驱动桥壳有限元分析
商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析
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《 （ ） 机械与电子 》 ２ ０ １ ２ ８
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商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析
设计与研究
ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｍ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ， ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｇ ｙ ，ｍ ａ ｘ ｌ ｅ ｈ ｏ ｕ ｓ ｉ ｎ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｗ ｏ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｇ ｙ ， ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｅａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ － ｐ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｅ ｒ ｅ ｍ ａ ｄ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｐ ｐ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ａ ｘ ｌ ｅ ｈ ｏ ｕ ｓ ｉ ｎ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｇ ｙ ， ， ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ， ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｈ ｔ ｗ ｅ ｉ ｈ ｔ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｔ ｉ ｕ ｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ｇ ｐ ｇ ｇ ｇ ， ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｏ ｆ ｉ ｍ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｐ ｐ ｇ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ． ｇ ｇ ： ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ａ ｘ ｌ ｅ ｈ ｏ ｕ ｓ ｉ ｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｇ ｙ ； ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔ ｈ； ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ｙ ｇ
基于参数化设计的驱动桥壳有限元分析系统设计(精)
基于参数化设计的驱动桥壳有限元分析系统设计一、前言驱动桥壳是安装主减速器、差速器、半轴、轮毂和悬架的基础件，主要作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等零部件。
它和从动桥一起承受汽车质量，使左、右驱动车轮的轴相对位置固定，汽车行驶时，承受驱动轮传来的各种反力、作用力和力矩，并通过悬架传给车架。
桥壳可被视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受汽车弹簧上的载荷，而沿左右轮胎的中心线，地面给轮胎以反力(双轮胎时则沿双胎中心)，桥壳则承受此力与车轮重力之差值。
由于其形状复杂、应力计算困难，又要求具有足够的强度和刚度，传统设计方法不免有很多局限性。
本文以某系列整体式桥壳为例，利用软件的二次开发功能便捷实现桥壳在某特定工况下的设计与分析。
二、桥壳参数化的基本内容1.设计目标以冲击载荷工况为例，由于桥壳在承受最大铅垂力时，危险断面出现在钢板弹簧座附近，因此以桥壳的轮距(方断面长、圆断面长)和断面(高度、厚度)为参数化设计目标。
此时的弯曲应力为(1)式中，G是汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷;B是驱动车轮轮距;s 是驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离;kd是动载荷系数，对载货汽车取2.5;Wv是桥壳在危险断面处的垂向弯曲截面系数，如表所示。
表钢板弹簧座附近的断面形状及截面系数2.参数化的基本方法桥壳参数化采用的是建立零件的参数化数字模型，通过修改关键尺寸参数的方法实现新零件模型建立和设计。
首先在Pro/ENGINEER中建立驱动桥壳三维模型(如图1所示)，提取钢板弹簧座附近方形断面和圆形断面的尺寸变量，利用Visual Basic语言将用户输入的界面信息传递给相应的变量，然后驱动再生进程，进行修改设计。
