大功率拖拉机悬挂机构有限元分析

1、大功率拖拉机悬挂机构有限元分析 任务书1 .设计的主要任务及目标本课题将Pro/E软件与ANSYS软件结合起来,应用于工程实际中.针对拖 拉机悬挂机构设计中存在的问题,以及实际工程情况,运用 Pro/E软件构建拖拉 机悬挂机构的三维模型,并将悬挂机构的下拉杆和提升杆三维模型导入ANSYS中.根据获得的有限元分析结果,提出相应的解决举措,以期提升工程应用平安 度.2 .设计的根本要求和内容(1)主要设计内容：针对拖拉机悬挂机构设计中存在的问题,以及实际工程情况,运用 Pro/E软 件构建拖拉机悬挂机构的三维模型.(2)工作要求：1)在调研及多方搜集资料及毕业设计实习根底上,明确所设计题目及内容,

2、熟悉拖拉机液压悬挂系统的工作原理, 对拖拉机悬挂机构进行受力分析,计算给 定参数下的各杆件受力情况；并撰写开题报告一篇.2)利用三维软件Pro/E建立悬挂机构三维模型及仿真模型；3)利用ANSYS对悬挂机构下拉杆进行有限元分析,获得应力应变云图, 分析结论,给出建议,并完成中期辩论报告一份.4)撰写毕业设计论文一篇.3 .主要参考文献1娄秀华,大功率拖拉机液压悬挂机构作业机组虚拟样机技术研究D , 20212董鸿柏,悬链式链斗卸船机主体结构的有限元分析 D,华中科技大学,20063李丹,周志鸿,刘瑞华,基于 ANSYS液压挖掘机动臂的有限元分析J,建筑机械,2021 94孙恒,陈作模,葛文杰,

3、机械原理M,北京,高等教育出版社,2006, 55刘中全,黄璟,工程力学上册M,北京,兵器工业出版社,2007, 24 .进度安排设计各阶段名称起止日期1完成论文选题和论文资料收集工作2021年12月30日-2021年1月5日2学习ANSY漱件及确定悬挂机构测量方法2021年1月6日-1月20日3学习PROI维软件并进行初步建模2021年1月21日-3月20日4对悬挂机构进行静态分析2021年3月21日-4月15日5完成初稿,论文中期辩论2021年4月16日-4月28日6修改论文,绘制模型图2021年4月29日-5月30日7论文定稿,准备终期辩论2021年5月31日-辩论结束审核人：功率拖拉机

4、悬挂机构有限元分析摘要：ANSY星一种专用的有限元分析工具.目前,有限元求解算法已经比拟成 熟,因此,本技术的应用将有助于对机构的载荷与边界条件做出恰当校核,预测 机构的强度与刚度上存在的致命缺陷.目前,我国的拖拉机制造水平相对较低, 相比于国外的产品在质量和性能上都有较大差距. 对于拖拉机的一些关键性技术 问题还缺乏了相当多的系统性和深入的研究,没有形成可行的方案来解决问题.本文根据拖拉机悬挂机构的设计尺寸数据,对拖拉机悬挂机构进行静力学分 析后绘制受力分析图,并根据具体的数据进行一些必要的数据计算.同时用PROE 软件对拖拉机悬挂机构各个部件进行三维模型的绘制.最后,利用ANSY驮件对悬挂

5、机构的下拉杆和提升件进行有限元分析,获得其在工作状态下的应力应变分 布云图,给出合理解释.根据有限元的分析结果,提出对应的解决方法.关键字：拖拉机,悬挂机构,Pro/e ,有限元分析High-power tractor hitch system finite element analysisAbstract: ANSYS is a special tool for finite element analysis. Currently, the finite element algorithm has more mature, therefore, the application of this

6、 technology will help to make appropriate check for the load and boundary condition of mechanism, forecasting the fatal flaw that according to the Strength and stiffness of mechanism . At present, the manufacturing level of tractor is relatively low, compared with foreign products that has a large d

7、ifference in the quality and in performance . For some of the key technological problem of the tractor, we lack of quite a number of systematic and in-depth research, and has not formed a feasible scheme to solve the problem.Based on the design of tractor hitch system size data, This paper draws the

8、 stress analysis diagram after analyzing the static force of the suspensionmechanism ,and calculated some necessary data according to the specific data. At the same time, By using the Pro/e software , the article build 3D model of tractor suspension mechanism.Using ANSYS software to analysis the upp

9、er pull rod and lifting lever of suspensionmechanism by finite element analysis. To obtain the contour map of its work in a state of stress and strain, make a reasonable explanation. According to the analysis of the finite element, this paper puts forward the corresponding solutions.Key words: tract

10、or , suspension mechanism Pro/e, the finite element analysis1绪论1.1.1 设计目的及意义1.1.2 国内外背景研究 国外对拖拉机悬挂机构的研究进展 21.2.2 国内对拖拉机悬挂机构的研究进展 31.3 应用软件介绍 实体建模软件 Pro/ENGINEER简介41.3.2 Pro/E的典型设计思想5.1.4 ANSYS软件简介 ANSYS软件功能介绍 ANSYS软件的主要功能和用途 62液压悬挂系统7.2.1 液压系统的类型 分置式液压系统

