【摘 要】
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驱动桥壳作为大功率拖拉机主要的承载部件之一,其可靠性水平直接关系到整车的可靠性水平,并且基于传统经验设计的拖拉机驱动桥壳相对保守,驱动桥壳的强度、刚度出现过度富裕,材料存在冗余的情况,造成不必要的浪费。基于此,本文根据某型号大功率拖拉机驱动桥壳为研究对象,在理论分析基础上,通过有限元方法对驱动桥壳静态、动态特性进行分析。提取驱动桥壳的固有频率以及不同工况下的强度、刚度、疲劳寿命和安全系数等性能参数
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驱动桥壳作为大功率拖拉机主要的承载部件之一,其可靠性水平直接关系到整车的可靠性水平,并且基于传统经验设计的拖拉机驱动桥壳相对保守,驱动桥壳的强度、刚度出现过度富裕,材料存在冗余的情况,造成不必要的浪费。基于此,本文根据某型号大功率拖拉机驱动桥壳为研究对象,在理论分析基础上,通过有限元方法对驱动桥壳静态、动态特性进行分析。提取驱动桥壳的固有频率以及不同工况下的强度、刚度、疲劳寿命和安全系数等性能参数,建立了性能参数集合。基于性能参数集合,采用仿真和试验相结合的方法,开展了基于可靠性的拖拉机驱动桥壳轻量化设计研究。本文具体的研究工作归纳如下:（1）对驱动桥壳进行有限元模型的建立,通过计算模态仿真求解,得到驱动桥壳的固有特性即前6阶模态的固有频率和振型。通过搭建模态试验台架,开展了驱动桥壳的模态试验。将计算模态的结果与试验模态的结果进行对比分析,发现振型基本一致,各阶固有频率值的最大误差为5.37%,验证了有限元模型的正确性。并分析外部激励对结构共振现象产生的影响。（2）开展五种典型工况下的拖拉机驱动桥壳受力分析与有限元仿真,得到了驱动桥壳的应力云图和位移云图以及各个工况下的最大应力值和最大位移量。同时开展驱动桥壳两种工况下的疲劳寿命分析,工况1通过搭建拖拉机整车测试平台,以试验采集的道路载荷谱作为输入载荷;工况2以基于国标的等幅正弦波脉动循环载荷谱作为输入载荷。得到两种工况下驱动桥壳的最小寿命周期、最大损伤值以及最小安全系数等相关性能参数。构建了驱动桥壳的静动态性能参数集合。（3）对驱动桥壳进行拓扑优化设计,并结合驱动桥壳的性能参数集合,提出优化减薄驱动桥壳主体壁厚的多目标尺寸优化设计方案。通过灵敏度分析筛选可优化的厚度变量,构造RBF近似模型来表达变量与响应之间的关系。开展了基于6σ的多目标稳健性优化,并与基于遗传算法的确定性优化方法对比,结果表明6σ稳健性优化方法在保证轻量化设计的同时提高了驱动桥壳的可靠性,与原结构质量相比减重10.1%。同时构建轻量化效果评估系数,进行轻量化效果评估。（4）开展驱动桥壳轻量化综合性能试验,通过驱动桥壳垂直弯曲刚度试验,验证了轻量化后驱动桥壳的可靠性,并与仿真结果进行对比,平均误差为6.6%,验证了有限元仿真的正确性。并进行驱动桥噪声与温度性能试验,噪声测点均低于80 d B、温度测点均低于45°C,结果表明均符合设计要求。
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