图2为Visual Basic设计的桥壳参数化界面。
三、参数化的程序实现方法1.软件支持和设计思想Automation Gate way for Pro/ENGINEER Wildfire是基于Microsoft的ActiveX技术开发而成的，它允许Pro/ ENGINEER直接集成任何支持ActiveX的应用软件。
轻型货车驱动桥壳的有限元分析
·制造业信息化·收稿日期：2010－09－25基金项目：南京工程学院科研基金项目（KXJ07020）作者简介：文少波（1971-），男，湖北天门人，讲师，硕士研究生。
主要从事汽车技术方面的教学和科研工作。
0引言作为汽车的主要承载件和传力件，驱动桥壳支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。
同时，作用在驱动车轮上的牵引力、制动力和侧向力，也经过桥壳传到悬挂、车架或车厢上[1]。
因此合理地设计驱动桥壳，使其具有足够的强度和刚度具有重要意义。
传统的驱动桥壳设计，在进行理论计算时，将其看成简支梁并校核特定断面的最大应力值[2]，由于驱动桥壳结构较为复杂，不可避免产生较大的误差，不能真实表达其实际应力大小及分布，采用有限元设计方法能有效地解决此问题。
通过有限元分析，建立桥壳的物理和数学模型，对所设计的产品进行模拟，找出可能出现的问题，可极大地减少资源投入、缩短工作周期，而且可保证较高的准确性和与实际情况十分理想的吻合程度。
ANSYS 是一种通用工程有限元分析软件，现在已经广泛应用于航空航天、机械、电子、汽车、土木工程等各种领域[3]。
主要包括前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块用于建模及网格划分；分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析等模块，可模拟多种物理介质的相互作用；后处理模块可将计算结果以各种形式显示出来。
当前CAD ／CAE 软件的专业化分工程度越来越高。
虽然ANSYS 软件具有强大的网格划分、加载求解和后处理功能，但它的几何建模功能相对较弱。
如果采用ANSYS 软件对驱动桥壳进行实体建模，将是一个极其烦琐的过程。
因此本文选用主流三维CAD 软件Unigraphics （以下简称UG ），利用UG CAD 模块的强大实体造型功能进行实体建模，然后导入ANSYS 中进行有限元分析。
1驱动桥壳结构受力分析1.1货车主要参数本文分析的驱动桥壳所属货车主要参数见表1所示。
毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析
毕业设计（论文）汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析JIU JIANG UNIVERSITY毕业论文题目汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析英文题目 Modeling by UG and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing 院系机械与材料工程学院专业车辆工程姓名班级指导教师摘要本篇毕业设计(论文)题目是《汽车驱动桥壳建模UG及有限元分析》。
作为汽车的主要承载件和传力件,驱动桥壳承受了载货汽车满载时的大部分载荷,而且还承受由驱动车轮传递过来的驱动力、制动力、侧向力等,并经过悬架系统传递给车架和车身。
因此,驱动桥壳的研究对于整车性能的控制是很重要的。
本课题以重型货车驱动桥壳为对象,详细论述了从UG软件中的参数化建模,到ANSYS中有限元模型的建立、边界条件的施加等研究。
并且通过对桥壳在不同工况下的静力分析和模态分析,直观地得到了驱动桥壳在各对应工况的应力分布及变形情况。
从而在保证驱动桥壳强度、刚度与动态性能要求的前提下,为桥壳设计提出可行的措施和建议。
【关键词】有限元法,UG,ANSYS ,驱动桥壳,静力分析,模态分析AbstractThis graduation project entitled “Modeling and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing”. As the mainly carrying and passing components of the vehicle, the automobile drive axle housing supports the weight of vehicle, and transfer the weight to the wheel. Through the drive axle housing, the driving force, braking force and lateral force act on the wheel transfer to the suspension system, frame and carriage.The article studies based on heavy truck driver axle ,discusses in detail from the UG software parametric modeling, establish of ANSYS FEM model, and the boundary conditions imposed, etc. And through drive axle housing of the different main conditions of static analysis and modal analysis, it