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铰接式运输车铰接销轴断裂仿真分析以及改进措施
摘要：
铰接式运输车在行驶过程中，经常会遇到非常复杂和恶劣的路况，导致一些铰接件断裂、损坏等情况。本文以铰接销轴断裂为例，通过建立基于SolidWorks和ANSYSWorkbench的有限元模型，对销轴应力分布进行仿真分析，找到销轴断裂的原因，并提出相应的改进措施。
关键词：铰接式运输车；铰接销轴；断裂；有限元分析；改进措施。
一、引言
铰接式运输车是一种常见的大型货车，也是道路运输的重要工具之一。铰接式运输车采用铰接式结构，具有灵活性和可扩展性，能够有效地承载大量货物。同时，在行驶过程中，铰接结构也能够缓冲车辆与路面之间的冲击力。然而，铰接式运输车在经历长时间的使用后，铰接件容易出现疲劳、断裂等情况，严重影响了车辆的安全性和经济性。
铰接销轴是铰接件中比较容易损坏的部分之一。其结构比较简单，主要由销轴、销钉等部件组成。在行驶过程中，销轴要承受来自车身和道路的不断变化的力。长时间的使用和不良的路面条件，容易导致销轴的疲劳破坏和断裂。因此，对铰接销轴进行评估和优化，对提高运输车的安全性和经济性具有重要意义。
本文以铰接销轴断裂为研究对象，采用有限元仿真的方法，分析销轴的应力分布和断裂原因，并提出相应的改进措施。
二、有限元模型的建立
2.1铰接式运输车的结构
铰接式运输车主要由车辆底盘、车厢和铰接结构三部分组成。其中，车辆底盘由前桥、后桥、发动机等部件组成，承担车辆行驶和承载货物的任务。车厢是承载货物的地方，其形状和大小取决于运输需求。铰接结构是将车辆底盘和车厢连接起来的部分，采用的是转向架和销轴的组合形式，能够有效地缓解车身和路面的冲击。
2.2销轴的结构和材料
铰接销轴通常由45钢和20CrMnTi钢制成，结构如图1所示。
图1销轴结构示意图
2.3模型的几何形状和尺寸参数
以铰接销轴为研究对象，建立了基于SolidWorks的三维模型，其几何形状和尺寸参数如图2所示。
图2铰接销轴几何形状示意图
2.4材料本构关系
销轴材料选用的是20CrMnTi钢，其材料本构关系采用线弹性模型，杨氏模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3，密度为7870kg/m3。
2.5约束和载荷
在有限元模型中，使用固定支撑约束销轴上端表面的自由度，模拟车辆行驶过程中的实际工况。载荷分别施加在销轴的两端表面上。
三、仿真分析与结果
采用ANSYSWorkbench进行有限元仿真分析，在仿真计算中选用的是静态分析和线性分析方法。具体分析流程如图3所示。
图3仿真分析流程
3.1销轴应力分布
仿真结果显示，销轴在承受载荷后，会产生应力集中现象。应力集中主要集中在销轴的连接处，如图4所示。
图4销轴应力分布图
3.2销轴断裂原因分析
销轴断裂主要是由于应力集中导致的。在车辆行驶过程中，道路的不平整会导致车辆产生较大的冲击力。由于连接销轴的铰接构件具有一定的柔性，因此在冲击力的作用下，连接处的应力集中会产生滞后和增加的效果，导致销轴的疲劳破坏和断裂。
四、改进措施
4.1优化设计
针对销轴应力集中的问题，可以采用优化设计的方法，改进销轴结构和材料，使得其具有更好的抗应力集中和抗疲劳性能。
4.2材料热处理
20CrMnTi钢可以进行热处理，通过调整其组织结构和硬度，提高其力学性能和抗疲劳性能。
4.3表面处理
可以对销轴表面进行喷涂等表面处理工艺，提高其表面硬度和耐磨性能，减少表面缺陷和应力集中的可能性。
五、结论
本文以铰接销轴断裂为研究对象，建立了SolidWorks和ANSYSWorkbench基于有限元模型，进行了仿真分析。通过分析销轴的应力分布情况和断裂原因，提出了相应的改进措施。这些改进措施可以有效地提高销轴的抗应力集中和抗疲劳性能，从而提高铰接式运输车的安全性和经济性。