11、半分置式液压系统 整体式液压系统7.2.2 液压悬挂装置的使用 液压系统的用油 油泵的结合 操纵手柄位置的选用 9.2.3 液压悬挂装置的功用与类型 92.3.1 液压悬挂装置的功用与组成 液压悬挂装置的功用 ..2 液压悬挂系统的组成1.03悬挂机构受力分析与实体建模113.1 悬挂机构力学分析113.2 构建悬挂机构三维模型153.2.1 悬挂机构提升臂 153.2.2 悬挂机构左提升杆和右提升杆 悬挂机构下拉杆 悬挂机构侧向调节杆173.2.5 悬挂机构上拉杆1

12、73.2.6 悬挂机构机架173.2.7 悬挂机构的销轴1.84对悬挂机构主要杆件的有限元分析204.1 有限元分析步骤204.2 主要杆件的有限元分析204.2.1 对下拉杆有限元分析 204.2.2 提升杆有限元分析235总结27参考文献28致谢291绪论拖拉机悬挂机构的主要用途就是用来把农用机械与拖拉机连接起来,并且它还保证了农机具能在正确的位置上进行工作. 由于农具的特点及其在拖拉机上的 悬挂机构位置的不同,悬挂机构的结构也是不同的.目前国产的拖拉机几乎所有 的都是采用后悬挂的方式.这种悬挂机构是附属于拖拉机的,可以悬挂各种配套 的作业机具,如犁、耙、播种机等等.悬挂机构是由提升臂、提

13、升杆、上拉杆、下拉杆和侧向调节杆等主要部件组 成.拖拉机的悬挂机构,都是采用四杆钱链连接的形式.它与拖拉机的连接,在 大多数情况下是采用三点悬挂,但是也可以采用两点悬挂.两点悬挂的方式,使 作业机具在土壤中相对于拖拉机有摆动的可能性, 从而防止机具和悬挂机构过载 或损坏,同事也不破坏拖拉机的操纵性.轮式拖拉机的悬挂机构,为了增加驱动轮的附着力,在结构上还设有专用的 加载装置,这种机械式加载装置,是使上拉杆在拖拉机上的固定点能够沿着垂直 方向移动,以便固定在不同的位置上,从而对拖拉机的驱动轮加载.本文就是通过运用ANSYS软件对拖拉机悬挂机构主要杆件进行有限元分 析,从而得出杆件的应力及应变分布

14、情况, 并对获得的应力、应变分布图进行分 析,然后给出建议,最后就可以根据分析结果对悬挂机构进行优化设计了.本文将PROE与ANSYS两个软件相互结合起来,应用在机械的制作和优化 中.首先运用PROE软件建立拖拉机悬挂机构的三维简模,根据实物的外形特点 对其进行合理的简化.然后将简模进行装配,最后将所建立的简模导入ANSYS软件中,对其进行有限元分析,得到想要的结果.这个所得的结果就可以为悬挂 机构的优化给出重要的理论依据.1.1 设计目的及意义拖拉机悬挂机构是拖拉机与农用作业机具相连接的一套杆件结构,主要由提开臂、提升杆、上拉杆、下拉杆和侧向调节杆等几局部杆件组成.拖拉机液压悬 挂机构的作用

15、就是把拖拉机所发出的提升力和牵引力传递给农机具.通过对拖拉机悬挂机构进行相关的静力学和运动学等等一系列的相关分析,仔细观察分析结果,逐渐熟悉拖拉机悬挂机构的整个提升过程内的一些相关的变化规律,这有这样才能对拖拉机液压悬挂机构进行合理的设计和优化评估.拖拉机是通过液压悬挂装置与农机具相互连接来进行田间作业的,对拖拉机的悬挂机构进行相关的分析是非常的重要的.根据分析的结果,得到一些相关的 变化规律.只要掌握了这些变化规律,便可以对悬挂机构进行合理的设计和优化 评估.对于大功率拖拉机悬挂机构进行有限元分析的意义就是通过对拖拉机悬挂机构进行有限元分析,得到拖拉机在提升过程中的一些重要变化规律, 我们便

16、可 以依照这些变化规律来对拖拉机悬挂机构进行合理的设计和更好的优化评估. 从 而使拖拉机悬挂机构到达最理想的工作状态.本文就是通过运用ANSYS软件对拖拉机悬挂机构主要杆件进行有限元分 析,从而得出杆件的应力及应变分布情况, 并对获得的应力、应变分布图进行分 析,给出建议.本文将Pro/E软件与ANSYS软件结合起来,应用于工程实际中.针对拖拉 机悬挂机构设计中存在的问题,以及实际工程情况,运用Pro/E软件构建拖拉机悬挂机构的三维模型,并将悬挂机构的下拉杆和提升杆三维模型导入 ANSYS中. 根据获得的有限元分析结果,提出相应的解决举措,以期提升工程应用平安度.本论文的主要研究对象是拖拉机悬

17、挂机构,然后对悬挂机构进行静力学分 析,再通过功能强大的工业三维制图软件 Pro/E对悬挂机构进行三维简化模型的 创立.最后,将三维模型图导入 ANSYS软件中,对其进行有限元分析.1.2 国内外背景研究1.2.1 国外对拖拉机悬挂机构的研究进展伴随着全球在科技方面的不断进步,特别是在电子信息和网络通信等高新领 域的飞速开展,对拖拉机制造业的开展产生了相当巨大的影响.在国外,对拖拉机悬挂机构的研究和开展相对于国内来说已经相当的成熟.而且在比拟早的就把拖拉机机组的机-电-液一体化的限制系统逐渐代替了传统的液压限制系统,并且 国外的一些公司还在拖拉机的液压系统中安装了可以调节耕深和限制拖拉机驱 动