can access the stress distribution and deformation in the corresponding status of drive axle directly. Thus, under the premise of ensuring the strength of drive axle housing, stiffness and dynamic performance requirements, the analysis can raise feasible measures and recommendations in drive axle housing design.Plans to establish thet hree---dimensional model by UG, to make all kinds of emulation analysis by Ansys.【Key words】 Finite element method,UG,ANSYS,Drive axlehousing,Static analysis,Modal analysis目录前言 1第一章绪论 21.1 汽车桥壳的分类 21.2 国内外研究现状 31.3 有限元法及其理论 51.4 ansys软件介绍 71.5 研究意义及主要内容 91.6 本章小结 10第二章驱动桥壳几何模型的建立 11 2.1 UG软件介绍 112.2 桥壳几何建模时的简化处理 11 2.3 桥壳几何建模过程 122.4 本章小结 24第三章驱动桥壳静力分析 25 3.1 静力分析概述 253.2 静力分析典型工况 253.3 驱动桥壳有限元模型的建立 27 3.3.1 几何模型导入 273.3.2 材料属性及网格划分 283.4 驱动桥壳各工况静力分析 293.4.1 冲击载荷工况 293.4.2 最大驱动力工况 323.4.3 最大侧向力工况 343.5 本章小结 37第四章驱动桥壳模态分析 384.1 模态分析概述 384.2 模态分析理论 384.3 驱动桥壳模态分析有限元模型的建立 40 4.4 驱动桥壳模态分析求解及结果 41 4.5 驱动桥壳模态分析总结 474.6 本章小结 47结论 48参考文献 50致谢 52前言在桥壳的传统设计中,往往采用类比方法,对已有产品加以改进,然后进行试验、试生产。
基于UG的装载机驱动桥壳有限元分析
图 ２ 有限元模型
力【 ｓ ｏｌ ｏ
４ 驱 动桥壳 有 限元分析
４ １ 有限元分析方案 ． 由于前驱动桥壳 是通 过螺栓 与车架刚性联 接 ，而载荷作
用的力 、弯 矩和扭矩 等是经过车轮及 轮边减速器 等传递到桥
壳 的 法 兰端 面 上 。因 此 ，在 桥 壳 有 限 元 分 析 中 ，法 兰 端 面 处
参 数化 结 构 优 化 。从 而 提 高 车辆 驱 动 桥壳 结 构 的 设 计 水平 ，减
（） ４ 参数化优化设计 ：在指定优化 目标、定义 约束和定义
变量 之 后 ，计 算 出最 优 结 果 。
３ 有 限 元模型 的建立
对产 品进 行参数化建模 ，可以用参数建立起 零件 内各特
征 之 间 的 相互 关 系。 同时 ，通 过 设 计 时 设 定 的关 联 参 数 实 现
相关部件 的关 联改变 ，可 以有效地减少设 计改变的时 间及成 本 ，并 维护设 计的完整性。设计软件采用Ｕ ／ Ｇ ＮＸ，基于 自顶
少实际试验研究费用和时间 ，提高设计效率 。
２ Ｇ ｕ 软件简介及有限元分析方法
Ｕ ｉｒｐ ｉ （ ．Ｃ ｎｇ ａ ｈｃ ＵＧ） ＡＤ／ ＡＭ／ ＡＥ系统提供了一个基于 ｓ Ｃ Ｃ
为载荷作用位 置 ，而在变截 面箱形梁 与车架联接处 表面为 固 定约束 面 ，即在约 束面上 的所 有节点 为零位 移点 ，如 图３ 所
松 比为０ ３ ． ，许用应 力为【 ｓ ０ ～７ ９ ｏ］ ０ ８ Ｍ阳 。 ＝４
图 １ 参数化模型
４ ２ 结构静力学分 析 ． ４ ２ １ 满载运行 紧急制动工况 ．．
从图４ 、图５ 可以看 出，桥壳在工况 Ｉ中受力变形 ，其最大 的位 移处于桥壳的法兰端 面，为１ １ ２ ．４ ｍｍ，最小的位 移是被 约束的变截 面箱形梁与车 架联接处表 面地 方。每米轮距 的变 形量 为 １１２ ．４ｍｍ／ ．９ ｍ＝０ ８ １ １３ １ ．２ｍｍ／ ｍ，远小于 国标规定的 １５ ．ｍｍ／ ｍ。根据第四强度理论 ，最大Ｖｏ ｓｓ ｎ ｍｉ 等效应力为 ｅ ３６４ ａ ８ ．ＭＰ ，出现在变截 面箱形梁 约束 处的附近 ，小 于许用应
基于UG的拖拉机前驱动桥壳有限元分析
基于UG的拖拉机前驱动桥壳有限元分析基于UG的拖拉机前驱动桥壳有限元分析作者：江苏食品职业技术学院施华拖拉机前驱动桥壳是四轮驱动拖拉机上主要承载构件之一，其作用主要有：支撑并保护中央传动、差速器和左右半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；同后桥一起支撑车架及其上的各总成质量；拖拉机行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经托架传给车架等。
前驱动桥壳应有足够的强度和刚度，便于主减速器的拆装和调整。
由于其形状复杂，应力计算比较困难。
根据车辆设计理论，前驱动桥壳的常规设计方法是将前桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值，然后考虑一个安全系数来确定工作应力，这种设计方法有很多局限性。
近年来，随着UG、Pro/ENGINEER 等软件的推广，有限元方法显示出它的独特优点。
本文中所研究的对象是某型号四轮驱动拖拉机的前桥壳。
