汽车驱动桥壳的有限元分析
汽车驱动桥壳的有限元分析和优化
分 析和试验验证结果表 明， 优化后桥壳轻量化效果 明显 ， 应力与变形符合要求 。
关 键 词 ： 动桥 壳 ； 力分析 ； 态分 析 ； 劳 寿命 ； 驱 静 模 疲 优化 Ｆ Ａｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ Ｏｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｈ ｃ ｅ Ｄｒｖ ｌ ｕ ｉ ｇ Ｅ ａ ｙ ｉ ｎ ｔｍｉａ ｉ ｆ Ｖｅ ｉｌ ｉ ｅ Ａｘ ｅ Ｈｏ ｓｎ ｏ
ｄ ｓｒｂ ｉ ｎ ｆｓｒ ｓ ｎ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｂ ｔｔｃ ａ ａｙ ｉ ｎ ｅ ｈｅ ｍａ ｉ ｍ ｅ ｔｃ ｌ ｌａ ｉ ｇ ｃ ｎ ｉ ｉｔｉ ｕｔ ｓ ｏ ｔｅ ｓ ａ ｄ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｙ ｓａｉ ｎ ｌ ｓｓ ｕ ｄ ｒ ｔ ｘ ｍｕ ｖ ｒｉａ ｏ ｄ ｎ ｏ ｄ — ｏ
ｔｏ ｉｎ． １ ｔｔ ｔ ｔ ｒ ｌｆｅ ｕ ｎ ｉ ｓ ａｅ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｈ ｏ ｇ ｄ ｌａ ａｙ ｉ． Ｔｈ ａｉｕｅ ｌｆ ｎ ａｅｙ ｆｃ ｏ ｆｔ ｅ ｏ ５ ｈ ｎａｕ ａ ｒ ｑ ｅ ｃｅ ｒ ｅｅ ｍ ｎ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｍｏ ａ ｎ ｌ ｓｓ ｓ ｅ ｆｔｇ ｉ ａ ｄ ｓ ｆ ｔ ａ ｔｒ ｏ ｈ ｅ
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Ｌｉ Ｗ ｅ ，Ｘｕ ｍ ｉ ，ＬｉＰｉ ，Ｄｕ ｕ ｉ ｅ Ｋｅ ｎ ｎｇ Ｃｈａ ｃ ｎ ＆ Ｔａ ｙ ｎｇ ｈｕ ｎｇ Ｚｉ ｕ
汽车驱动桥壳的有限元建模与分析_第一章绪论_8_14
第一章 绪论 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，支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。
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[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，提高汽车行驶平顺性和舒适性。
１．１ 汽车设计中应用的有限元法 １．１．１ 有限元法在汽车设计中应用的意义 随着计算机技术的发展而发展起来的有限元法，是一种分析计算复杂结构极为有效的数值计算方法。
它先将连续的分析对象划分为由有限个单元组成的离散组合体，运用力学知识分析每个单元的力学特性，再组集各个单元特性，形成一个整体结构的控制方程组，通过计算，得到整体结构的位移场和应力场等结果。
有限元法的整个计算过程十分规范，主要步骤都可以通过计算机来完成，是一种十分有效的分析方法。
有限元法能够很好地模拟零部件的实际形状、结构、受力和约束，因此，其计算结果更精确，也更接近实际，可以作为设计、改进零部件的依据。
同时，可以利用有限元分析的结果进行多方案的比较，有利于设计方案的优化和产品的改进。
有限元法解决了过去对复杂结构作精确计算的困难，改变了传统的经验设计方法，因而逐步得到了应用。
把有限元法运用在汽车设计中，对企业提高产品质量、缩短开发周期、降低成本具有积极的作用。
根据德国汽车工业所做的研究，假设一个汽车设计存在一个严重的缺陷，为改正这个设计缺陷，可以用下面的结果来说明[2]：（1）如果这个缺陷在概念设计阶段被发现，则改正这个缺陷的费用是1个单位；（2）如果这个缺陷在详细设计阶段被发现，则改正这个缺陷的费用将是10个单位；（3）如果是在建造模型样机的时候出现了问题，则改正这个缺陷的费用1将是100个单位；（4）如果缺陷是在生产过程中被发现，则改正这个缺陷的费用将提高到1000个单位。
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。
汽车桥壳的有限元分析毕业设计
汽车桥壳的有限元分析毕业设计洛阳理工学院毕业设计（论文）汽车桥壳的有限元分析摘要随着汽车工业的高速发展，对汽车性能的要求越来越高，这使得传统的驱动桥桥壳的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的需要。
电子计算机的出现以及有限元的飞速发展为驱动桥壳的结构性能的计算分析带来了新的革命。