18、轮转率的限制系统,在根本上大大降低了油耗,提升了工作的速度和效率.伴随着全球在科技方面的不断进步,特别是在电子信息和网络通信等高新领 域的飞速开展,对拖拉机制造业的开展产生了相当巨大的影响.从上世纪70年代开始,随着电子和微机技术产生日趋成熟, 在国外掀起了一股对机-电-液一体化的研究狂潮.这种现象推动了电-液限制系统对传统限制系统的取代的大 趋势.从而为提升拖拉机机组性能开辟出一条新的道路,在根本上提升了拖拉机工作机组的工作速率.对传统的机械式的拖拉机液压悬挂系统的研究, 在国外已经非常成熟.目前, 机-电-液一体化技术在国外所生产的拖拉机上得了相当广泛的应用,并有取代传统机械式悬挂系统的趋

19、势.目前,机-电-液一体化技术已经广泛应用在了拖拉机 上,例如,麦塞福格森、雷诺、萨姆、约翰迪尔、菲亚特、钮荷兰、道伊兹 等拖拉机生产公司正在销售的大功率拖拉机根本上都装备了电-液悬挂系统,这就意味着电-液限制系统已经进驻世界主流中了.还有一些拖拉机上还采用了基 于CAN总线的多路传输网络系统,使得电-液限制系统在拖拉机上的应用到达很 高的水平.但是,需要进一步深入研究的问题也还有许多. 其中悬挂系统最主要 的问题在灵敏度、可靠性和实用化等方面.1.2.2 国内对拖拉机悬挂机构的研究进展相比于国外的研究我多对于悬挂机构的研究起步时间比拟晚.目前,我国的拖拉机制造水平相对较低,相比于国外的产品在

20、质量和性能上都有较大差距. 就 国内拖拉机作业机组的生产条件和在实际中的应用而言,我国对于机-电-液一体化的限制技术的研究工作还处于起步阶段, 对于一些关键性技术问题还缺乏了相 当多的系统性和深入的研究,没有形成可行的方案来解决问题.液压悬挂机构的 应用还不是很广泛,并且国内大多数对于液压系统的研究还主要是对传统液压系 统的研究,并且仅仅停留在仿真和实验阶段,一直没有在实际运用阶段进行深入 研究.近年来,国内对于拖拉机的研究已经取得了相当大进步, 但是于国外的先进 技术相比我国还是存在着很大的差距, 特别是在拖拉机悬挂机构这方面. 我国的 拖拉机悬挂系统存在的主要问题主要分为以下几方面：1对于

21、力、位调节系统的动态性能仍然没有形成一个合理的评价方法和合 理的评价指标体系.2在对系统的研究方面,更多的研究只是注重于构成一个系统、限制方法 的实现和系统动态性能的分析,但是一直没有从实际出发深入研究其技术方案的 合理性以及综合考虑对拖拉机其他的性能所带来的影响, 如液压系统构成中没有 很好的考虑到液压系统本身的功率损耗和发热问题, 使得所构成的系统很难在实际的工作中得到广泛应用.在对系统的动态性能的分析方面,往往只是注重着消 扰性能和响应特性的提升,而对系统调节时,由于重量的转移对于驾驶员舒适性 所带来的影响以及实际在田间耕作中真正需要的响应水平等的研究是相当缺乏3还没有开发出性能可靠的,

22、适用于电-液悬挂系统限制的液压限制阀和力位限制传感元件.4在限制信号的传输方面相对于国外来说缺乏系统、深入的研究.从2000年开始,国内很多大学都开始对拖拉机悬挂系统进行了深入研究, 取得了显著的成就,其中以中国农业大学为首,除此之外他们还对传统限制器进 行了改良和优化创新,研制出了比传统限制器更好的电 -液限制器.其他的高校 和研究机构也进行了很多相关的研究工作.总体来说,我国对液压悬挂系统的研究主要还是放在传统液压悬挂系统上, 但是其中的缺陷还是很多的.目前来说,我国的主要研究对象还是传统的机-液限制系统.就当前的开展来讲,机-电-液一体化技术已经逐步走向主流, 成为国 内研究的焦点,但是

23、就当前对于机-电-液一体化技术的研究而言还处于刚刚起步 阶段,对于一些关键性技术问题国内还缺乏系统性的和深入的研究,而且没有形成具有可行性的解决方案.国内外对于拖拉机悬挂机构的研究,大局部的研究成果都是针对悬挂机构的 外形设计以及对悬挂机构的优化设计,但是对于悬挂系统进行有限元分析的研究 很少很少.可是,随着拖拉机本身的工作功率不断提升, 悬挂机构的作用也随之 变得更加明显,以至于悬挂机构在工作状态下的应力分布、 应变分布以及平安系 数等相关数据都得到了相当的关注. 随着有限元分析方法的日益完善,有限元分 析会逐步推动其在悬挂机构方面作用,为悬挂机构的生产校核提供必要的技术支 持和数据支持.1

24、.3 应用软件介绍1.3.1 实体建模软件 Pro/ENGINEER 简介Pro/ENGINEER是3D产品设计软件,是当今世界上最先进的机械设计软件 之一.它集成的参数化3D CAD/CAM/CAE解决方案,让使用者能更快的操作, 最大限度的提升了工作质量和速度.Pro/ENGINEER的功能特点和优势如下：1 .强大、参数化的设计功能可实现卓越的产品差异化和可制造性.2 .完全集成的应用程序可让用户在一个应用程序中完成从概念设计到制造的所 有工作.3 .将设计变更自动传播到所有下游交付件的水平可让用户满怀信心的进行设计.4 .完整的虚拟仿真功能可让用户提升产品性能和超越产品质量目标.5 .