一、前驱动桥壳强度分析计算1.受力分析可将前桥壳视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支撑于车轮上，在前桥壳中间上方两侧有两搭子，承受着来自拖拉机分配在前轮上的所有质量（含前配重质量）所引起的载荷；而沿左右轮胎中心线，地面给轮胎一反力，受力如图1所示。
图1 驱动前桥壳的受力简图2.强度计算根据拖拉机的工作情况，前桥壳强度计算可主要考虑三种典型的工况，只要考虑在这三种载荷计算工况下前桥壳的强度得到保证，就认为该前桥壳在拖拉机行驶条件下是可靠的。
(1)牵引力或制动力最大时，前桥壳两搭子处危险断面的弯曲应力σ为：σ=Mv/Wv+Mh/Wh。
式中,Mv是地面对车轮垂直反力在前桥壳搭子处断面引起的垂直平面弯矩；Mv=Yqb/2，b 为轮胎中心平面到搭子中心的横向距离；Mh是牵引力或制动力（一侧车轮上的）在水平面内引起的弯矩，Mh=Fx2b。
前桥壳危险断面处的形状接近方形，其垂直平面与水平面弯曲抗弯截面系数Wv、Wh的计算方法如图2所示。
图2 断面形状及抗弯截面系数(2)当侧向力最大时，外轮和内轮上的垂直反力和Fz20、Fz2i以及前桥壳内、外搭子座处断面的弯曲应力σi、σo之间的关系，分别为：σi=（Fz2ib+ Fz2iφ1r）/Wvσo=（Fz20b- Fz20φ1r）/Wv其中，φ1为附着系数。
驱动桥壳有限元结构分析
第1章绪论驱动桥壳是汽车的主要零件之一，作为主减速器、差速器和半轴的装配基体，它是汽车的主要承载件和传力件，支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。
在实际行使中，作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、横向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或者车厢上的。
同时，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。
因此，合理地设计驱动桥壳，使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，减少桥壳的质量，有利于降低动载荷，提高汽车行驶平顺性和舒适性。
1.1国内外研究现状过去工程师在对简单机械结构进行分析时，都要进行一系列的简化与假设，再采用材料力学、弹性力学或塑性力学的理论进行分析。
随着工业技术的迅速发展，有越来越多的复杂结构，包括复杂的几何形状、复杂的受力状态等问题需要去分析研究，而在工程实际中，这些复杂的问题往往不能求出它们的解析解。
[1]要解决这些问题通常有两种途径：一是试验法，通过提出一定假设，回避一些难点，对复杂问题进行简化，使之成为能够处理的问题[2]。
然而，由于太多的简化和假设，通常会导致极不准确甚至错误的解答。
因此，另一种行之有效的途径就是尽可能保留问题的实际状况，寻求近似的数值解。
而在众多的数值方法中，有限元分析法因其突出的优点而被广泛地应用。
经过半个多世纪的实践，有限元法已从弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题；从静力问题扩展到动力问题、稳定问题和波动问题；从线性问题扩展到非线性问题；从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学等其他连续介质领域；从单一物理场计算扩展到多物理场的耦合计算[4]。
它经历了从低级到高级、从简单到复杂的发展过程，目前已成为工程计算最有效的方法之一。
2001年，重庆大学的褚志刚等学者对某后桥壳进行了静强度分析计算，结果表明该后桥壳静态分析的应力分布合理，在实际破坏区域内的静态应力很小，但分析结果与该车在实际道路试验中的破坏不相吻合。
通过模态分析发现，其前九阶频率与路面谱频率范围重合，模态振型尤以后背盖与上下壳体的焊接处、半轴套管内端直径渐变处、上壳体倒圆处的变形较大；当桥壳和弹簧系统在垂直激励作用下时，即通过动态响应分析法，找出桥壳上的动应力集中区，确认破坏的确切位置，与实际情况相吻合。
基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析
有限元分析最基本的研究方 动桥壳应有足够的强度和刚度且质
１ ） 牵引力或制动力最大时，
法就是“结构离散→单元分析→整 量小，并便于主减速器的拆装和调 桥壳钢板弹簧座处危险断面的弯曲
体求解”的过程。经过近 ５０ 年的 整。由于桥壳的尺寸和质量比较 应力σ和扭转切应力τ分别为：
发展，有限元法的理论日趋完善， 大，制造较困难，故其结构型式应
Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｅｓｉｇｎ
数字化设计
桥壳承受此力与车轮重力之差，受
力如图 １ 所示。
基于 ＡＮＳＹＳ 的汽车驱动桥壳
的有限元分析
图１ 驱动桥壳的受力简图
□ 武汉理工大学汽车工程学院 杨波 罗金桥
桥壳强度计算可简化成三种典 型的工况，只要在这三种载荷计算工
况下桥壳的强度得到保证，就认为该
桥壳在汽车行驶条件下是可靠的。
包含许多复杂曲面，而一般有限元 软件所提供的几何建模工具功能相 当有限，难以快速方便地对其建 模。因此，针对较复杂的结构，可
集中点）的真实应力值。使用有限 以先在三维 ＣＡＤ 软件（如在 ＵＧ 中）
元法对驱动桥壳进行强度分析，只 建立几何模型，然后在有限元分析
３ ） 当汽车通过不平路面时， 危险断面的弯曲应力为：
四、计算结果
在有限元模型中，驱动桥壳
栏目主持：苏 向 鹏 本 文 索 引 号：１ ０ ８ 投稿信箱： ｓ ｕ ｘ ｐ ＠ ｉ ｃ ａ ｄ ． ｃ ｏ ｍ ． ｃ ｎ
汽车驱动桥壳是汽车上的主 要承载构件之一，其作用主要有：