由于驱动桥桥壳是汽车重要的承载件和传力件，桥壳的性能和疲劳寿命直接影响着汽车的有效使用寿命。
因此，驱动桥壳应有足够的强度、刚度和良好的疲劳耐久特性。
合理设计驱动桥壳也是提高汽车安全性和舒适性的重要措施。
论文利用Pro/E建模软件建立高顶单胎14A-B型汽车驱动桥壳的3D模型，采用最新的ANSYS协同仿真有限元平台，按国家驱动桥壳台架试验的标准，在计算机中对5.0mm、6.0mm、6.5mm三种厚度驱动桥壳进行有限元分析，其中包括垂直弯曲刚度和静强度的分析。
有限元分析结果表明，5.0mm厚桥壳的垂直静强度不符合规范要求，6.0mm、6.5mm厚的两种桥壳满足规范要求。
最后，结合工程实例做了桥壳的失效分析，找出桥壳失效的原因是垂直静强度不够、某些装配部位应力过大。
并提出相应的改进意见，以供参考。
关键词：驱动桥桥壳，ANSYS，垂直弯曲刚度，静强度，失效分析I洛阳理工学院毕业设计（论文）AUTOMOBILE BRIDGE SHELL FINITE ELEMENTANALYSISABSTRACTWith the auto industry high speed development, the function to the automobiledemands more and more highly, the feasible tradition designs of the auto mobile drive axle housing already haven’t satisfy the request that modemdesigns. The calculation analysis that the electronic computer appearing develops at full speed for the structure designs as well as finite element method after has brought about new revolution.Since the axle housing is mainly carrying and passing components of thevehicle, the axle housing function and fatigue life have direct impact to effective automobile useful time, the axle housing should have sufficient intensity, stiffness and well durable fatigue property. Therefore, the axle housing designs are also to improve automobile safety and the comfortableness importance rationally methods.The thesis makes use of Pro/E software building the 3D models of 14A-Btype’s axle housing. Using ANSYS workbench FEA simulated platform, according to the national standard of drive axle housing tests, three types thickness drive axle housing has simulated by FEA on 5.0mm, 6.0mm, 6.5mm inthe computer has included vertical curves just degree and start intensity analysis. Static analysis of result indicates that the perpendicularityintensity and fatigue strength of the 5.0mm axle housing is unqualified, 6.0mm, 6.5mm two types’ axle housing come up to the national standard. End, wedge bonding engineering solid instance the lapse that made bridge housing analysis, finding out the reason of bridge housing lapse is perpendicular stat