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本科生毕业设计（论文）外文翻译

毕业设计（论文）题目：

35型拖拉机变速箱及离合器设计

外文题目：

Developmentofadesignverificationmethodologyincludingstrengthandfatiguelifepredictionforagriculturaltractors

译文题目：

预测农用拖拉机的强度和疲劳寿命的设计验证方法学开发，

学生姓名：

隋可心

专业：

车辆工程1103班

指导教师姓名：

付景顺

评阅日期：

预测农用拖拉机的强度和疲劳寿命的设计验证方法学开发

AtayılKoyuncu&MustafaİlhanGökler&TunaBalkan

摘要在农用拖拉机的操作时，前桥和前桥的支承会遇到的最坏的整个拖拉机的负载条件。

如果设计这些组件不经系统工程验证方法，拖拉机的运行可能遇到突发故障。

本文旨在开发一种验证方法，它涉及对测试农用拖拉机一个特殊的测试道和农业领域合作与计算机辅助工程分析中，为了防止这种故障。

为了这个目的，一个应变计数据采集系统已被设计为在测量的应变值为了确定最大原则组件，强调过载安全的计算农田和压力数据的预测疲劳寿命的径向板的测试道上。

周期压力数据进行疲劳分析由雨流循环计数法建立。

总疲劳损伤的前轴支承计算考虑损伤累积，这一假说由Miner定义。

关键词农用拖拉应变计数据设计验证测试疲劳寿命预测

1引言

农用拖拉机是涉及该类机器根据所谓的“越野”的条件操作的农业拖拉机的主要结构是车轴，前轴支承，底盘，变速器，翻滚保护和平顺系统。

在农业拖拉机行业中，设计拖拉机的组件和系统根据预定的规格和要求完成。

最关键设计准则的组件确定于强度的要求，因为这些部件在的农用拖拉机应用领域高负载。

其中的主要部件，在前轴[1]临界载荷条件，以及前轴支承，这是直接受到负载作用于前轴。

在负载部件，所以要求这些部件不易在农业拖拉机的操作时候失效。

该部件的故障可能发生在两个方面：

一,超载导致对关键的超过受力情况引起的成分或疲劳断裂的位置重复荷载对野外作业虽产生的应力远低于该材料的抗拉强强度。

因此，前轮轴支承件的强度对超载和疲劳都要求必须进行验证。

图1显示了设计验证流程图前轴支承。

2前轴支承线性静态分析

前轴支架的有限元模型通过分析前轴支撑构造采用有限元法。

图2中前轴支承，是用螺栓固定的悬臂结构对前轴底盘和支点。

其中的负荷的情况下作为前轮

拖拉机的前轴支持[2]。

由于农业的自然应用领域拖拉机是具有崎岖的地形特征方面，拖拉机经受高动态负载。

因此，一命名为负载的情况下“3-G装载[2]”也已经采取了考虑到除了前轮反应。

这是在野外作业要求的前轴支持应该抗蚀比大三倍负载拖拉机的前轮反应站在一个平坦的地面。

第三个荷载工况认为3-G负荷作用于一个的拖拉机的前轮。

载荷施加在前轴如图3，其中：

Fxl:

左车轮的纵向车轮力

Fyl:

左车轮侧向车轮力

Fzl:

左车轮垂直车轮力

Fxr:

右车轮的纵向车轮力

Fyr:

右轮外侧车轮力

Fzr:

