基于设计FMEA的矿用车桥壳有限元分析
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法 ，在设 计 初 始及 过程 中不断 改 进 ，并 通过 后期 的 试 验和 批 量生 产 ，反 过来 反映 设 计过 程 是 否合理 ，并促 使 设计 工
程 师／小组 不 断 总 结经 验 ，使设 计 工 作形 成 一 定的 规 范 ， 从而避 免 了批量 生产 后的不 必要 浪费 。下 面将 用４ ｔ 用车 ０矿 桥 壳 的设 计过 程 来举 例 说 明这 方 面 的经 验 。 在 设 计 的 初 始 以及 过 程 中 ，应 充 分 采 用设 计 Ｆ Ｍ ＥＡ 表 ，确 定潜 在 的失 效模 式 及其 后 果 。根 据 以往 的设 计 经验 及教 训 ，通 过桥 壳 总成的设 计Ｆ Ａ表 （ １ 可 以判断 潜在 ＭＥ 表 ） 失效 模式 为 桥壳 断 裂 、桥 壳弯 曲 、轴 头 断裂 等 ，桥 壳 总成 的 断裂 造 成车 辆 无法 行 驶 ，对 整 个 系统 的危 害最 大 。 表 １ 桥 壳总成设计 Ｆ Ａ ＭＥ
直ｔ， 蕾 位’＾● ＊ ｎ ｌ 一 ■ 事
ｊ蠢 ＊ ｎ ■ ＊ ＊● ＾量
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及 其 他 原 因 造 成 桥 壳 总 成 的 早 期 失 效 ，这 时 可 运 用 ＡＮＳ ＹＳ
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Ｗ 行 有限 元 分析 计 算 ，其 数 学建 模分 析 准确 度 已经 在 Ｂ进
●ｌ 走 ｌ
鼻霄一 ■ 一 ・ “ 谴毒一 ｔ ● ● ■ ●
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般 情 况下 ，经典 理论 计 算 无法 考 虑应 力 集 中情况 以
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抗 弯 模 量
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图 １ 危险截 面示意 图
根 据 弯矩 图 （ ） 图２ 和危 险截 面的 抗弯模 量 ，可以计 算 出
危 险截 面处 的 应力 （ 表２） 。
Ｉ Ⅱ ｍ Ｉ Ｖ
＼ ＼
图 ２ 弯 矩 图
表 ２ 危险截面处 的应力
截面 Ｉ 截面 Ⅱ 截面 Ⅲ 截 面 Ⅳ
划 分 规 格 截面 Ｉ 应力 截 面 Ⅱ应力 截面 Ⅲ应 力 截 面Ⅳ应 力
理 论 计 算 ｌ ９． ６ ３
８ ｍ ａ ｒ ５ ｍ ａ ｒ ２ ２． ７ ６ ３ ５． ５ ７ ３ ２． ５ ２
ｌ６． ９ ９
２ １． ７ ６ ２８ ９ ９． ２ ６． ９ ４
图 ３ 边界条件的设定 初步设 定单元大小 ，考虑计 算的工作量 ，需细化 危险截 面位置 单元及 单元类型 。桥壳总成 主要零 部件 以６ 体单元 面
划分 网格 ，Ｅｅ ｎ ｉｅ １ｍｍ ，危 险 截面 处 Ｅｅ ｎ ｉｅ ｌ ｍｅ ｔｓ 为 ０ ｚ ｌｍｅ ｔｓ 为 ｚ
５ ｍｍ，划分后的节点数 目为７ ０ ９ ，单元数为２ 【 ３ （ ） ３８ １ ｌ４ ２ 图４ 。 ） 图 ７ 危 险截 面处的应 力分布情况
弯
矩
５ ００ ４ ０
３９ ｌ
ｌ９ ３ ６ ．
ｌ０ ０ ８０ ０
９４ ｌ
１ ６． ９ ９
２ ５ ０ ２００
１ ｌ ３４
１ １２ ７ ．
２７０ ９ ５０
１ ７ ７ｌ
１８Ｏ ６ ．
珏世 ． 量Ｊ 皂臼
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Ⅲ
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『
２ｔ ５ 矿用 车桥壳 总成 （ 已批量 生产 且投 入市场 后表现 良好 ） 的
设 计 中得 到 了验 证 。按 额 定载 荷 的 ２． 倍 载 荷加 载 ，边 界 ５