intensity not enough and some assembly part stress over big. And the submissions correspond of betterment opinion to provide a reference.KEY WORDS: Drive axle housing, ANSYS Workbench, The vertical curves just a degree, Quiet intensity, Failure analysisII洛阳理工学院毕业设计（论文）目录前言 ........................................................................... ....................... 1 第1章绪 (2)1.1汽车桥壳的分类和机构特征概述 (2)1.2.1 国外CAE的发展和现状论述 ..................................... 3 1.2.2国内CAE分析的发展和现状 ..................................... 4 1.3 本课题的工程背景和研究意义 ............................................. 4 1.4 本文的主要研究内容和技术路线 (5)1.4.1 本文的主要研究内容...................................................5 1.4.2 技术路线流程图........................................................... 5 1.5 小结 ........................................................................... ............. 6 第2章有限元基本方法和桥壳有限元模型. (7)2.1 有限元基本方法及其计算工具简介 (7)2.1.1 有限元方法及其理论...................................................7 2.1.2 ANSYS系列通用有限元软件 ...................................... 8 2.2 14A-B型汽车桥壳的实体模型和有限元模型 .. (10)2.2.1 桥壳实体模型 ............................................................ 10 2.2.2 有限元模型、网络划分和单元介绍 ......................... 11 2.2.3 驱动桥桥壳模型材料介绍......................................... 12 2.3 小结 ........................................................................... ........... 12 第3章驱动桥的受力特征及结构静力分析.. (14)3.1 汽车驱动桥桥台试验 (14)3.1.1 驱动桥桥壳垂直弯曲刚度和静强度试验简介 ......... 14 3.1.2 垂直弯曲刚度和静强度试验评估指标 ..................... 14 3.2 桥壳受力特征.. (15)3.2.1 约束情况 (15)3.2.2 载荷施加方式 ............................................................16 3.3 有限元分16III1.2 汽车桥壳CAE分析的研究和发展 (3)洛阳理工学院毕业设计（论文）3.4 小结 ........................................................................... ........... 18 第4章静力分析结果 (19)4.1 垂直弯曲刚度分析结果对比...............................................19 4.2 垂直弯曲静强度分析结果对比 ........................................... 22 4.3 小结 ........................................................................... ........... 25 第5章桥壳失效原因及改进意见 (27)5.1 分析失效原因的目的........................................................... 