25、自动生成关联的模具设计和制造交付件.1.3.2 Pro/E的典型设计思想Pro/E的典型设计思想主要分为三种.特征的划分有以下3个主要依据：特征创立的原理：如拉伸实体特征和混合实体特征；特征的用途：如实体特征和基准特征；特征的结构特点：如圆孔特征和筋特征.参数化设计的原理：使用者在设计过程中不必太在意零件的尺寸,只需要抓住零件的特点来绘制零件.在绘制完成后再统一修改尺寸.单一数据库思想：单一数据库思想就是在装配途中所用到的所有零件,都可以随意修改,而最终的装配图也会随着修改而更新.1.4 ANSYS软件简介1.4.1 ANSYS软件功能介绍ANSYS软件应用范围广而且功能强大,其主窗口主要由五

26、个局部组成,分 别为：(1) Utility 菜单这局部菜单主要通过ANSYS相关功能组件其作用,比方文件限制、参数选择、图像参数限制及参数输入等.(2) InputWindows (命令输入窗口)命令输入窗口 (也称为命令栏)显示程序提示信息并允许用户直接输入命令,简化分析过程.(3) Toolbar (工具栏)工具栏主要由单击按钮组成,这些按钮都是 ANSYS中非常常用命令.用户可以 根据自己工作类型定义自己的工具栏以提升分析效率.(4) MainMenu (主菜单)主菜单包括了 ANSYS最主要的功能,分为前处理器(Preprocessor).求解器(Solution) > 通用后

27、处理器(GeneralPostprocessor)设计优化(DesignOptimizer).(5) GraphicWindows (图形窗 口)图形窗口显示分析过程的图形,在图形窗口中实现图形的选取.在这里可以看到 实体建模各个过程的图形并观察到随后分析的结果.1.4.2 ANSYS软件的主要功能和用途ANASYS是一种综合性的CAE有限元分析软件,在各个行业中都被广泛应 用.其根本功能可分为：(1)结构静力分析：结构静力分析主要是处理一些对结构响应影响不明显 的问题；(2)结构动力学分析：结构动力学分析主要用于求解随时间变化的载荷对 结构产生的影响,与静力学分析不同的是,这个过程需要注意载

28、荷的变化和惯性 等影响；(3)结构非线性分析：结构非线性分析包括材料非线性分析、几何非线性 分析和单元非线性分析,是结构的非线性导致结构或部件的响应随载荷不成比例 的变化关系.除了上述功能之外还有一些其他的根本功能,在此不做介绍.本课题主要是利用有限元软件对拖拉机液压悬挂机构进行有限元分析,并得出相应的结果.本章内容主要介绍了 PROE和ANSYS两个软件的主要开展过程、用途、使 用方法等等一系列关于这两个软件的介绍.2液压悬挂系统2.1 液压系统的类型2.1.1 分置式液压系统油泵、油缸、分配器和油箱不是安装在拖拉机的同一位置上,他们之间用油 管连接.具有布置灵活、保养检修方便、液压元件易于

29、实现标准化等优点.但是, 由于各元件分开安装,管路较多、较长,外漏的时机增加.典型应用有：东方红一802、铁牛 55C/600L分置式液压系统中都采用容积式齿轮油泵,根据技术性能的不同分为CB46、 CB32、CB10等型号数字表示每转理论供油量,单位是 厘米3/转.这些油 泵的结构相似,大局部零件是可以通用的.这种油泵和其他类型的油泵相比拟, 具有结构简单、体积小、使用可靠、耐久、设有轴向间隙自动补偿装置、不需要 专门润滑、维护修理方便等优点.因此,被广泛应用在拖拉机的液压系统中.如 图2.1.a所示2.1.2 半分置式液压系统半分置式液压系统是相对于整体式和分置式液压系统来说的.在半分置式

30、液压系统中,除油泵单独布置外,其他液压元件油缸、分配器和操纵机构都安 装在后桥壳上,使用传动箱中的油液.半分置式液压系统具有管路短,工作可靠, 性能比拟完整,便于实现力的调节等优点,所以广泛应用于中小马力的拖拉机上.代表应用有：铁牛650、东风50半分置式液压系统液压系统中,大局部采用的是CB3系列齿轮油泵.由于齿轮模数为3,所以称之为3系列齿轮油泵.3系列齿轮油泵根据排量的不同分 为CB306、CB310、CB314三种规格,这三种规格的齿轮泵,它们的大局部零件 是通用的.由于3系列齿轮油泵具有结构简单、体积小、重量轻、性能良好、使 用可靠、制造和维修方便等特点,所以得到了广泛的应用.图 2