刚度，且便于主减速器的装配、调 整和维修，因此普遍应用于各类汽 车上。但是由于其形状复杂，因此 应力计算比较困难。根据汽车设计 理论，驱动桥壳的常规设计方法是 将桥壳看成一个简支梁并校核几种 典型计算工况下某些特定断面的最 大应力值，然后考虑一个安全系数 来确定工作应力，这种设计方法有 很多局限性。因此近年来，许多研 究人员利用有限元方法对驱动桥壳 进行了计算和分析。本文中所研究 的对象是在某型号货车上使用的整 体式桥壳。
某叉车驱动桥壳有限元分析
在保证机罩开启角 度不 变的情况下 ， 将
机罩上 气 弹 簧 的铰 接 位 置 前 移 和下 移 ， 并 把
要 焊 接 到 车架 。其 中 扣 锁 支 架 具 有 导 向斜 面， 易 于扣锁 。扣锁 总成 主 要包 括 转 轴 、 安装
机架上气弹簧 的铰接位置后移 和上移 ， 这样 可减小气弹簧与水平方向的夹角 ， 使原 ｌ ８ 。 的 水平夹角变为 ｌ ２ 。 （ 见图 ２ ） ， 气弹簧 向上 的分
元模 拟 ［ Ｊ ］ ． 南京 林 业 大 学学报 ２ ０ ０ ４ （ ７ ） ： ４ ７—
５ 华． 有限 元分析 的基 本 方法 及工
程应用［ Ｍ］ ． 化 学工业 出版社 ， ２ ０ ０ ６
［ ３ ］ 熊诗 波， 黄 长 艺． 机械 工程 测试技 术基础 ［ Ｍ ］ ．
叉 车 技 术 囡 日
３ ． １ 优化 变 换气 弹簧位 置 柄 组成 。具体 优化 方 法 ： 在 机罩 左 外 侧开 孔 ，
＼ 、 安 装扣锁 和扣 锁 手 柄 ， 扣 锁 支架 按 照装 配 需
● ● ● ● ● ● ， ● ● ， ． ● ， ● ●
生 向上 的分力 ， 顶起 机 罩 ， 扣 锁 手 柄在 弹簧 拉 力 的作 用下 回位 ； 当需 要 关 闭机 罩 时 ， 用 力 下 压 机罩 ， 扣 锁 装 置 通 过 导 向斜 面 与扣 锁 支 架 接 触并 固定 。该 扣 锁 机 构 操 作 简 单 方 便 ， 结 构 合理 ， 便 于维护 。
力减 少近 ３ ０ ％ 。经 改进 后 ， 开 启 时 气 弹 簧 向 上 的分 力 就 和 机 罩 的重 力 相 差 不 大 ， 开 启 时
自然 省力很 多 。 ３ ． ２ 优 化开 启装 置
汽车驱动桥壳静动态有限元分析 (1)
2011年第9期农业装备与车辆工程doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2011．09．012汽车驱动桥壳静动态有限元分析高伟，宋萌（湖北汽车工业学院汽车工程系，湖北十堰442002）摘要：利用catia 软件建立了某货车驱动桥壳三维模型，运用有限元分析的方法，在ANSYS Workbench 软件中建立了驱动桥壳的有限元模型，分析了驱动桥壳在四种典型工况下的结构强度。
并对桥壳进行了模态分析，计算了在自由状态下的前12阶固有频率和振型。
分析结果表明，桥壳的强度满足设计的要求，具有较好的抗振性。
关键词：驱动桥壳；有限元分析；强度；模态中图分类号：U463.218＋．5文献标识码：A文章编号：1673-3142(2011)09-0042-05Finite Element Analysis on Static and Dynamic of Vehicle Drive Axle HousingGao Wei ，Song Meng（Department of Automobile Engineering ，Hubei Institute of Automotive Technology ，Shiyan 442002，China ）Abstrac t ：The three－dimensional model of truck drive axle housing was established by using catia software．The finite element model was built in ANSYS Workbench software by applying finite element analysis method．The structural strength of the drive axle housing in four typical operating conditions was analyzed．And the modal analysis of drive axle housing was carried on in ANSYS Workbench software．In the free state ，the first 12natural frequencies and mode shapes were calculated．The results indicate that the strength of drive axle housing satisfies the static design request and with good vibration resistance．Keywords ：drive axle housing ；finite element analysis ；strength ；modal作为主减速器、差速器和半轴的装配基体，驱动桥壳是汽车的主要承载件和传力件，它的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命，合理地设计驱动桥壳，使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，减少桥壳的质量，有利于降低动载荷，提高汽车行驶平顺性和舒适性［1］。
基于ANSYS的载重货车驱动桥壳的有限元分析