27 5.2 分析的一般步骤 (27)5.3 失效原因及改进意见........................................................... 27 5.4 小结 ........................................................................... ........... 28 结论 ........................................................................... ..................... 29 谢辞 ........................................................................... ....................... 30 参考文献 ........................................................................... ................. 31 附录 ........................................................................... (32)IV洛阳理工学院毕业设计（论文）前言汽车驱动桥是汽车主要的传力件和承载件，它不仅要把发动机输出的扭矩传递到车轮以驱动汽车行驶，还要承受汽车以及路面的各种力和扭矩，因此要有足够的强度、刚度和疲劳强度。
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。
基于有限元方法的载货汽车驱动桥壳分析(毕业设计用)
$&$0#** %
桥壳的位移变形符合 *汽车驱动桥台架实验评 价指标 +(1234’()/$+++ $ 要求的每米轮距最大变形 小于 $&’** " (! $ 应力分析 在汽车侧翻的临界状况时 ! 轮毂内轴承内侧位 置存在着最大应力 ! 其值为 ’%(,-.! 小于轮毂轴管
图 ! 冲击荷载作用下桥壳应力图 (-.$
!"# 桥壳承受最大铅垂力工况分析
对桥壳承受最大铅垂力 # 即冲击载荷 ! 按 !&’ 倍 满载轴荷 $ 工况下 ! 对该桥壳作变形和应力分析 % 图
( &图 ) 分别为冲击载荷作用下的桥壳应力和整体变
$&#!+** ) 桥壳纵向最大位移发生在汽车以最大牵
引力行驶时 ! 两端与中央沿纵向的最大相对位移为
材料的屈服强度 50’,6.) 在冲击载荷作用下 ! 最大 应力发生在桥壳钢板弹簧座附近 ! 其值为 7+),6. ! 小于桥壳材料的屈服强度 ()’,6." 桥壳的强度符合 要求 " 根据以上结论可知 ! 该桥壳的强度和变形均符 合要求 "
% 结束语
通过有限元模拟方法 ! 分析了汽车驱动桥壳在 不同工况下对应的应力和变形 ! 为汽车驱动桥的强 度评价及疲劳寿命估算提供了所需数据 ! 也为汽车 安全运行提供了必须的依据 " 同时 ! 有限元方法的利
’-F,F "对某整体式桥壳进行应力场和位移场分析 "
并验证其设计的合理性 ’
图 " 驱动桥壳静力简图
" 驱动桥壳受力分析及强度计算
桥壳可被简化为一空心横梁 " 两端经轮毂轴承 支承于车轮上 ’ 在静力状态下 % 钢板弹簧座处桥壳 承受汽车的簧上载荷 7 ) 而沿左右轮胎的中心线 " 由
驱动桥壳有限元分析
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，泊松比为0.23，密度为，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。
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。
汽车驱动桥壳的有限元法分析及提高强度措施
Ｋｅ ｒ ｓ：ａ ｔｍｏｉｅｄｉｅａｌ ｏ ｓ ｇ ｎ ｙｉ ； ａ ｓｓ ｙ ｗｏ ｄ ｕｏ ｔ ｒｖ ｘｅｈ ｕ ｉ ；ａ ａ ｓｓ ｍｅ ｕｅ ｖ ｎ ｌ
１ 汽 车驱 动桥概述 ｊ
汽 车结 构 中 车桥 是 驱 动 桥 和 从 动桥 的统 称 。汽
解” 。将实体建模、 系统组装、 限元 前后 处理 有限 有 元求解和系统动态分析等集成一体 ， 最大限度地满足 工程设计分析的需要 ， 能高效准确地建立分析构件的 三维实体模型 ， 自动生成有 限元 网格 ， 立相应 的约 建 束及载荷工况 ， 自动进行有 限元求解 ， 并 对模 态分析 计算 结果 进行 图形 显示 和结 果输 出 ， 对结 构 的动 态 特