31、.1.b所示2.1.3 整体式液压系统整体式液压系统将油泵、油缸和分配器等全部液压元件以及操纵机构都安装在后桥壳内.所有工作用油都是传动箱中的齿轮油. 整体式液压系统的特点是结 构紧凑,系统管路短,工作较可靠.但是,结构复杂,拆装不方便,液压元件无 法通用,不易于标准化,在拖拉机上的布置受到限制.代表应用有：上海50、丰收35图2.1.c所示a.分置式b.半分置式c.整体式1.油缸2.分配器3.油泵4.油箱5.提升器6.油泵图2.1拖拉机液压系统分类小结：本章的主要内容是介绍目前主要应用在拖拉机上的液压系统.并介绍出这三个系统的主要应用对象和优点等等2.2 液压悬挂装置的使用2.2.1 液压系

32、统的用油分置式液压系统均有独立油箱,用以加注液压油.具有结构简单、体积小、 使用可靠、耐久、设有轴向间隙自动补偿装置、不需要专门润滑、维护修理方便 等优点.半分置式液压系统一般与传动箱润滑油共用,加注柴油机油,具有结构简单、体积小、重量轻、性能良好、使用可靠、制造和维修方便等特点.整体式 液压系统采用齿轮油,要注意检查油面高度,保持液压油清洁,定期清洗滤清器, 具有结构紧凑,系统管路短,工作较可靠等优点.2.2.2 油泵的结合分置式液压系统：在发动机起动前将油泵接合装置的手柄扳到结合位置,半分置式、整体式：应别离离合器,扳动接合套使动力与油泵轴接合.2.2.3 操纵手柄位置的选用分置式液压系统

33、分为提升、中立、压降和浮动四个工作档位.压降档位只能 在将工作部件强制压进土中的时候使用,进入以后要换到浮动档位,在作业时不 能用中立档位.不可以将手柄强制固定在提升档位,以免对对系统造成损坏.半分置式液压系统分为力调节和位调节两个操作手柄, 在其中一个被使用时 另一个必须要固定；在悬挂农具作短距离运输时,应将下降速度调节阀手轮拧到 底.整体式液压系统在牵引作业时,应将力、位调节手柄置固定在扇形板下方并 锁定.在悬挂农具运输时需调节位置调节手柄于最高位,力调节手柄于最低位； 在田间作业时,力调节手柄固定在所需的耕深位置； 位调节手柄的主要作用是调 节作业机具的升降速度；用液压输出作业时,将力调

34、节手柄置于最上位置,位调 节置于反响限制区段的任意位置.本章节的主要内容是介绍液压系统的使用方法：是否有独立的液压油箱、液 压系统于拖拉机机体的连接方法和液压操作手柄的位置确实定等. 从而确定液压 系统与拖拉机机体的连接方法.2.3 液压悬挂装置的功用与类型液压悬挂系统是利用液体压力来维持农具运动的悬挂装置,还可以输出液压功率.悬挂式连接还可以改变拖拉机的受力状态,有利于改善拖拉机的牵引性能. 当今世界,液压悬挂系统已成为拖拉机不可缺少的组成局部.2.3.1 液压悬挂装置的功用与组成 液压悬挂装置的功用1 .连接和牵引农机具；2 .操纵农机具的升降；3 .限制农机具的耕作深度或提

35、升高度；4 .给拖拉机驱动轮增重,改善附着性能；5,输出液压能液压悬挂系统的组成(1)液压系统：提升农机具的动力装置.由液压泵、油缸、分配器等液压元件 和附属装置组成.(2)操纵机构：用来操纵分配器的主限制阀,限制油流的方向.由手柄操纵机 构和自动限制机构两局部组成.(3)悬挂机构：连接农具,传递液压升降力和拖拉机对农具的牵引力,并保持 农具的正确工作位置.悬挂装置又分为两点悬挂装置和三点悬挂装置两种.两点悬挂：悬挂机构以二个较接点与拖拉机机体联结；三点悬挂：悬挂机构以三个较接点与拖拉机机体 联结.1,提升轴2,提升臂3.上拉杆4.提升杆5,下拉杆悬挂机构分类图悬挂机构通过杆件来

36、连接、牵引和升降农具.按农具悬挂在拖拉机上的位置 不同,可分为前悬挂、侧悬挂与后悬挂三种.前悬挂用于连接在拖拉机前方的农 具,如推土铲.侧悬挂机构连接在拖拉机的侧面,如割草机.但目前大局部农具 都采用后悬挂的方式.本文主要分析对象为三点悬挂机构,农具通过上拉杆和下 拉杆后端的三个球较链挂在拖拉机的后部,上、下拉杆前端的三个球钱链那么与拖 拉机机体相连接,这种悬挂机构称为“三点悬挂,这三个较接点组成的三角形 称为悬挂三角形.本章的主要内容是对悬挂机构组成和主要功能的介绍. 悬挂机构可以分为前 悬挂机构和后悬挂机构,大局部拖拉机应用的是后悬挂机构. 后悬挂又分为两点 悬挂和三点悬挂两种.本文主要研