右车轮垂直车轮力

如图作用于前轴的力。

如图3所示，垂直分力作用在两侧的前轴是根据列于表1选择的三种负载情况。

MSC/Nastran®和PATRAN®，通用的有限元素分析软件包，已在使用的在这项研究中立体几何一起。

元模型网格示于图4，一直使用固体四面体元素创建。

前轴支架设计是灰铸铁[3]。

用于解决有限元的目的模型，弹性和模量泊松值需要比率。

因为对于灰口铸铁是脆性其金相组织，评价已经做考虑的最大应力准则，这指出发生故障时的最大主时应力达到任一材料的抗张强度或压缩强度。

最大主应力结果每个负载的情况下示于图5，第6和7。

可以说，最大主应力值具有已发现对前轴支撑件的相同的节点每个荷载工况。

当比较的最大用的材料的抗拉强度原理应力值GG-25，它是250兆帕，最关键的负载的情况下是3-G装上一面。

3实验验证

为了验证前轴的FE分析的结果支持体，实验关联已经做了对FE负载情况下的分析结果为“在一个3克装一面“为前轴支持。

负载情况下已经模拟在前轴支撑测试单元，其示于图8。

前轴光束已被装在一侧由2加载活塞模拟的负载情况支持。

的最大主应变在一定的位置静载荷下已经测量，对于不同的负载电平为有限元相关性的目的。

由于有关的最大主应力值有限元分析的三种负载情况下，结果是在前轴的支持，HBM的圆角确定RY81-3/350[4]花环计已安装在靠近该位置，这示于图9。

原则应力的结果，包括最大主应力（σmax）和最小主应力（σmin）已经被计算从测量应变，ε1，ε2和ε3，为三座计中所示网格

表2示出了相关结果。

最大所计算的和所测量的差最大主应力在所有的负载输入有被发现是7.7％。

应力的百分误差结果所有负载值是工程精度范围内。

这个小的差异表明，一个良好的相关性有发现通过考虑所有可能的制造和实验误差。

由于有限元分析结果和测试结果被彼此接近，则可以说，对FE分析方法是测定应变的可靠方法前轴支持部分计的位置。

4现场测试

实地测量有设计的重要性对于前轴支持验证过程判定对临界发生的局部的应力组件的两侧。

以这种方式，过载安全前轴支撑的因子可以被确定就在实际工作条件下测得的应变。

实地测量已在Sincan已经完成，安卡拉，在农业领域，其中的土壤类型是粘土，因为土耳其的农田的60％粘质土组成的[6]。

在测量过程中，该应变计的数据采集系统，该系统的布局示于图10，有被使用。

莲座计网格被连接到国家Instruments®（NI）SCC-SG02渠道应变模块[7]，它位于NISC-2345载体[8]。

在SC-2345载体连接到NIDAQCard6024E[9]使用SHC68-68-EP电缆。

该DAQCard6024E嵌合的PCMCIA插槽膝上型计算机。

应变测量三个花环计信道和所计算出的主应力的结果，包括驾驶拖拉机在球场上和驾驶而犁在4和8公里/小时的速度示于图11，12，13，14，15，16，17和18。

莲座计已安装在靠近的确切临界点。

它可以从的结果可以指出有限元分析中的测量点，低级压力的结果已经预料。

因此，测量结果已被通过一个因子来调整。

这个因素，在这种情况下，已确定将所述有限元素分析结果为点，它具有最大主应力值，由压力导致的点，其中所述测量已经完成。

调整系数（C）可被选择为2考虑中的最大值，它等于1.9，在表3.从计算出的最大主应力测定菌株已乘以调整因子，以获得经调整的最大值原理应力，这是为精确估计应力值临界点。