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｕｏ ｔ ｅ ｄ ｉｅ ａ ｌ ｓ ｔｅ ｍａｎ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｈ ｃ ｕ ｐｉｓ ｐ ｗ ｒａ ｄ ｃ ｒｙｎ ａ ａ ｉ ｈ ｎ ｖ ｈｃ ｅ ｉ ｉ ｐ ｒ － ｔｍｏｉ ｒ ｘ ｅｉ ｈ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｉｈ ｓ ｐ ｌ ｏ ｅ ｎ ａｒ ｉ ｇ ｃ ｐ ｃ ｔ ｗ ｅ ｅ ｉｌ ｎ ｏ ｅ ａ ｖ ｖ ｗ ｅ ｙ ｓ
ｄ ｓｇ ｎ ｉ ｌ ｔ ｎ ｅ ｐ ｒ ｎ ｉｈ ａ ｃ ｋ ｙ ｐ ｉ ｔ ｆａ ｔｍｏ ｖ ｒｖ ｘ ｅ ｐ ｏ ｕ ｉ ｇ ａｅ ｅ ｐ ｕ ｄ ｄ ｎ ｉ ｓｐ ｐ ｒｉ － ｅ ｉ ａ ｄ ｓｍｕａ ｉ ｘ ｅ ｉ ｎ ｏ ｍｅ ｔ ｗｈｃ ｒ ｅ ｏｎ ｓｏ ｕｏ ｔ ｅ ｄ ｉ ｅ ａ ｌ ｒ ｄ ｃｎ ｒ ｘ ｉ ｏ ｎ ｅ ．ａ ｄ Ｔｈ ａ ｅ ｎ ｔｏ ｕ ｅ ｏ ａ ｕ ｅ ｆａ ｌ ｏ ｓｎ ｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ａ ｄ ａ ｌ ｏ ｓｎ ｔ ｎ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｎ Ｉ ｎ ｒｄ ｃ ｄ ｒ ｄ ｅ ｓｓ ｍｅ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ｏ ｘｅ ｈ ｕ ｉｇ ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓ ｎ ｘ ｅ ｈ ｕ ｉ ｇ ｓ ｅ ｇｈ ｉ ｒｖ ｍｅ ｔａｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ． ｎ ｅ ｓ ｒ
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］。
汽车驱动桥桥壳强度与模态的有限元分析.【范本模板】
42机械设计与制造Machinery Design＆Manufacture第2期 2010年2月文章编号:1001—3997（201002-0042—02汽车驱动桥桥壳强度与模态的有限元分析‘陈国荣1’2唐绍华1(1南京工业大学机械与动力工程学院,南京210009（2南京航空航天大学机电学院，南京210016 Finite element analysis of strength and modaI on automotive drive axle housing CHEN Guo—rong”2，TANG Shao-hual(1Nanjing University ofTechnology，Nanjing 210009,China（2Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，Chinaj 【摘要】介绍了汽车驱动桥桥壳结构强度和模态有限元分析的研究背景，论述了ANSYS work—i 毒bench软件的有限元分析功能和优点。
采用三维CAD软件UG建立了汽车驱动桥桥壳的三维几何模型,; j然后将其导入ANSYS Workbench软件中进行了结构强度和模态有限元分析。
仿真结果表明,汽车驱动桥; ｛桥壳的强度满足设计要求，并且具有良好的.tkAg，}生。
f j 关键词：汽车驱动桥桥壳;强度;模态;有限元分析 i ｛【Abstract】The finite element analysis research background of strength and modal on automobile； {driving axle housing structural was introduced,and the finite element analysis function and advantage of}'ANSYS Workbench software was elaborated。
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]。
~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]。
驱动桥壳有限元分析模型的改进
驱动桥壳有限元分析模型的改进驱动桥壳作为汽车传动系统的一个重要组成部分，其性能对整个车辆的操作和稳定性起着至关重要的作用。
由于汽车行驶过程中振动和冲击的不断作用，驱动桥壳的疲劳损伤是其设计和使用过程中需要重点关注的问题。