37、究对象是三点悬挂.3悬挂机构受力分析与实体建模3.1悬挂机构力学分析通过对拖拉机悬挂机构进行运动分析和受力分析,确定拖拉机悬挂机构各杆 件之间的传动情况以及受力情况,结合对液压系统的分析,建立出相应杆件的数 学模型,为拖拉机悬挂机构的有限元法分析提供理论根底, 结合相应的数据进行 力学方面和运动学方面的相关计算,得出相应的结果.拖拉机悬挂机构为空间杆件机构,为了研究方便,将拖拉机悬挂机构简化为如图 (3.1-1 )的平面杆件结构,对其进行运动分析从而确定各杆件之间的运动关系.在适当的时候将拖拉机悬挂机构平面杆件机构进行拆分,逐步进行静力学和运动学分析,并逐一进行计算,得到想要的结果,为以后的工

38、作打下良好的根底.图3.1-1拖拉机悬挂机构及犁架简图图3.1-2上拉杆、下拉杆、犁架、机架四杆机构简图上拉杆、下拉杆、犁架、机架四杆机构简化如图(3.1-2).a A为上拉杆与 垂直线之间的夹角；8为犁架的旋转角度；.为犁架重心和钱链C连线与垂直线 之间的夹角.犁架运动简图如图(3.1-3),取坐标原点位于下连接点 B的垂线与地面的 交点处,y轴正向向上,x轴正向水平向右,设下悬挂点和重心坐标分别为： C xc', yc' ,P(xp,yp)0农具受力简图如图3.1-4,设外力的作用点R与C点距离Lcr,小为力作 用线与x轴夹角,Rd为上拉杆受力,Lex为下悬挂点受力在x轴方

39、向上的分力, Ley为下悬挂点受力在y轴方向上的分力,Rw为土壤作用力,Vd为农具在垂直 面上的动态阻尼力.提升臂、提升杆、下拉杆及机体四杆机构简图如图3.1-5GF为提升臂与水平线之间的夹角；F为提升臂与提升杆之间的夹角；E为提升杆与下拉杆之间的夹角；B为下拉杆与水平线之间的夹角.下拉杆受力简图如图3.1-6.Re为提升杆受力；Lbx为下连接点在x轴方向的分力；LBy为下连接点在y轴方向的分力.!_ a 一0加T j'|LX,X ?Il图3.1-6下拉杆受力简图图3.1-5提升臂、提升杆、下拉杆及机体四杆 机构简图对B点、E点、C点分别取距,那么:cy cos BLcxSin B(3

40、-1)RE工LL BxLCxRE 8s e B (3-2l_ByRE SinELcy (3-3)选用如下结构参数对悬挂机构进行静力学分析：提升臂长度LGF=0.39m；提升臂Lgk段长度LGK=0.18m；提升杆长度LEF=1.29m； 上拉杆的长度LAD=1.17m；下拉杆长度LBC=1.38m；下拉杆Lbe段长度LBE=0.72m； 犁架高度LcD=0.93m；拖拉机上连接点与下连接点之间的水平距离bAB=0.225m；在稳定点附近,提升臂与水平线夹角gf =80;提升臂和提升杆的夹角f=135.;提升杆和下拉杆的夹角e =65 ;下拉杆与水平线的夹角b =10 ;上拉杆与重锤线夹角A =

41、75°五锤犁质量为525kg；犁具较接点C至外力作用线的垂直距离 lR=0.45m； 土壤对犁具的作用力的合力设定 Rw=15000N; Vd=1000N;作用线与 水平线的夹角小=15°五锤犁犁架转角8=20；犁架重心P点至下拉杆C点的距 离LCP=1.2m； C点至五锤犁重心的水平距离 xCD=1.275m； C点至五锤犁外力作 用点R的距离lCR=0.6m；设定犁具上较接点D的作用力合力与水平线夹角15° 犁的重心与下拉杆较接点C的水平距离XLD=0.9m；犁架重心P点至C点的距离 l CP=1.2m； 0i=50 o如图3.1-4,针对犁架,对C点取距可得

42、：RdLcd cos sin A cos A sin(3-4)RwCOSIr WlcpSin 1RwSinXld VdXld对C点X轴方向和Y轴方向力求和可得:LcxRwcosRD cos A(3-5)%EsinWRDSin a RCVLCX Lcy(37)(3-/J如图3.1-5提升臂、提升杆、下拉杆及机体四杆机构简图,对 B点取距可得:RE LBE sinELbc Lcy cos BLcx sin B(3-8)RE Lcy cos BLBE sinE把悬挂机构上拉杆、提升杆简化为二力杆,如图 图,可求得：Ra Rd2095N,ReLcx sin b(3-9)3.1-1拖拉机悬挂机构及犁架简

43、RF (3-10)根据图3.1-1,对B点X轴方向和Y轴方向求力平衡,可求得:LBxLcx Re cos EB (3-11)LByRE sin E BRB LBXLBYLcy (3-(3-13)根据图3.1-1,对G点求力矩,可得:RK Lgk sin GFRF LGFsin 180F(3-14)RKRFLGFsin180FLGK sin GF(3-15)根据图3.1-1,对G点X轴方向和Y轴方向求力平衡,可得:RGx RF cos 180 FGF(3-16)RGyRF sin 180 FGF(3-17)RG总RGy(3-18)悬挂机构中较接点A、B、C、D、E、F、G钱链中的摩擦力矩的计算

