基于有限元技术的工程机械设计研究

    (1)挖掘装载机铲斗的组成

    挖掘装载机铲斗部件是由动臂、连杆、铲斗零件组成，它是一个连杆机构，各个杆件的长度尺寸将直接影响该部件中铲斗的运动轨迹(即工作性能)，而各个杆件的横截面尺寸将直接影响该部件的承载能力。

    (2)挖掘装载机铲斗部件的三维建模

    运用三维设计软件，通过拉伸〔Extrude) ,旋转(Revolve )、切割(Cut)和抽壳(Shell)，放样(Loft.)，扫描(Sweep)等三维特征造型功能.将挖掘装载机铲斗部件的各个零件创建成三维模型。再根据各零件模型的隶属关系装配成如图1所示的挖掘装载机铲斗部件的装配体三维模型。

    2挖掘装载机铲斗部件的有限元分析

    内嵌在三维设计软件中的有限元分析系统Cosmos/Works是当今工程界较好的有限元分析软件之一，其能非常迅速地实现对大规模的复杂设计的分析和验证，并获得修正和优化设计所需的信息。

    在此，通过对挖掘装载机铲斗部件进行有限元分析和研究，求出其在工作受载状态下的应力分布情况，并计算出其失效的部位，然后对应力集中及失效区域进行局部加强处理，以保证结构的强度和刚度，提高挖掘装载机的掘起力、下挖力和整体式车架的可靠性，确保整机的工作性能。

    2.1挖掘装载机铲斗部件的载荷及约束分析

    建立挖掘装载机铲斗部件的三维模型以后.根据设计的要求来检验设计的强度，首先，在保证动臂、连杆、铲斗等零件几何精度的前提下，对三维模型作如下简化:将一些小的特征进行压缩，如倒角、圆角以及小孔等;压缩掉一些不影响整体结构性能的零件，如螺栓、螺母等;根据其工作要求确定工作载荷为 100 kN，其约束为动臂固定在机架上。简化后的三维模型如图2所示。

    2.2挖掘装载机铲斗部件的有限元分析方法    

    Cosmos/Works提供了5种有限元分析方法:(1)静力分析(Static Analysis) ; (2)频率分析(Frequency Analysis) ; (3 )弯矩分析(Buckling Analysis);(4)热分析(Thermal Analysis);(5)优化设计分析(Optimization Analysis);根据挖掘装载机铲斗部件应力分析的需要，在此采用静力分析法。

    2.3有限元计算原理

    有限元就是对连续物体离散化，在物体内部和边界上划分节点。用许多离散的单元来逼近原来复杂的物体，如图3所示。