有限元分析是一种经典的应用于工程设计领域的分析方法，本文将介绍一种驱动桥壳有限元分析模型的改进，旨在提高其分析精度和适用范围。
一、模型改进传统的驱动桥壳有限元分析模型常常采用通常静态弹性分析方法，而真实情况下由于驱动桥壳处于振动状态，其动态特性发挥了重要作用。
因此本研究将驱动桥壳的动态特性考虑进去，采用动力学有限元分析方法，并且将勃朗公式应用于驱动桥壳的疲劳分析。
该方法基于线性弹性理论和最小总动能原理，能够更加准确地预测驱动桥壳的应力、变形和疲劳寿命等重要参数。
二、计算方法动力学有限元分析方法在采用时需要先建立一个驱动桥壳的三维几何模型，并对其进行网格划分和节点编号，以建立有限元模型。
其次，选取适当的材料模型和本构关系模型，进行加载模拟和求解。
在本研究中，我们采用了格拉斯哥大学开发的LS-DYNA软件进行有限元分析，该软件具有计算速度快、精度高、可靠性好等优点，能够有效处理非线性问题和大型计算问题。
三、实验验证为了验证改进后的驱动桥壳有限元分析模型的准确性和适用范围，我们进行了一系列数值模拟实验，并与现有的试验数据进行对比。
实验结果表明，新模型可以精确地预测驱动桥壳在加速和制动等动态工况下的应力、变形和疲劳寿命等参数，与试验数据吻合度也得到了明显的提高。
四、结论本研究针对传统驱动桥壳有限元分析模型存在的不足，引入了动力学有限元分析方法和勃朗公式，建立了新的驱动桥壳有限元分析模型。
该模型能够更加准确地预测驱动桥壳的应力、变形和疲劳寿命等参数，具有更广泛的适用性。
我们的研究为相关领域的研究提供了新思路和新方法，为汽车传动系统的研发和设计提供了一定的指导和参考。
除了上述改进，为了进一步优化驱动桥壳的有限元分析模型，我们还需要加入更多的参数来考虑实际情况。
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。
江铃汽车驱动桥桥壳有限元分析
313 疲劳分析结果 31311 S 2 N 曲线的确定
驱动桥疲劳试验应为低应力高周疲劳 , 可采用 [2] 应力寿命曲线 ( S 2 N Curve ) 。宝钢产 B510L1 汽车 大梁用钢对应正火 45 号钢 ,查 P 2 S2 N 曲线中与存活 率有关的材料常数 ap = 351481 5 和 bp = - 121080 4 值
212 建立有限元模型
该车型桥壳为整体式桥壳 , 由钢板冲压焊接而 成 ,主要由桥壳本体 、 半轴套管 、 后桥盖总成 、 钢板弹 簧固定支座总成 、 减振器下支架总成 、 后制动底板固 定法兰等组成 。在 Solidworks中按原设计图纸对桥 壳进行参数化建模 ,如图 3 所示 。
图 5 约束模型
[摘要 ] 利用 Solidworks软件建立一辆江铃汽车驱动桥壳 3D 模型 。基于 ANSYS W orkbench 协同仿真平台 ,
模拟驱动桥壳台架试验国家标准中规定的试验工况进行有限元分析 ,求得该车驱动桥 3 种不同厚度桥壳的弯曲刚 度、 垂直静强度和疲劳寿命 。结果表明 , 3 种厚度的桥壳都具有足够的静强度和刚度 ,疲劳寿命均达到国家标准 。
2 有限元模型建立
211 建模软件和分析平台介绍
采用的 Solidworks是一套基于 W indow s平台上 的参数化 3D 实体模型构建软件 。有限元分析则是 基于 ANSYS Workbench协同仿真平台 , 它是新一代 CAE 分析环境和应用平台 , 其中包含了建模工具 Design Modeler, 分析工具 Design Sim ulation, 优化分 析 Design Xp lorer,网格工具 CFX M esh等 。
关键词 : 驱动桥桥壳 ; 有限元分析 ; ANSYS Workbench
商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析
·１ ４·
《 （ ） 机械与电子 》 ２ ０ １ ２ ８
ห้องสมุดไป่ตู้
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
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1.期刊论文 马迅.田荣.MA Xun.TIAN Rong 基于协同仿真环境的驱动桥壳有限元分析 -重庆工学院学报（自然科学
版）2007,21(9)
以有限元静态分析理论为基础,将CATIA和ANSYS 11.0协同仿真环境(AWE)结合运用,完成了从驱动桥壳三维建模到有限元分析的整个过程,得出了驱动 桥壳在4种典型工况下的应力场和位移场,并对其进行了强度和刚度的校核.在此基础上,研究了驱动桥壳关键尺寸的改变对桥壳应力分布和变形结果的影 响.结果表明桥壳满足设计要求.
