翻转机构是垃圾运输车的核心组成部分,其主要作用是完成垃圾上装工作。在实际工作中,该机构需要频繁进行举升和翻转动作,承受交变拉伸载荷,极易发生疲劳破坏,从而导致垃圾运输车无法正常工作。因此,为了保证整车的使用性能,对翻转机构进行疲劳寿命预测以及可靠性研究具有重要的理论价值和工程意义。本文以某后装式压缩垃圾运输车翻转机构为研究对象,进行疲劳寿命分析与可靠性优化设计。从应力函数和临界距离两方面对临界距离理论(Theory of Critical Distances,TCD)进行改进,获得高效率、高精度的改进TCD,精确预测翻转机构的疲劳寿命;采用6σ方法对翻转机构关键零部件进行可靠性优化设计,在保证机构强度要求的同时提高其疲劳寿命以及疲劳可靠性,主要研究内容如下:(1)翻转机构仿真分析与疲劳寿命预测。阐述后装式压缩垃圾运输车翻转机构的主要组成及工作原理;对翻转机构进行动力学仿真分析,获得翻转机构关键零部件的受力情况;对危险工况下关键零部件进行静力学分析,确定机构易发生疲劳失效的位置;根据动力学和静力学仿真结果,采用名义应力法估计翻转机构的疲劳寿命,计算结果与试验值误差较大。(2)临界距离理论的改进。为了精确获得翻转机构疲劳寿命,采用TCD法进行预测,并从应力函数和临界距离两个方面对TCD进行改进,以提高计算效率。通过分析结构尺寸对缺口周围应力场的影响,将缺口深度和结构净宽度参数引入低阶低精度的经典应力函数中,从而获得一种高计算效率且高精度的新型应力函数表达式。由于临界距离值受缺口几何尺寸的影响,引入应力集中系数对传统的临界距离值进行修正。(3)改进TCD法试验验证与翻转机构疲劳寿命预测。选取一个形状规则的缺口件,采用改进TCD法获得其疲劳强度估计值;进行疲劳试验获得缺口件的疲劳强度试验值。通过估计值和试验值的对比,验证改进TCD法的有效性和精确性。采用改进TCD法对形状不规则的翻转机构疲劳寿命进行预测,得到预测值与试验值之间的误差为7.5%,证明该方法能够用于翻转机构的疲劳寿命分析,同时也为TCD法在其它形状不规则件上的应用提供依据。(4)翻转机构关键零部件可靠性优化设计。为提高翻转机构的疲劳寿命及可靠性,首先基于Isight平台,以疲劳寿命和质量为目标函数,强度为约束条件,对翻转机构关键零部件进行确定性优化设计,获得最优设计方案;其次在确定性优化设计的基础上采用6σ优化方法,结合蒙特卡罗和NSGA-II遗传算法对翻转机构关键零部件进行可靠性优化设计,得到可靠性优化方案;两种优化方案对比的结果表明,经过6σ优化后,翻转机构的疲劳寿命由22.19万次提高到53万次,疲劳可靠性由0.71提高到0.99。
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