程，得出了驱动桥壳在 四种典型工况下的应力分布 和变 形结果 。计算 证 明 ， 该桥 壳满 足强度 要求 ， 以 可
认 为 它在汽 车各种 行驶 条件下 是可 靠 的。在 此基 础 上 ，可 以应 用 Ａ Ｓ Ｓ的优 化模 块 对 其进 行 结 构 优 ＮＹ
图 １ 驱 动 桥桥 壳几 何 模 型
３ 驱 动 桥 桥 壳 有 限元模 型 的建 立
将 在 Ｃ ＴＡ建立 的驱 动桥 壳 的三维 模 型 ， 存 ＡＩ 另
为 ｍｏｅ 格 式文 件 ， 后导 人 到 Ａ Ｓ Ｓ中 ， 择 Ｔ ｔ ｄｌ 然 ＮＹ 选 ｅ
化 ，能大大 提高材 料 的利用率 ，且 应力 分 布更加 合
理。 实验表 明该方 法能 大大缩 短 生产周期 ， 于产 品 对 的开发 和改进 具有非 常重 要 的意义 。本 文将对 解 放
— —
地 面对驱 动车 轮的制 动力 ， 大制动 力大小 为 ： 最
Ｂ＝ Ｇｍ ’ ／ ‘２ Ｄ
式中
Ｂ —— 地 面对驱 动车轮 的最 大制动力 Ｇ —— 汽 车满载静 止于水 平路 面时驱 动桥 给
地面 的载荷 ， ７ ８ ０ 为 ８８Ｎ
图 ２ 驱 动桥 桥 壳有 限 元模 型
以及有 限元 法 的飞速发 展为 驱动桥 壳结构 性 能 的计 算分析 带来 了新 的革命 。 驱 动桥壳 是汽 车 的重要 承载件 和传力 件 ，非 断
开式驱 动桥壳 支 承汽车 重量 ， 将 载荷传 给车 轮 。 并 作 用在驱 动 车轮 上 的牵 引力 、 动力 、 向力 、 向力 制 侧 垂 也是经 过桥壳 传到悬 挂及 车架 或车 厢上 。 因此 ， 动 驱
中的地方 。所 建实体 模 型如 图 １ 示 。 所
基于NXNASTRAN的客车驱动桥桥壳有限元分析
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ３Ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂｌ ｉ ｓ ｈｅ ｄ ｉ ｎ ＵＧＳ ＮＸ ，ｆ ｏ ｒ ｉｎｉ ｆ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ＮＸ ＮＡＳ —
ＴＲ ＡＮ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ
软件 Ｓ Ｉ Ｅ Ｍ Ｅ Ｎ Ｓ Ｎ Ｘ Ｎ Ａ Ｓ Ｔ Ｒ Ａ Ｎ对客 车 驱 动桥 桥 壳进
行结 构静 力 学 分 析 ，分 析桥 壳 在 ３种 典 型 工 况 下 的应 力及 位 移 变 形 ，利 用 分 析 得 出 的结 构 参 数 来
验证 设计 的合 理 性 ，为 后 期 的 改 进 设 计 提 供 理论
基于 Ｎ Ｘ Ｎ Ａ Ｓ Ｔ Ｒ Ａ Ｎ 的客 车驱 动 桥 桥 壳 有 限 元分 析
丁 棉 何 锋 刘 忠
５ ６ ３ ０ ０ ３
１贵 州大 学机械 工程 学院
贵阳 ５ ５ ０ ０ ２ ５
２贵 州航 天红光机械 制 造有 限公 司 遵义
摘
要 ：在 Ｕ Ｇ Ｓ Ｎ Ｘ中建立 了三维驱动桥 桥壳 模型 ，并采用 Ｎ Ｘ Ｎ Ａ Ｓ Ｔ Ｒ Ａ Ｎ对其 进行有 限元分 析。通过对 其
驱动桥主减速器壳体的有限元分析
（5）当 主 动 齿 轮进行启动或倒
车时，产生的扭矩为
M1＝
M·2 Z1 Z2
= 8500×7 43
=1.38×103N·m=1.38×106N·m
2 有限元网格的划分及载荷与约束的加载
2.1 有限元网格的划分
能也得到明显改善，即最大应力值变小，从应力分布图中
可以看出，应力变小的主要原因是进一步避免了主减速
器壳体的应力集中，即应力不再集中于减速器壳螺栓孔
处，且应力分布趋于分散。
4结论
本文建立了主减速器壳体的有限元分析模型，完成
71 机械工程师 2009 年第 10 期
制造业信息化
MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真 / 建模 / CAD/ CAM/ CAE/ CAPP
图 3 顺时针转动应力变化图 图 4 逆时外转动应力变化图 （2）优化后主减速器壳体的仿真结果（图 5、图 6）
图 5 顺时针转动应力变化图 图 6 逆时针转动应力变化图
通过对主减速 器壳体的有限元分 析，优化前后主减速 器壳体仿真结果如
表 3 优化前后的仿真结果比较表
名称 质量 顺时针转动最大位移
文献来看，对驱动桥的分析包括驱动桥桥壳的有限元的
分 析 ［1－3］、制 动 鼓 的 有 限 元 分 析 ［4－6］，但 主 减 速器 壳 体 的 有
限元分析，在国内鲜有研究。本文以主减速器壳体为研究
对象，以主减速器设计理论为理论基础，建立了主减速器
壳体的有限元数学模型，并对优化前后的主减速器壳体
仿真结果进行分析比较。
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基于有限元方法的汽车驱动桥壳分析
基于有限元方法的汽车驱动桥壳分析简介汽车驱动桥壳是连接汽车发动机和驱动轮的重要组件，其中，壳体结构是至关重要的。
有限元方法是一种广泛应用于实际工程分析中的数值分析方法，可以模拟和优化设计。
本文将探讨如何使用有限元方法分析汽车驱动桥壳的结构。
建模几何模型汽车驱动桥壳一般采用加厚的柱壳结构，从而在较小的体积内承载高强度的扭转力。
为了对此结构进行有限元分析，需要先构建准确的几何模型。
可以使用计算机辅助设计软件建立三维模型，或者直接使用CAD工具绘制二维截面。
网格划分一旦有几何模型，就需要对其进行网格划分。
这是一项关键的步骤，因为它将直接影响最终分析的准确性和效率。
在划分网格时，需要注意以下几点：•网格大小应该能够适当地对结构进行描述，同时不会影响计算效率。
•网格应当满足光滑性要求，特别是在转角处。
•需要尽可能使用劣质网格，以确保准确性。