工况
约束条件
最大垂向力约束桥壳两端轮距处的点ｙ，ｚ向的平动和绕ｘ向 的转动
最大牵引力约束左侧（ｘ的负向钢板弹簧座三个方向的平动和 绕ｘ轴的转动），另一侧钢板弹簧座处ｚ和＇，向的
平动和绕工的转动。 最大制动力约束左侧钢板弹簧座处ｘ，ｚ向的平动和绕工的转
动；右侧钢板弹簧座处ｚ向的平动和绕ｘ的转动； 两侧凸缘盘所在位置上的节点的ｙ方向的自由度。
（沈阳航空丁业学院机械与汽车学院，辽宁沈阳１１００３４）
摘要：利用ｃＡｌｌＡ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。分
别得到了驱动桥壳四种典型Ｔ况的等效应力和变形。结果表明该驱动桥壳满足强度要求和最大
变形量的要求，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：ＣＡｌ．ＩＡ；驱动桥壳；有限元分析
ｌ 驱动桥壳有限元模型的建立
首先在ＣＡｌ．１Ａ中建立了某货车驱动桥壳的 三维模型，在保证分析精度的情况下，在建立模型 过程中进行了一定的简化。然后将三维模型导人 到ＡＮＳＹＳ中，选择８节点的４５号单元，对其进行 划分网格，得到２９９１９０个单元，６９４７９个节点。 有限元模型如图ｌ所示。该驱动桥壳材料为 ＱＴ４００一１５，弹性模量Ｅ＝１９６．２ＧＰａ，泊松比肛＝
收稿日期：２００７—１ｌ—１３ 作者简介：王文竹（１９７６一），男，辽宁盖州人，讲师．硕士
０．３。半轴套管的材料为４５Ｍｎ２，弹性模量Ｅ＝ ２１０ＧＰａ，泊松比肛＝０．３。
图ｌ驱动桥壳的有限元模型
２载荷及边界条件的确定
２．１ 驱动桥壳载荷的计算 驱动桥壳在车辆行驶中的受力状况比较复
杂，承受的力主要有垂向力、切向力（牵引力或制 动力）和侧向力。这里，简化为以下四种典型工 况进行计算：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
王文竹， 程勉宏， 刘刚 沈阳航空工业学院机械与汽车学院,辽宁,沈阳,110034
沈阳航空工业学院学报 JOURNAL OF SHENYANG INSTITUTE OF AERONAUTICAL ENGINEERING 2008，25(3) 4次
参考文献(4条) 1.刘维信.汽车设计[M].北京:清华大学出版社,2001 2.杨波,罗金桥.基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析[J].CAD/CAM与制造业信息化,1999 3.李欣.重型货车驱动桥桥壳结构分析及其轻量化研究[D].武汉:武汉理工大学,2006 4.陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2005
最大侧向力约束左侧钢板弹簧座处三个方向的平动和绕ｘ的 转动，另一侧钢板弹簧座处ｚ和ｙ向的平动和绕Ｘ
的转动。
３计算及结果分析
（１）最大垂向力工况 汽车后桥满载轴荷６８１５０Ｎ，把２．５倍动载荷 加载到桥壳上，桥壳只承受最大垂向力。桥壳的 等效应力和变形如图２所示。
（ａ）等效应力图
（ｂ）变形图
图２最大垂向力工况下等效应力图及变形图
从图２（ａ）中可以看出，在驱动桥壳中部出现
应力集中的情况，最大应力值为１０６ＭＰａ，但小于 材料的许用应力４００ＭＰａ。从图中还可以看出，靠 近钢板弹簧座处应力也较大。从图２（ｂ）中可以
看出，桥壳最大变形量发生在桥壳凸缘盘处，其变 形量为０．６３４ｍｍ，其满足国家标准规定满载轴荷 时每米轮距最大变形不超过１．５ｍ－ｎ／ｍ。
万方数据
第３期
王文竹等：汽车驱动桥壳的有限元分析
此工况为汽车满载以最大牵引力作直线行驶 时的工况，不考虑侧向力。此时左右驱动轮除作 用有垂向反力外，还作用有地面对驱动车轮的最 大切向反作用力（及牵引力），最大牵引力大小 为：
尸一＝等竽
