本。考虑装配模型中的两部件均为最可能发生脆性断裂的铸铁材料，本次安全系数分析从应力计算结果中提取最大剪应力进行分析，从而评估其安全性能。3.4.2机座及端盖采用HT300材料1）位移分析为了比较不同材料对机座和端盖的强度，刚度等情况，这里采用HT300分析其静力学性能的结果。图3.22为曳引机受125%额定载荷平稳运行中机座和端盖装配模型的位移分布云图。由图中可知，位移最大的位置在机座顶部前端，其值为2.09e-002mm，在相同工况下，QT400的最大位移值为7.274e-003mm，两者相差65%。图3.23为曳引机受125%额定载荷加速运行中机座和端盖装配模型的位移分布云图。由图中可知，位移最大的位置在机座顶部前端，其值为3.002-002mm在相同工况下，QT400的最大位移值为1.047e-002mm，两者相差65%。图3.22 机座及端盖位移量分布云图（曳引机125%载荷平稳运行，材料HT300）图3.23 机座及端盖位移量分布云图（曳引机125%额定载荷加速运行，材料HT300）2） 应力分析曳引机受125%额定载荷加速运行中机座和端盖的von Mises应力分布状况如下图3.24，其中最大值为10.187 。由图可知，最大值发生在机座后地脚螺栓连接处。其余应力水平较高区域如图所示，主要分布在机座机座轴承装配处前端，大小约 4。在相同工况下，QT400的最大应力值为10.027，两者相差1.5%。图3.24 机座及端盖von Mises应力分布云图（曳引机125%额定载荷加速运行，材料HT300）曳引机端盖在125%额定载荷下平稳和加速运行时的位移云图如下图3.25，最大位移分别为1.127e-002mm和1.619-002mm。两者相差30%。在相同工况下，QT400的最大位移值分别为3.925e-003mm和5.645e-003mm，两者均相差65%。图3.25 端盖位移量分布云图（曳引机125%额定载荷平稳和加速运行，材料HT300）图3.26为曳引机受125%额定载荷平稳和加速运行中端盖的von Mises应力分布状况，其中最大值分别为4.123 和4.204,在相同工况下QT400最大值分别为4.124 和4.202,两者差别甚少。由