44、取金属平面的摩擦系数f=0.12.那么fv 1.27f 1.27 0.12 0.152 经测量较接点中连接销的半径rB 0.020m ,其余为rx 0.030m由公式Mxf f Rx rx可得各较接点的摩擦力矩MAffV RArA(3-20)fV RB rB ,、V 旭 B (3-21)fv RC rC ,、V V C (3-22)fVRDD(3-23)fVRErE (3-24)fVRFrF (3-25),出必3-263.2构建悬挂机构三维模型绘制三维模型是为了使部件更真实的呈现在眼前,能更清楚的对部件进行观 察.对拖拉机悬挂机构进行三维模型的建造, 将复杂的局部进行简化,将整体的 不易绘制的

45、局部进行拆卸,各个部件逐一绘制三维模型,然后再将各部件装配成 一个整体.使之成为整体的拖拉机悬挂机构.本文主要运用PROE软件进行三维 模型图的绘制工作.现将主要部件单个逐一绘制出来,然后在PROE软件中进行 装配,使之成为一个整体.3.2.1 悬挂机构提升臂悬挂机构提升臂为整个系统提供动力, 与提升杆相连.悬挂机构提升臂是由 液压缸提供动力来驱动的,通过提升臂的上下往复运动来传递动力, 来带动悬挂 机构运动的部件,悬挂机构的运动轨迹是围绕回转轴做非整周往复回转运动的, 一般在与水平线夹角成-15.至+85.范围内做往复运动.提升臂还是连接提升杆的 部件,使提升杆也能运动起来.如图3.2-1图

46、3.2-1提升臂3.2.2 悬挂机构左提升杆和右提升杆在运用PROE软件进行三维建模时,对拖拉机悬挂机构的提升杆进行了简 化,在保证不影响整体运作的情况下, 使左右提升杆的尺寸的数据保持一致, 便 于三维建模绘制和组装,进行仿真.提升杆是用来连接提升臂和下拉杆的唯一部 件,使整个系统连接在一起,传递提升臂输出的动力,使整个系统都能运动起来. 提升杆还能固定提升臂和下拉杆的位置,使它们固定在应在的位置上而不左右晃 动.如图3.2-23.2.3 悬挂机构下拉杆在实际中,下拉杆使用球较与机体较接,这样可以方便调节两个下拉杆之间 的角度,在对下拉杆进行三维建模时,给予简化,建立与圆柱销相配合的圆柱销

47、孔.下拉杆通过提升杆与提升臂相连接, 使其能传递液压缸提供的动能, 从而实 现整体的运动.在连接的地方,由于球校与机体较接很难绘制, 所以简化为圆柱 销连接,降低了绘制难度.如图3.2-3图3.2-3 下拉杆图3.2-4侧向调节杆3.2.4 悬挂机构侧向调节杆悬挂机构的侧向调节杆,使用球较与机体较接,通过调节其长度,到达调节 两个下拉杆角度的目的.由于侧向调节杆的主要作用是调节两个下拉杆之间的角 度,在动力的传递过程中没有太大作用,所以在三维建模时对其进行简化处理, 略去了其长度调节部件,保存其杆件特征,在最后装配图中没有将其表示出来.如图(3.2-4)3.2.5 悬挂机构上拉杆悬挂机构上拉杆

48、,在悬挂机构提升臂做旋转运动时,悬挂机构上拉杆主要就 是固定和辅助农用机具的运动,起到辅助犁架运动的作用,实际工作中可以在 X-Y平面和Y-Z平面内摆动,大幅度的调整犁架的位置.对悬挂机构上拉杆进行 三维建模时进行了简化处理,省略去了可以实现其双面摆动的中间部件,仅保存其杆件特征,对其进行建立三维模型.在最后的有限元分析中也要将上拉杆进行 分析,得到的数据也是对拖拉机悬挂机构进行优化的重要依据.如图(3.2-5)图3.2-5上拉杆图3.2-6机架3.2.6 悬挂机构机架拖拉机悬挂机构机架就是拖拉机悬挂机构与拖拉机尾部相较接的部件,在对悬挂机构机架进行三维建模时,对其进行了简化处理,我把拖拉机机

49、体简化成具有固定较接点的单板机架,注重其较接点空间相对位置,对其进行三维模型的建立.我在将拖拉机机体进行简化的同时将各个较接点做了相应位置的一一对应,保证了最后的整体性和协调性.同时进行简化的还有各个较接点的简化, 将所有 的球钱都简化成圆柱销较接,大大简化了绘图工作和装配工作的难度.如图3.2-63.2.7 悬挂机构的销轴拖拉机悬挂机构的销轴,大局部为球钱,为了对悬挂机构销轴进行三维建模 时更加方便、简介,我对其进行了简化工作,提升了效率,在构建三维模型时, 将所有的球较全部简化为圆柱销轴.在本文中我将销轴简化成了三种不同的圆柱 销.如图3.2-7为直径30mm的销,是连接下拉杆和机架用的.

