減速機(jī)在礦車中承擔(dān)著動(dòng)力的轉(zhuǎn)換與傳輸作用，它能有效地降低輸出的轉(zhuǎn)速，提高輸出扭矩。它的強(qiáng)度及其壽命直接關(guān)系到整個(gè)礦車的性能。減速機(jī)通過(guò)螺栓連接于后橋箱法蘭，后橋箱鼻錐和橫向穩(wěn)定桿連接車架，這樣就實(shí)現(xiàn)了減速機(jī)與車架的連接。減速機(jī)通過(guò)扭力管和輪胎連接，把輪胎與車架連在一起。減速機(jī)在礦車中起著舉足輕重的關(guān)鍵作用，因此在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，必須綜合考慮減速機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度問(wèn)題。

HyperMesh是一個(gè)高效的有限元前后處理器，能夠建立各種復(fù)雜的有限元和有限差分模型，與多種CAD、CAE軟件有良好的接口并具有高效的網(wǎng)格劃分功能。本文利用HyperMesh的前后處理，對(duì)減速機(jī)機(jī)架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，添加邊界條件，建立有限元模型，并通過(guò)第三方求解器進(jìn)行有限元分析，以驗(yàn)證其強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，從而為設(shè)計(jì)提供理論參考。

減速機(jī)機(jī)架有限元模型建立與HyperMesh處理

基于HyperMesh的網(wǎng)格劃分

HyperMesh中具有幾何型面的網(wǎng)格自動(dòng)化分模塊，導(dǎo)入曲面數(shù)據(jù)時(shí)，有時(shí)存在縫隙、重疊、錯(cuò)位等缺陷，邊界錯(cuò)位經(jīng)常引起網(wǎng)格扭曲，導(dǎo)致單元質(zhì)量不高，求解精度差。因此,分析之前的幾何清理變得十分重要，它決定分析能否進(jìn)行，影響分析的效率和精確度。通過(guò)消除錯(cuò)位和小孔，壓縮相鄰曲面之間的邊界，消除不必要的細(xì)節(jié)，就能夠提高整個(gè)劃分網(wǎng)格的速度和質(zhì)量，提高計(jì)算精度。

如圖1所示，為整個(gè)機(jī)架的網(wǎng)格劃分后的模型，在劃網(wǎng)格之前，去除了模型里面的一些細(xì)小的油管，填補(bǔ)了一些小油洞等不受力或者受力很小的地方。

材料參數(shù)

分析中機(jī)架和螺栓采用的材料特性，見(jiàn)表1

網(wǎng)格模型

軸承部分結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用四面體單元，單元尺寸約5～25mm。其他部分采用六面體單元，單元尺寸約5～10mm。過(guò)渡面用Tie連接。螺栓部分尺寸1.5～2.5mm。總網(wǎng)格規(guī)模為180萬(wàn)。

邊界條件

首先軸承力、輪轂與電機(jī)傳遞給機(jī)架的力的加載方式都是通過(guò)在受力區(qū)域建立承載點(diǎn)，承載點(diǎn)與受力部分耦合，力加載到承載點(diǎn)上。與后橋箱連接的地方固定約束。

計(jì)算結(jié)果

礦車在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)經(jīng)過(guò)各種路況。本文選取波浪路面、凹凸路面、扭曲路面、平路轉(zhuǎn)彎及坡上啟動(dòng)5種礦區(qū)較為惡劣的工況，對(duì)減速機(jī)機(jī)架在這五種工況進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。將上述通過(guò)HyperMesh建立的有限元模型，導(dǎo)入有限元求解器進(jìn)行求解，可以得到不同工況下減速機(jī)機(jī)架強(qiáng)度和剛度的分布情況，限于保密及篇幅原因，本文僅列出凹凸路面下的整體應(yīng)力及應(yīng)變?cè)茍D。

整體應(yīng)力分布

考慮螺栓預(yù)緊力的整個(gè)機(jī)架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在底部的螺栓處，為694MPa，位于整個(gè)機(jī)架的上下面靠近前軸承外側(cè)的位置，分別出現(xiàn)了高應(yīng)力區(qū)，這種結(jié)果的產(chǎn)生是因?yàn)闄C(jī)架一端固定，相當(dāng)于懸臂梁模型，另一端承受來(lái)自輪胎傳遞的y方向上的力，使下部受拉上部受壓，產(chǎn)生了這種應(yīng)力分布的效果。

變形大小

計(jì)算得到的機(jī)架在凹凸路面工況下的變形圖，輪轂前軸承與油封位置的相對(duì)變形約為0.96mm，小于設(shè)計(jì)值。所以機(jī)架的變形不會(huì)對(duì)油封的性能產(chǎn)生影響。

結(jié)論

（1）應(yīng)用HyperMesh進(jìn)行減速機(jī)機(jī)架的有限元模型建立，優(yōu)化網(wǎng)格的劃分，減少不必要的單元數(shù)，大大縮短了建模時(shí)間，提高計(jì)算機(jī)分析析效率和準(zhǔn)確度，為HyperMesh在減速機(jī)機(jī)架分析中的應(yīng)用提供了分析經(jīng)驗(yàn)。

（2）通過(guò)HyperMesh進(jìn)行有限元模型建立，并采用第三方求解器進(jìn)行求解，獲得減速機(jī)機(jī)架在不同工況下的應(yīng)力和應(yīng)變分布，為減速機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。