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某裝甲車輛動力傳動系統(tǒng)是由1103kW發(fā)動、傳動變速箱及連接體、動力傳動和動力輔助系統(tǒng)等部件組成，但不包括車輛的側(cè)傳動等部分。在國內(nèi)該種類的車輛中，這種大功率的發(fā)動機(jī)和新型綜合傳動裝置組成的動力艙還是首次應(yīng)用，動力艙研制的成敗直接關(guān)系到整車的成敗，動力傳動系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響整車機(jī)動性能的發(fā)揮。為確保動力傳動系統(tǒng)的可靠性，為優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計提供理論依據(jù)，在方案設(shè)計階段對傳動系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析計算，具有很大的必要性。建立該動力傳動系統(tǒng)的有限元分析計算模型，必須要對工程實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行合理簡化，例如輔助系統(tǒng)的油箱等，要以載荷的形式施加到發(fā)動機(jī)、變速箱上。
此次有限元分析使用的軟件是ANSYS，經(jīng)過計算，可以詳細(xì)了解發(fā)動機(jī)、支座、變速箱和連接體關(guān)鍵部位的應(yīng)力、變形分布狀況，即剛強(qiáng)度情況，以檢驗(yàn)動力傳動各部件是否達(dá)到剛強(qiáng)度要求，如不滿足，則需要優(yōu)化加強(qiáng)；如剛強(qiáng)度無必要的過大，則為結(jié)構(gòu)減重提出可行的改進(jìn)措施。該傳動系統(tǒng)要求除了承受最大工作載荷和自重外，還要能承受來自地面10g加速度發(fā)動機(jī)、變速箱和連接體的有限元模型是在各部件Pro/E模型基礎(chǔ)上建立的，在進(jìn)行模型修改工作中，要重點(diǎn)考慮受力大的關(guān)鍵部位要與實(shí)際結(jié)構(gòu)和載荷狀況準(zhǔn)確一致，例如連接件、發(fā)動機(jī)支座等處的螺釘，這樣才能準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度。
對于受力不大的非關(guān)鍵部位，則可以簡化處理，例如不重要的小圓角、倒角等。有限元網(wǎng)格的劃分，首先要選擇合適的單元類型和參數(shù)，其次嚴(yán)格控制單元劃分的質(zhì)量與單元數(shù)量。單元形狀不好則導(dǎo)致結(jié)果誤差變大，單元數(shù)量過多則計算量劇增，單元類型決定選擇ANSYS中的92號四面體10節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，選93號8節(jié)點(diǎn)殼單元做為輔助單元，經(jīng)過劃分工作，最后發(fā)動機(jī)、變速箱和連接體整體模型單元總數(shù)為128919個，節(jié)點(diǎn)總數(shù)達(dá)到211188個(包括單元中節(jié)點(diǎn))，系統(tǒng)總自由度數(shù)為：節(jié)點(diǎn)總數(shù)×3，有限元單元網(wǎng)格如圖所示。
該動力傳動系統(tǒng)的總自重為6t，該系統(tǒng)中的變速箱最大輸出扭矩為12084Nm，發(fā)動機(jī)功率為1103 kW，轉(zhuǎn)速2200 r/min。同時要承受外來10g垂直加速度的沖擊，這意味著10倍于自重的載荷施加到本系統(tǒng)和支撐座上，還有變速箱、連接體內(nèi)部的多個軸承載荷。系統(tǒng)的約束條件為發(fā)動機(jī)兩個支撐座底部固定不動，三個自由度為零；變速箱兩個動力輸出端圓環(huán)徑向固定，周向可轉(zhuǎn)動，這可以通過極坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)。發(fā)動機(jī)上箱體、變速箱材料為鑄鋁101，發(fā)動機(jī)下箱體、連接體為球墨鑄鐵，螺釘為合金結(jié)構(gòu)鋼，其材料性質(zhì)如彈性模量、波松比、密度、屈服應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)可根據(jù)材料具體型號在設(shè)計手冊上查出。
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