安全系数的值，这表示在表4中，可以通过将所述调整计算已被记录在的最大应力值由该材料的抗张强度值不同的操作（即250兆帕）。

很显然，讲于测量点，当考虑到材料的机械性能，是下面材料的安全压力。

所请求的超载安全对于前轴支撑因子是4.5。

计算出的安全系数的值的字段操作比所请求的安全系数更高。

因此，可以得出结论，前轴支撑设计根据过载状况是安全的。

然而，这是众所周知，这部分体验场下的动态负载操作。

因此，需要评估的设计对疲劳失效。

5疲劳寿命预测

有几种方法来预测拖拉机组件疲劳寿命。

最简单的想法是测试农用拖拉机所确定的领域通过驱动达指定公里，以完成其寿命。

虽然测试拖拉机上的字段是简单，该方法是费时和昂贵的。

第二种方法是使一个实验室试验用从拖拉机工作的领域获得的真实数据。

第三种方法是测试的拖拉机上的一个特殊的测试轨道。

在这样的持续时间可以在减小一定的数额。

在这项研究中的径向板测试道，这是验证构建Erkunt农业机械拖拉机的耐久性能，已被使用。

的轨迹的示意图示于图19。

径向板轨道被设计为匹配拖拉机的寿命期间产生的疲劳损伤通过模拟压缩测试周期。

这个测试赛道有已构建了12阻碍，6其中有为100毫米（A）和剩余的高度有50毫米（B）的高度。

的目标是实现充分百万次循环而不在车辆的主要组件的任何裂纹。

测试拖拉机具有被驱动33天拖拉机7公里/小时的速度才能达到100万次的径向板测试道。

持续时间，即使长时考虑到在汽车市场竞争产业。

然而，获得的应变数据，其可以是用于该部件的疲劳寿命预测，降低了测试的持续时间。

由于测试赛道重复本身在每个周期中，测试时间可以从降低百万个周期1个周期，并且将所获取的测试数据具有被重复百万次疲劳寿命分析。

所获取的应变数据，这些数据示于图20，如预计，具有局部峰值，而车轮穿越过去的障碍。

FEMFAT®，这对FEMFAT®-应变模块在计算应变计的疲劳特性的应用根据测得的应变-时间历程的真实结构，已被用于该研究。

复杂的负荷和施加该原则强调的方向正在发生变化永久前轴的支持。

因此，经典的损害标准最高原则应力或vonMises应力是不适用多轴疲劳分析。

对于非比例载荷与旋转主应力多轴应力状态方向，关键的飞机的标准是一种广泛应和普遍接受的概念。

其原理是相当简单：

通常在每个平面一个雨流计数应力历史被执行。

所得应力幅可以使用拉伸/压缩S-N曲线一起使用对于部分赔偿的计算和线性求和根据Palmgren/Miner。

最大的飞机损伤被认为是关键的[10]。

如图1所示的应力循环21已建立在FEMFAT®由雨流循环计数法[11]。

每一应力循环是由一个振幅应力的和平均应力。

FEMFAT®-应变程序计算一个伤害值对于每个应力循环具有的被确定的雨流循环计数算法为板测试道。

疲劳寿命在这项研究中的预测是基于的影响的步骤因素失败的标准。

的S/N图的材料，它是示于图中。

22，是主要从缺口的影响，平均应力，表面粗糙度，硬化和回火和技术状态治疗面[12]。

的S/N的纵坐标图被称为应力振幅，并且该幅值必须始终伴随着周期N至数它对应。

当使用log-log图，S/N图用耐力应力极限，耐力描述周期的限制和S/N曲线斜率（K）。

耐力压力极限应力幅值为其疲劳寿命去无穷大，并且周期相应的数字是耐力周期的限制

S/N曲线斜率（k）是逆S/N曲线的耐力周期之前的斜率限制。

影响因素的方法的主要目的是根据当地确定这三个参数组件的条件。

下面的影响因素已经被认为是在前轴支架的疲劳寿命预测过程：

-平均应力对耐力应激的影响限制

-平均应力对倾角的影响在S/N曲线

-表面粗糙度对耐力的影响应力极限

-表面粗糙度的上的倾斜的影响在S/N曲线

-表面粗糙度对耐力的影响在S/N曲线的周期的限制

损伤积累的线性假设[13]是几乎所有已知的预测的方法的基础上疲劳寿命的目的工程。

根据本规则适用N1周期与A1应力幅值和如图对应疲劳寿命耐力N1图。

23，相当于消耗疲劳N1/N1阻力。

同样的假设适用于任何后续块负载周期。

如果耐疲劳性完全消耗则发生故障。

图23，这意味着失败的时刻，因为在式3，其被给定为：

如果给定了三块以上，等式变为：

当方程图3和4满足，发生销毁组件。

如果疲劳寿命预测都是用Miner的规则，但是应当认识到，其结果是与规则的可靠性不确定性有关。

如果该规则时，下面的S-N曲线外推推荐疲劳极限，以便分配疲劳损坏的贡献疲劳下面小循环限制。

以下修改原来的矿工规则可以以对付破坏相关联振动应力，谎言超越了效果耐力极限的应力分量S/N的（σEndurance）曲线，其示于图24：

-在基本Miner的规则是：

在S/N曲线与倾角k被延长，直至应力振幅（σA）达到零。

-修改后的Miner的规则，由海巴赫建议[14]如下：

耐力强度倾角为2k°-°1。

疲劳分析已经完成在考虑三个Miner的规则版本。

结果，其示出在表5中，表示最保守的版本是如预计基本规则，下降到零幅度计算的伤害时的结果。

因为损害结果基本Miner的规则小于单位，这是失败的临界值时，可以得出结论，在搓板跟踪的失败组件将不会发生100万次。

6结论

在这项研究中的验证试验已经完成对径向搓板试车跑道模拟压缩测试周期，并上的农业领域，在土耳其，旨在表示真实该产品可以面对世界的情况。

它可以从说明防止过载情况和疲劳的安全系数损害结果的前轴支持将不会在失败拖拉机的使用寿命。

通过实现这些结果，在设计规格为前轴的支持已经满足和设计已经核实有关设计要求。

感谢作者要感谢Erkunt农业机械工业公司为这项研究提供资金。

参考文献

1.MahantyDK,ManoharV,KhomaneBS,NayakS（1995）Analysisandweightreductionofatractor’sfrontaxle.TataConsultancyService,India

2.MSC/WORLD（1994）EichertractorputsFEAtoworkinvalueengineering,volumeIV

3.TGL（TechnischeGüteundLieferbedingungen）（TGL14400）,DIN（GG-25）,Materialdataforcyclicloading,1955

4.StrainGagesandAccessoriesCatalogue,HBM（HottingerBaldwinMesstechnik）GMBH,2005

5.BordenJeffreyW（1997）Staticstressanalysisofindustrialconveyorpulleysusingfiniteelementanalysiswithexperimentalverification.UniversityofLouisville

6.ÇevreEnvanteriDairesiBaşkanlığı（2004）“TürkiyeÇevreAtlası”,T.C.ÇevreveOrmanBakanlığı,

7.NationalInstrumentsCorporation（2004）SCC-SGSeriesstraingagemodules.UserGuide

8.NationalInstrumentsProductsandServices,website:

9.NationalInstrumentsProductsandServices,website:

10.GaierC,DannbauerH（2006）Anefficientcriticalplanemethodforductile,semi-ductileandbrittlematerials.MagnaPowertrain,EngineeringCenterSteyr,Austria

11.MurakamiY（1992）Therainflowmethodinfatigue.TheTatsuoEndoMemorialVolume

12.FEMFATtheorybasicuser’smanual,2000

13.MinerMA（1945）Cumulativedamageinfatigue.ASMEJournalofAppliedMechanics,S.A159–A164.AmericanSocietyofMechanicalEngineers（ASME）,NewYork

14.HaibachE（1989）Betriebsfestigkeit-VerfahrenundDatenzurBauteilberechnung.VDIVerlag,Düsseldorf

英文翻译指导教师评阅意见

指导教师签字：

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