材料和边界条件分析所需的材料特性和边界条件有助于确定结构在应力下的响应。
材料的特性包括弹性模量、泊松比、屈服强度。
设置边界条件则包括固定点、负载、扭曲、压力等。
求解通过有限元分析软件可以进行模拟计算，并得出结构的应力状况和形变情况。
在此过程中，需要考虑以下因素：•材料的非线性特性•数值不稳定性问题•嵌套效应对模型的影响结果和分析有限元求解得出的结果需要进一步进行分析，以便深入理解结构的行为和性能。
通过对结果的分析，可以得到以下信息：•结构的应力、应变分布以及最大应力发生在哪里•结构的变形情况以及变形程度•破坏模式及其发生的位置和原因结论本文介绍了使用有限元分析方法分析汽车驱动桥壳的方法。
通过准确建立几何模型、网格划分、设置材料特性和边界条件并对结果进行分析，可以得到结论来评估设计的性能和研究规划的效果。
6汽车驱动桥桥壳的有限元分析(牟建宏)
汽车驱动桥桥壳的有限元分析牟建宏（西南大学工程技术学院，重庆北碚400715）摘要：用任意三维软件建立了驱动桥壳的三维实体模型。
通过对驱动桥壳进行有限元分析（在此仅进行静力学分析）。
通过有限元进行应力计算，判断驱动桥壳每m轮距最大变形量和垂直弯曲后背系数是否符合要求。
为驱动桥壳的结构改进及优化设计提供了理论依据。
关键词：驱动桥壳；有限元分析；ANSYS0引言驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。
非断开式驱动桥壳支承汽车重量，并将载荷传给车轮。
作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上[1]。
因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。
合理地设计驱动桥壳，使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，减少桥壳的质量，有利于降低动载荷，提高汽车行驶的平顺性和舒适性。
而驱动桥壳形状复杂，应力计算比较困难，所以有限元法是理想的计算工具。
1有限元法的简介1.1有限元法的定义有限元法（finite element method）是一种高效能、常用的数值计算方法。
科学计算领域，常常需要求解各类微分方程，而许多微分方程的解析解一般很难得到，使用有限元法将微分方程离散化后，可以编制程序，使用计算机辅助求解。
有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。
自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系[2]。
1.2有限元法的基本原理将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。
从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题[3]。
重型卡车驱动桥桥壳典型工况的有限元分析
重型卡车驱动桥桥壳典型工况的有限元分析朱晓红;陈昌建;鄢玉【摘要】The drive axle housing of automotive is an important safety component in the vehicle. Based on the actual use conditions for heavy—duty vehicles, this paper used finite element analysis software to analyze the strength, stiffness and life of the axle housing, and identified several dangerous work sites, which had important theoretical and practical significance to optimized design of the axle housing and the reasonable use of drive axle.%汽车驱动桥壳是车辆中重要的安全部件.本文针对重型汽车的实际使用工况展开研究,利用有限元分析软件,对桥壳的强度刚度及寿命进行分析,找出了桥壳的几个危险工作部位,对于桥壳的优化设计及驱动桥的合理使用,具有重要的理论和实际意义.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2012(031)034【总页数】2页(P26-27)【关键词】重型卡车;驱动桥壳;强度;刚度;有限元分析【作者】朱晓红;陈昌建;鄢玉【作者单位】河北工业职业技术学院,石家庄050091;河北工业职业技术学院,石家庄050091;河北工业职业技术学院,石家庄050091【正文语种】中文【中图分类】U460 引言随着我国物流领域的不断成熟，货物运输的社会化分工逐渐明显，重型卡车在我国的需求量逐渐增多，据资料显示，从2002年起，我国重型卡车的产销量开始超过了中型卡车的产销量。
汽车驱动桥壳的有限元建模与分析_第三章驱动桥壳有限元模型的建模_36_63
29第三章 驱动桥壳有限元模型的建模 作为MSC.NASTRAN 的前后处理器，MSC.PATRAN 是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理和分析系统。
在驱动桥壳几何模型的基础上，本章将探讨应用MSC.PATRAN 建立驱动桥壳有限元模型的问题。