50、图3.2-8和图3.2-9 那么为直径为50mm的销,可是图3.2-8和图3.2-9两个销的柱头是不一样的.图 3.2-8是连接上拉杆和机架用的,图 3.2-8还用来连接提升臂和提升杆.图 3.2-9 是用来连接提升杆和下拉杆的.如图3.2-7、3.2-8、3.2-9图8.2-7销轴图8.2-8销轴图8.2-9销轴3.2.8 悬挂机构整体组装图及约束图建立悬挂机构三维模型完成后,对构建的简化模型进行组装,将绘制的各个 零部件进行组装,使它们成为一个整体,成为一个整个的拖拉机悬挂机构.如图3.2-10 然后对悬挂机构的各部件逐一添加与实际工作相互匹配的约束条件. 于是,得到拖拉机的整体三维模型和

51、运动约束模型.这个仿真模型便可以满足悬 挂机构的各种运动,满足了通过对拖拉机悬挂机构进行构建模型来加深对整个悬 挂机构工作的了解的目的,并且可以观察整个悬挂机构的运动状态. 最后,绘制 的三维模型图导入ANSY冲进行有限元分析.图3.2-10拖拉机悬挂机构组装图图3.2-11拖拉机悬挂机构运动约束图图3.2-11为拖拉机悬挂机构运动约束图,这就是将组装好的拖拉机悬挂机 构的各个运动部件进行约束的添加.使其可以根据现实生活中一样根据规定的运 动轨迹进行往复运动.便于对悬挂机构的深入研究,使人们就算不看到真实的机 构也能知道它的具体工作方式和运动等等.本章的主要内容是多拖拉机悬挂机构进行静力学分析

52、和运用PRO取件对其进行三维简化模型的创立.悬挂机构本来是三维杆件,我将其简化为平面杆件, 并根据用途对其进行合理的拆分,在对主要的受力杆件进行相应的力学方向的分 析.然后,利用PROEM件对其进行三维简化模型的创立,绘制出单个零件的模 型简图,然后再将它们装配成一个整体的悬挂机构,并对其加载运动约束.4对悬挂机构主要杆件的有限元分析4.1 有限元分析步骤在本文中,我们主要是对拖拉机悬挂机构的主要杆件进行分析,然后对结构 的优化提出建议.在ANSYS中进行有限元分析的主要步骤如下：图 4.1-14.2 主要杆件的有限元分析我们将需要分析的杆件利用 Pro/e建模后导入ANSYS软件中,进行相关

53、的 分析.一些简单的零件也可以直接用 ANSYS软件直接创立三维模型,这样就可 以防止通过导入而引起的模型的变形.4.2.1 对下拉杆有限元分析将悬挂机构下拉杆三维模型导入 ANSYS软件中,对其进行有限元分析,然后给出优化建议1、定义单元类型根据下拉杆的特点和用途,本文将下拉杆定义为Solid 45.2、定义材料性质根据分析杆件的材料,选定弹性模量 EX为2e11,泊松比为0.25.在本文中 忽略惯性力对杆件所产生的影响.3、将三维简模导入ANSYS中使用Pro/E软件进行建模,然后将杆件模型保存为IGS模式,将其导入ANSYS软件中,如图4.2-1图4.2-1下拉杆图4.2-2下拉杆网格划

54、分模型4、实体网格划分为后续工作的进行,现将下拉杆模型进行网格划分,采用的方法为Smart Size 法.划分后的模型如图4.2-25、对模型施加约束、载荷根据下拉杆的实际工作情况对其进行约束和载荷的加载.本文主要对下拉杆加载了自由度载荷和面载荷,载荷大小根据前面的力学分析结果来确定.如图(4.2-3)、 (4.2-4)、 (4.2-5)fjm a图4.2-3下拉杆自由度载荷'MMB -«b > K.M.V- Tin *-RlW I 唯T aN -Ihs iriFBiiitwiilBm #<EWC'l¥l«riE.V t, Mil H

55、l WFV!|qH«hH| h g VHFfWli Wtvlit B <lLt iiTa J Ly«. mJ Lb. A» Ll«i>i-a*H+94Eh* amhu La b * r=三M三 if* 图4.2-4下拉杆面载荷6、求解利用ANSYS软件内部所提供的方法进行求解.本文选用的方法是 CurrentLS方法.如图4.2-6图4.2-5下拉杆图4.2-6下拉杆解7、后处理求解后,对杆件进行后处理,查看所得的结果是否正确.ANSYS根据问题的不同为使用者提供了通用后处理器和时间-历程后处理器两种后处理方法.本 文中采用通用后处理器的处理

56、方法.下列图就是下拉杆受力变形后形状与变形前轮廓如图4.2-7和位移矢量之和如图4.2-8图4.2-7下拉杆受力变形后形状与变形前轮 廓图4.2-8下拉杆位移矢量之和对下拉杆的受力情况,来判断杆件的塑性形变情况,通过对下拉杆的等效应 力与应变进行分析,给出建议.等效应力与等效应变云图如图4.2-9 、4.2-10 图4.2-9下拉杆等效应力云图图4.2-10下拉杆等效应变云图如图4.2-9、4.2-10,可知,在利用第三章给出的参数获得的作用力 进行有限元分析后,最大应力区域在B点附近,最大应力值为185338MPa,最小应力值区域为E点附近,最小应力值为152.17MPa；最大应变区域在B点附 近,最大应变值为0.985E-06,最小应变值区域在E点附近,最小应变值为 0.176E-08.针对上述得到的数据可以得出结论,点 B为易损点,点B附近形变量较大. 由于在建模过程中,对下拉杆进行了简化,所以在应力最大点处的应力值会比实 际大得多,而下拉杆的大局部区域应力值较小,最小值为152.