拖拉机姿态自调整转向驱动桥振动分析与结构优化

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拖拉机姿态自调整转向驱动桥是拖拉机的主要承力部件,由于其作业环境是山地、丘陵这样条件恶劣的区域,驱动桥在初始设计中往往通过加大壁厚等措施以增加自身强度、提高拖拉机的适应能力。但这也导致了拖拉机自身重量增大,反而不利于拖拉机在山地丘陵地区的作业。所以有必要对其进行优化设计从而实现减重的目的。自调整转向驱动桥作为拖拉机的重要部件之一,对其进行优化设计工作也可对未来开展拖拉机整机的优化设计提供参考。本文利用澳汰尔公司Hyperworks有限元分析软件对自调整转向驱动桥桥壳主体和由桥壳主体及其他零件构成的驱动桥桥壳进行了相关的模态分析和谐响应分析,同时进行了驱动桥振动试验及桥壳主体锤击试验,通过试验验证仿真分析的准确性。最后对桥壳主体进行拓扑优化,根据拓扑优化结果对桥壳主体进行优化设计。主要研究工作及相关结论如下:(1)对姿态自调整转向驱动桥桥壳进行模态仿真分析。首先对驱动桥三维模型做简化处理,然后将简化后的三维模型导入Hypermesh中划分网格、赋予材料属性及建立螺栓连接,得到转向驱动桥桥壳的有限元分析模型。根据姿态自调整转向驱动桥真实的受力情况对有限元模型进行约束,对桥壳做带有约束状态的模态分析,得到转向驱动桥桥壳前6阶的模态振型和固有频率。对驱动桥桥壳主体进行自由状态下的模态分析,得到桥壳主体在0-4000Hz频率范围内的模态振型和固有频率。(2)对驱动桥桥壳进行谐响应仿真分析,得到驱动桥桥壳在Z向的频率—位移曲线、应力云图及能量云图。(3)对转向驱动桥桥壳主体进行锤击试验,得到了桥壳主体的共振峰频率数据,对比桥壳主体自由模态仿真得到的固有频率数据发现两者最大相差值仅为9.42%,验证了有限元模型的准确性。(4)对转向驱动桥进行振动试验,得到转向驱动桥在不同档位及转速下指定位置点的振动加速度时域图。(5)对驱动桥桥壳主体进行拓扑优化设计,分别采用以最小柔度、最小体积为优化目标的两种拓扑优化方案,得出两种不同方案下的材料分布云图。综合两种材料分布云图对桥壳主体进行优化设计,最终使其重量下降21.56%,优化设计效果明显。
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