装载机驱动桥主减速器疲劳可靠性的研究

装载机是工程机械中的主要设备，在建筑、道路、矿山、码头等生产中起到极重要的作用。装载机在长期使用中，疲劳失效是其主要的破坏形式。主减速器作为装载机传动系统的关键部分，其核心部件螺旋锥齿轮受到交变载荷（包括齿根弯曲应力和齿面接触应力）的作用。因此主减速器极易出现疲劳失效导致装载机不能正常工作。所以，开展对装载机主减速器疲劳可靠性的研究对提升装载机质量档次、服务工程实际具有主要意义。本文以ZL50轮式装载机驱动桥主减速器为研究对象，采用动力学测试和有限元分析相结合的方法对其疲劳可靠性进行了研究。主要研究内容及结论如下：1）对ZL50轮式装载机驱动桥主减速器进行了动力学测试，得到了扭矩-时间历程，然后利用梯度门限检测法和标准方差检测法检测并剔除了测试数据中的异常峰值，最后选取载荷历程极差的5%为门限值剔除了无效幅值。2）分析了主减速器的主要失效模式，得出主减速器的主要失效部位在一对螺旋锥齿轮，主要失效原因是齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效；对螺旋锥齿轮进行了有限元接触分析，并依据计算结果分析了锥齿轮的接触状态以及失效模式，提出在预估主减速器疲劳可靠度时，应主要考虑主从动锥齿轮在单齿啮合状态下的齿面接触疲劳失效和从动锥齿轮的齿根弯曲疲劳失效。3）采用雨流法对锥齿轮应力-时间历程计数得到相应的载荷谱数据，然后分析了正态分布、对数正态分布、威布尔分布对载荷谱的拟合程度及其对疲劳可靠性的影响。研究表明：选用拟合程度最高的分布函数对载荷谱进行拟合，可以有效减少在预测结构可靠度时由统计方法造成的误差。4）根据统计结果计算了主减速器的应力分布函数和强度分布函数，然后采用应力-强度干涉模型估算了主减速器的疲劳可靠度，最后依据Miner线性疲劳累积损伤理论估算了锥齿轮的疲劳寿命。本文来源于浙江省科技厅重大科技专项项目（2009C11111）“轮式装载机驱动桥关键技术研究与产业化”。