矿业自动倾卸卡车驱动桥失效分析的基础在载荷谱
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矿业自动倾卸卡车驱动桥失效分析的基础在载荷谱 义民庙 里斯 k国 重庆大学机械传动国家重点实验室 机械 部门 和材料工程、加拿大皇后大学 自动倾卸卡车驱动桥 在挖掘的一个关键组件是住房。失败的组件在正常使用是不可接受的。最近 ,早期疲劳断裂成了在正常工作过程中这些机器的问题。然而 ,很难计算准确的疲劳失效寿命 ,根据台架测试驱动轴套或纯计算机模拟实际路况的区别 (如坡度和粗糙度 )和简化的边界条件。增加分析结果之间的一种新的分析方法基于动态应变测量我实际路面条件提出了结合有限元分析在这篇文章中。传动轴上的动态应变和应力获得的住房压力测量而卡车旅行在正常路面条件。动态应力分析使用的应力计算方法 ,从而确定的振幅和平均值计算周期。压力值的影响是考虑模型。根据的假设线性 ,假设使用典型的疲劳损伤积累和材料 ,节电高疲劳失效寿命计算。分析测量所经历的事件表明 ,动态应力轴壳是更大的超过预期。为了找到影响因素的动态压力驱动轴住房、路面的坡度 ,任何不均匀加载和怪癖进行了分析使用有限元方法。本文表明 ,新的 分析方法描述的是有价值的工具 ,用于分析这些卡车轮轴的失败背后的原因外壳。 1 介绍 驱动轴壳是汽车的主要承载部件。因此 ,动态力量造成的道路表面粗糙度产生动态压力和这些力量可能导致疲劳破坏的车辆使用寿命。尽管驱动轮轴一般安全裕度高的设计 (安全系数 )来不超过材料的疲劳强度、大量、高振幅循环荷载和局部应力条款允许裂缝成长即使疲劳强度超过平均负荷值。大量的研究工作已经发表在轴疲劳失效的分析和预测轩 拉德利和布拉德利分析失败的后桥壳起重机用断裂力学和卡车实验测试了三个典型的服务条件。他们发现 ,使 用失败是疲劳。他们结合理论与实验数据计算断裂力学裂纹增长的生活和大小。拜格里分析了钢铸件焊接未能重型卡车轮轴使用扫描电子显微镜。发现焊道底裂缝形成的热影响区。随后这些裂缝传播的疲劳机制 ,导致了超然的轴套铸件 。预测的疲劳失效后桥壳原型使用有限元分析和台架试验。他们提出了一些设计增强溶解 邦国等。开 发了一种多功能室内公路仿真系统基于大直径辊轮。预测疲劳寿命的随机载荷作用下基于车辆车轴 有限元分析和测试。然而 ,台架试验和有限元分析都是静态分析。虽然他们完成了动态分析 ,加载条件获得基于多体仿真利用。提出了一种新的方法获得减少载荷谱 ,它们用来进行加速疲劳台架测试驱动轴套。他们完成了疲劳寿命预测 ,应变历史收购和时间相关的损伤分析静态强度分析的有限元方法。减少加速载荷谱轴套的台架试验是获得使用有限元模拟。大多数研究驱动轮轴疲劳失效的仅限于台式测试 ,静强度分析 ,扫描电子显微镜图像分析 ,或根据仿真动态分析。尽管一些重新搜索被认为是典型的服务条件的影响 ,这些并不典型 ,正常的服务条件。因此是需要考虑的实际疲劳失效分析服务条件驱动轮轴。本文关注的失效分析方法挖掘自动倾卸卡车的驱动桥住房基 于动态从我实际路面应变测量条件与有限元分析相结合。故障类型决心通过断裂部分的分析。驱动轴的疲劳寿命住房使用在本例中是预测的基础动态压力测量的测试在一个实际的矿山道路表面轮廓和使用线性的假设损伤积累的假说。正常的使用材料的疲劳特性。失败的使用基于有限元的方法进行了研究。 2 失败的描述驱动轴套 主要负荷组件矿业自卸卡车的驱动桥进行动态的力量造成 道路。这些动态的力量会导致疲劳破坏的轴套在卡车使用寿命。在实践中 ,断裂的位置在驱动桥住房起源于五弦琴过渡地区 2 图 1 所示。 断裂表面图 2 所示。图2 显示了 初始裂缝开始班卓琴的底部的角过渡地区。 区域有海滩的痕迹 ,进步的裂纹传播到大约一半的十字架部分。这些观察表明疲劳失效可以被看作是一个高 ,压力小的类型。 3 载荷谱的测量和结果 验设计 矿业自动倾卸卡车被用于制造应变测量。满载的卡车的总重量为 62吨。的数据采集系统包括应变仪和数据收集器。通过使用应变片的应变测量安装在底部的轴套在测点 1 和测点 2 测量应变横向 ,如图 3 所示。实际我的路面被用于实验 ,如图 4 所示。实验过程分为两个部分。在两个部分 ,挖掘自动倾卸卡车测量苏尔 我在相同的道路面对完整的服务 条件 ,包括卸载、加载、完全加载 ,卸载。采样频率是 2000 赫兹。卡车的速度大约是 5 公里 /小时。 图 1 几何的驱动桥住房 (图 2 断裂表面的驱动桥住房部分 3 应变测量的位置 图 4 我实际路面的路线 验结果 轴套的菌株记录多通道数字应变计和图 5 所示。运动压力获得通过使用动态应变值 和胡克定律。动态压力是图 6 所示这被称为轴壳的载荷谱。图 6显示测试过程可分为四个阶段。第一个阶段是空负载期间 ,开始 0 年代和 1500年代持续了。