条 件 设 定 为 单 边 ５ ０ ０ Ｎ ，一 端 固 定 支 撑 ，一 端 为 铰 接 支 ０ ００
格 。因此 ，在 危险截 面处 采用单元 ５ ｍ和单 元３ ａ ｒ ｍｍ再进 行 两次划分 ，然 后 比较 三次 分析 结果 （ ３ ，确定 分析 的应 力 表 ）
是否 合理 、是否 满 足设 计 要求 。
况 （ ） 危险 截面 应力分 布情 况 （ 图５ 和 图６） 。
表 ３ 危险截 面对 比情况
在 网格划 分 过程 中 ，对关 键部 分进 行 网格加 密 ，执 行
后 得 到 的 危 险 区 域 应 再 利 用 两 倍 左 右 的 网 格 重 新 分 析 并 比
。
新
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较 结果 。如 果结 果近 似 ，则 网格足 够 ，否则 应继续 细化 网
图 ４ 网格划分
通 过 Ａｎ ｙ Ｗ Ｂ静 态 的 应 力 分 析 ，得 到 总 应 力 分 布 情 ｓｓ
撑（ 图３） 。
２ １ ． ．Ｈ ０ ０ ５ ＥＡＶ 设 计理 论 ，可 以初 步判 断 桥壳 总
成 的危险 截面 共 有４ （ １ 。 处 图 ）
Ｑ ｉ ｉ ｃｈｅｉ ｈｎ ｓ
桥壳 最大应 力为２ １ ６ ａ 图７ 。 ７ ．Ｍｐ （ ）
‘ 桥作为汽车零部件四大总成之一，其作用是传递扭
－Ｉ矩、承受整体载荷等。而矿用车桥壳总成作为车桥承 ．
ｌ卜载的主要部 设计时要充分考虑到其使用环 ｌＩ ＇ 件， 境的
情况。 在 桥壳 总成设 计初 期 ，充 分运 用设 计 Ｆ ＭＥＡ（ 潜在 设计 失效 措施 及后 果分 析） ，结合 经典设 计 理论 和有 限元 分析 方
程 师／小组 不 断 总 结经 验 ，使设 计 工 作形 成 一 定的 规 范 ， 从而避 免 了批量 生产 后的不 必要 浪费 。下 面将 用４ ｔ 用车 ０矿 桥 壳 的设 计过 程 来举 例 说 明这 方 面 的经 验 。 在 设 计 的 初 始 以及 过 程 中 ，应 充 分 采 用设 计 Ｆ Ｍ ＥＡ 表 ，确 定潜 在 的失 效模 式 及其 后 果 。根 据 以往 的设 计 经验 及教 训 ，通 过桥 壳 总成的设 计Ｆ Ａ表 （ １ 可 以判断 潜在 ＭＥ 表 ） 失效 模式 为 桥壳 断 裂 、桥 壳弯 曲 、轴 头 断裂 等 ，桥 壳 总成 的 断裂 造 成车 辆 无法 行 驶 ，对 整 个 系统 的危 害最 大 。 表 １ 桥 壳总成设计 Ｆ Ａ ＭＥ
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图 ２ 弯 矩 图
表 ２ 危险截面处 的应力
截面 Ｉ 截面 Ⅱ 截面 Ⅲ 截 面 Ⅳ
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图 ３ 边界条件的设定 初步设 定单元大小 ，考虑计 算的工作量 ，需细化 危险截 面位置 单元及 单元类型 。桥壳总成 主要零 部件 以６ 体单元 面
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表 ３ 危险截 面对 比情况
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图 ４ 网格划分
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２ １ ． ．Ｈ ０ ０ ５ ＥＡＶ 设 计理 论 ，可 以初 步判 断 桥壳 总
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Ｑ ｉ ｉ ｃｈｅｉ ｈｎ ｓ
桥壳 最大应 力为２ １ ６ ａ 图７ 。 ７ ．Ｍｐ （ ）
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ｌ卜载的主要部 设计时要充分考虑到其使用环 ｌＩ ＇ 件， 境的
情况。 在 桥壳 总成设 计初 期 ，充 分运 用设 计 Ｆ ＭＥＡ（ 潜在 设计 失效 措施 及后 果分 析） ，结合 经典设 计 理论 和有 限元 分析 方