３．１ 导入驱动桥壳几何模型到ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ中 ３．１．１ 驱动桥壳几何模型的存储 前一章已经采用CAD 软件Pro/E 建立了所研究驱动桥壳的几何模型，为将几何模型导入到MSC.PATRAN 中，需要将在Pro/E 中建立的几何模型存成一定格式的数据。
STEP 格式是国际标准化组织（ISO ）于1984 年提出的关于产品数据的交换标准，全称是“产品模型数据交换标准（Standard for Exchange of Product Model Data ）”。
与IGES 数据格式相比，STEP 数据格式模型的数据不易丢失，导入速度较快，因此，将在Pro/E 中建立的几何模型存成STEP 数据格式。
图３－１ Ｎｅｗ Ｄａｔａｂａｓｅ对话框 图３－２ Ｎｅｗ Ｍｏｄｅｌ Ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ菜单 ３．１．２ ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ模型数据库文件的建立 （1）启动MSC.PATRAN ，选择“File ”菜单中的“New ”命令，或直接在工具栏上单击按钮 ，出现图3-1所示对话框；30（2）在文件名输入框中输入：CA141_Housing.db ，单击“OK ”按钮确认，即建立新的PATRAN 模型数据库文件，如图3-1所示；（3）建立新的数据库文件后，会出现New Model Preference 菜单，使菜单的内容与图3-2所示一致，单击“OK ”按钮确认。
３．１．３ 驱动桥壳几何模型的导入 （1）由MSC.PATRAN 菜单File/Import 打开输入模型对话框，在“Object ”中选择“Model ”，在“Source”中选择“STEP”，即确定模型导入的数据格式是STEP 格式，如图3-3所示；（2）在“File Type ”中选择AP203类型；（3）选择要输入的文件，单击“Apply ”按钮，输入几何模型；（4）MSC.PATRAN 弹出一个模型输入统计报告，导入完成。
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驱动桥壳有限元分析
汽车驱动桥壳的功用是支承并保护主减速器，差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定，并且支承车架及其上的各总成质量。
1 驱动桥壳设计要求
在设计选用驱动桥壳时，要满足以下设计要求：
（1）应该具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常，并不使半轴产生附加弯曲应力。
（2）在保证强度和刚度的情况下，尽量减小质量以提高汽车行驶的平顺性。
（3）保证足够的离地间隙。
（4）结构工艺性好，成本低。
（5）保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入。
（6）拆装，调整，维修方便。
2 驱动桥壳类型确定和材料选择
驱动桥壳通常分为整体式桥壳、分段式桥壳，前者强度和钢度较大，便于主减速的装配、调整和维修。
普遍用于各类汽车上；多段式桥壳较整体式易于铸造，加工简便，但维修保养不便，汽车较少采用。
本设计选用整体式桥壳。
后桥壳体为整体铸造，半轴套管从两端压入桥壳中。
后桥壳前部和主减速器连接，后部为可拆式后盖，后桥壳上装有通气塞。
图1 驱动桥壳结构尺寸
1
1
2
本设计中的驱动桥壳总长为1800mm ，簧板距为970mm ，桥壳厚度为8mm ，选用材料为可锻铸铁，牌号为KT350-10，弹性模量为Mpa 61055.1 ，泊松比为0.23，密度为3/7200m kg ，抗拉强度为350Mpa ，屈服强度为200Mpa 。
这种材料有着较高的强度、塑性和冲击韧度，可用于承受较高的冲击，振动及扭转载荷下工作的零件。
3 对驱动桥壳进行有限元分析
ABAQUS 是一套功能强大的有限元分析软件，特别是在非线性分析领域，其技术和特点更是突出，它融结构、流体、传热学、声学、电学及热固耦合、流固耦合等于一体，由于其功能强大，再加上其操作界面人性化，越来越受到人们的欢迎。
在对桥壳进行有限元分析，首先将CATIA 软件设计的驱动桥壳模型导入ABAQUS 软件中，并将上述材料属性添加到模型。
图2 将模型导入ABAQUS 并赋予属性
由于本设计的桥壳为整体式桥壳，整体式桥壳与轮辋在凸缘盘外侧位置通过轴承相连接，因此可以将此处位置的约束看成全自由度约束。
桥壳通过板簧座位置与车体相连接，此处位置承受车体载荷。
本设计中车体满轴载荷（后）为6910kg ，考虑到车满载状况下行驶通过不平路面，将受冲击载荷，所以取2.5倍满轴载荷加于板簧座上，即总质量为17275kg ，每个板簧座承受86375kg 。
3
图3 给模型施加边界条件和载荷
采用四面体单元自由划分方式为模型划分网格，单元为C3D4线性减缩积分类型，具有二次位移模式的特征能更真实地反映受力情况。
图4 给桥壳模型划分网格
图5 桥壳模型节点数和单元数
从上图，可以看出有限元桥壳模型节点个数为7663，单元个数为26831。
将划分了网格的有限元模型提交，进行分析计算，结果如下图：
图6 桥壳模型应力分布云图
图7 桥壳模型应力分布云图
4
5
图8 桥壳模型位移分布图
4 结论
计算结果显示表明，应力集中分布在凸缘盘两侧，其中凸缘盘外侧米赛斯最大值为195.6Mpa ，而桥壳模型材料为可锻铸铁KT350-10，屈服应力为200Mpa 。
最大应力值小于材料的屈服应力。
桥壳的位移变形主要是分布在桥壳的中间部分，并沿两边位移值逐渐减小，图7.7显示最大位移值为0.07488mm ，可见桥壳受力变形位移非常小，满足国标规定的满轴载荷每米轮距最大位移变形不超过 1.5mm 要求。
综上分析表明，该桥壳模型满足强度要求。