在此期间最大应力为 二阶段是装运期 ,开始在 1500年代和 300 年代持续。最大应力在此期间为 三阶段是满载期间 ,开始在 1800 年代和 1260 年代持续。最大应力在此期间为 第四阶段是卸货期间 ,开始在 3060 年代和 3060 年代持续。在此期间的最大压力为 6 b 还显示测试过程可分为四个阶段 。装运期 ,开始在 1800年代和 420 年代持续了 压力最大。满载时期 ,它开始了在 2220年代和 2220 年代持续了 压力最大。卸货期间 ,开始了在 3360 年代和 3360 年代持续了 压力最大。 4 疲劳寿命预测 基于假设的线性损伤累积假说和疲劳抽搐的材料轴套 ,疲劳失效的生活住房根据下的动态应力计算我 国 实际路面条件 。 图 5 应变测量数据输出运行在我实际路面应变测量数据点 1 住房和压力从测量数据点 2 的住房 图 6 应力应变仪数据转换后数据使用胡克定律压力测量的数据点 1住房压力数据测量 2点的住房 力计算 动态应力计算的应变测量实际矿山路面条件下进行了分析使用应力计算方法 ,它可以用来确定计算的振幅值和均值。从测量的应力矩阵确定应力历史对轴套 ,如 图 7 所示。 劳寿命预测 使用矿工的理论 ,每个周期的特定值的伤害或著被定义为在等于 1 为著一个周期为 期材料失败的数量计算的轴向疲劳特性 ,k 是周期的数量和决定从历史使用循环计数算法。平均值时 ,疲劳失效寿命可以使用 计算。 图 7 住房的应力矩阵的压力 数据 :(a)应力矩阵的数据从 1 点住房 ,和 (b)应力矩阵中的数据点 2 的住房 哪里周期振幅的应力历史对住房使用应力算法 ,周期平均值确定应力历史的住房使用应力算法、保存的疲劳强度系数 ,和疲劳强度指数。可以前总伤害按特定损害的总和的独特的个人周期。 假设的疲劳性质住房被关系描述和材料常量的明天特征。根据轴壳的材料特性 ,疲劳强度系数等于 450 劳强度指数等于 地产的疲劳寿命是卡尔根据明日特点和疲劳损伤累积的假说。根据疲劳预测结果 ,疲劳寿命的点 1 等于 95 天 ,点 2 等于 135 天。这些都是低于预期的疲 劳寿命的轴套矿业自动倾卸卡车。然而 ,结果全部 从疲劳预测与实际故障保留的时间。 5 评估影响因素的住房压力 这是通过测量结果的分析发现 ,动态应力值远远大于预期。为了找到影响因素的动态应力轴住房、有限元 (型。 限元模型 型是有限元分析的准备如图 8 所示。 A 和 B 代表的支持每个轮子提供的支持。半轴和轴套之间的装配是一个干涉配合。元素 C 和 D 代表弹簧座。应力分析中使用的完整的模型是图 9 所示。该模型由轴套和半轴。的使用限元模型被开发。房地产是使用 状 ,一个八节点固体元素在每个节点有三个自由度 ,这通常用于固体结构的三维建模。 素被用于建模半轴之间的接触。 房材料 房地产是由铸钢 轴是由合金钢 理性质使用的材料在每个部分表 1 中给出。 载条件 根据设计荷载 ,37500 公斤的双边对称加载 (2)应用于菲的弹簧座模型。固定位移约束应用于地区支持将提供的轮子。表示不放置在 Y 和 Z 方向 ,对 Y 和 Z 轴旋转被限制在支持和位移 X,Y 和 Z 方向 ,对 Y 和 Z 轴旋转被限制在支持 b 有限元模型图 10 所示。 图 8 住房的 型 图 9 有限元模型的住房 图 10 有限元分析的边界和加载条件 图 11 有限元静强度分析的等高线图 限元分析结果 冯米塞斯应力分布的有限元分析是图 11 所示。结果显示 ,有拉应力集中地区五弦琴过渡区域下方的住房。这是一样的失败地区的住房在实践中 ,如图 2所示。这意味着这住房满足安全条件最大加载在正常情况下这是对静态。然而 ,压力水平表明 ,高到足以导致疲劳。因此 ,应采取的设计考虑疲劳问题作为主要失效机理除了强度要求。然而 ,驱动桥住房显示早期裂缝问题在正常操作条件。为了找到失败的影响因素的轴套 ,装载不均匀的影响 ,坡的住房、和偏心研究了有限元法。这些额外的因素 ，如 图 12 所示。 图 12 额外的负载因素考虑 地区最大冯米塞斯应 力车轴住房是通过有限元分析和所示表 2。根据表 2 中的数据 ,结果表明 ,路面的坡度和古怪的住房对静态应力影响很小 ,而不均匀加载条件对静态应力有显著的影响。 6 结论 早期断裂的问题对矿山自卸卡车轮轴使用动态应变测量 ,调查表示“状态”代表我实际路面条件与有限元分析相结合。疲劳的结果寿命预测根据我实际路面条件与实际故障时间。压力辐射区域的班卓琴过渡区域获得使用有限元分析也伴随着疲劳裂纹的地区源于实践。本文提出的方法可用于分析失败的机械组件。 轴套的失败的调查 ,可以得出以下结论 : (1) 采矿卡车的轴套断裂是由于疲劳。 (2) 班卓琴的疲劳裂纹起源于过渡区域 ,应力集中区域。 (3) 结果表明 ,住房满足安全条件最大装载在静态条件下 ,但是对房地产动态加载有重大的影响。疲劳寿命预测的根据实际住房我的路面条件显示更好的可靠性。 (4) 路面的坡度和古怪的住房对静态应力影响很小。 (5) 设计应考虑疲劳问题作为主要失效机理除了力量要求。 感谢 这项研究是由中国国家自然科学基金资助下完成的。 参考文献 1M,S。后桥壳的疲劳失效预测原型使用有限元分析。 6(2009):1474 82。 2布拉德利史蒂文 W 布拉德利沃尔特 l分析失败的轴套与断裂力学起重车。 995;2(4):233 - 46。 3G 。 钢 铁 铸 件 焊 接 重 型 卡 车 轮 轴 的 失 败 。 004;11(2004):115 - 25。 4吴岳城 ,周 ,吴 世明。研究 基于动态负载路模拟试验振幅。中国机械 004;15(4):362 - 4。 5高京歌 ,朱道。疲劳寿命预测的随机载荷作用下车辆的驱动轴的房子。机械强度 2008;30(6):982 - 7。 6李亮、宋健、温家宝林波 ,高京。有限元仿真和测试商用车驱动轴壳的疲劳寿命。机械强度 2008;30(3):2008 - 7。 7从南商中的陈 ,杨郑 ,梁克山。加速疲劳台架试验的驱动轴住房基于有限元分析。国际测量技术与机电一体化自动化会议 ,2009。 3 - 6 页。 8隆德 观疲劳断裂失效分析与预防。金属手 卷。 美国社会对金属 ;1996。 9吉梅内斯 ,一步维拉纽瓦 J,托雷斯加西亚 m 009;16(2009):2333 - 41。 10论参考。 本。 限公司 ,2007 年。 11测定的碎片多轴加载服务强烈影响机器部件的疲劳。机械系统的信号的过程 2009;23(8):2009 - 21。 12水稻 环 恩斯高清 ,纳尔逊 ,米切尔先生疲劳设计手册。硕士论文 :998 年。 s 010in 6 0109 0102 011of to of on of in 17. 2 in of a - 211 2011 +86 (0) 23 65112520; +86 (0) 23 Y. 8 (2011) 10491057of 011 is in As a by to of 1. a of in of in a is of is of it is of on to as To of a on is on is by of of s to of of of of by In to of of of a , . by 3 of to by a in AZ of by in of et 1 of on Wu et 4 a on a of on to a et 5,6 of a on et 7 a to to of a by . et 8 (2011) 10491057of E on of is to 47, 7, , or on 1,5,6. of 2, it to of of is on a of of a on of in a of of of of of of to of In in at 12as 1. An of is 2. 2 at on of a to of be as a 9. in an 8 is of to of 2 a by at of at to in as 3. as 4. on 000 of km/1. of Y. et 8 (2011) 10491057 10512. of in 1(1). of a 5. by s 6 is of 6a be to is s 500 s. 500 s 00 s. 800 s 260 s. 060 s 40 s. 6b be to is s 800 s 800 s 20 s is 220 s 140 s 360 s 40 s on of of of of of is on 3. 4. 5. (a) on b) on 6. s (a) on b) on . et 8 (2011) 104911, be to of on s of i or 11i 1; .; k; 1 a .5 a of to a k is of a is be 11,122So 2b; 3Y. et 8 (2011) 10491057 10537. of of (a) of on b) of on on of b is to be as of by 4k is of of T be D by in 0of . et 8 (2011) 104910578. of to be by at of of in . to 37,500 kg 2) to of 5It of by 11. to of is 50 is of to of to of is
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