式中：瓦一一发动机最大转矩，为３９２Ｎ·ｍ； ｉ。。一变速器，档传动比，为７．６４；ｉ。一驱动桥的主 减速比，为６．２５；叼，一传动系的传动效率，ｏ．９； ｒ，一驱动车轮的滚动半径，为０．４７ｍ。
（２）最大牵引力工况 此工况下，汽车满载，发动机以最大转矩工 作，亦为最大启动工况。桥壳主要承受垂向力和
最大牵引力。桥壳的等效应力分布和变形如图３ 所示。
万方数据
沈阳航空Ｔ业学院学报
第２５卷
重由侧滑方向一侧的车轮承担，桥壳这种极端情 况对驱动桥的强度极其不利，应避免发生。此时， 桥壳主要承受垂向力和最大侧向力，桥壳的应力 分布和变形如图５所示。
代人以上数值得Ｆ＝２１８０８Ｎ。 （４）桥壳承受最大侧向力工况 该工况是汽车发生侧滑时的极限工况，即当 驱动桥的全部荷重由侧滑方向一侧的驱动车轮承 担时，驱动桥承受的侧向力为：
Ｐ＝Ｇ×妒１
式中：Ｐ－一驱动桥承受的侧向力；ｐ汽车满
载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，为 ６８１５０Ｊ７、ｒ；妒。一轮胎与地面的侧向附着系数，取
ｔ｝Ｉｅ ｄｄＶｅ ａ）【ｌｅ ｈｏｕｓｉｎｇ ｓｔｌｌＪｃｔｕｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｕｍ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＴＩＡ；ｄｒｉｖｅ ａｘｌｅ ｈｏｕｓｉｎｇ；ＦＥＡ
万方数据
汽车驱动桥壳的有限元分析
作者： 作者单位： 刊名：
侧半轴套管的端部，其最大变形量为０．７７３ｍｍ。
４结论
通过对驱动桥壳四种典型工况的有限元分 析，可以看出，该驱动桥壳满足强度要求和最大变 形量要求。利用ＣＡＥ软件进行仿真分析和计算， 可以降低设计开发成本，减少试验次数，缩短设计 开发周期，提高产品质量，使得汽车在轻量化、舒 适性和操纵稳定性方面得到改进和提高，具有非 常重要的实际意义。
参考文献：
［１］刘维信．汽车设计［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００ｌ ［２］杨波，罗金桥．基于ＡＮｓＹｓ的汽车驱动桥壳的有限元分析
［Ｊ］．ｃＡＤ／ｃＡＭ与制造业信息化，１９９９ 【３］李欣．重型货车驱动桥桥壳结构分析及其轻量化研究［Ｄ］．武
汉：武汉理工大学，２００６ ［４］陈家瑞．汽车构造［Ｍ］．北京：机械工业出版社。２００５
２００８年６月 第２５卷第３期
沈阳航空工业学院学报 Ｊｏｕｍａｌ ０ｆ ＳｈｅｎｙａｒＩｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎ百ｎｅｅｒｉ“ｇ
Ｊｕｎ．２００８ Ｖ０１．２５ Ｎｏ．３
文章编号：１００７一１３８５（２００８）０３—００３８一０３
汽车驱动桥壳的有限元分析
王文竹程勉宏刘刚
此工况侧向反作用力的最大值即侧向附着力，汽
车处于侧滑的临界状态。此时，驱动桥的全部荷
（ａ）等效应力图
（ｂ）变形图
图５最大侧向力工况下等效应力图及变形图
由图５可知，最大侧向力工况下的最大应力
发生在钢板弹簧座附近，其最大值为２２９ＭＰａ，小
于许用应力。最大变形量出现在位于侧滑方向一
节点上施加与运动方向一致的最大牵引力。
续表ｌ
最大制动力在两侧车轮轮距处各节点施加垂向力，在该处施加 与汽车运动方向相反的最大制动力，在两钢板弹簧 座的外侧与轮毂内轴承之间输入由制动力引起的 转矩。
最大侧向力在侧滑方向一侧车轮轮距处施加垂向力。且在该处 施加水平方向的最大侧向力。
表２各工况驱动桥壳的约束条件
2.学位论文 张成波 1141重型货车驱动桥桥壳轻量化研究 2010
重型载货汽车驱动桥壳支撑着汽车的荷重，是主要的传力件承载件，还将其载荷传递给车轮。作用在汽车驱动轮上的三种力即制动力、牵引力和侧 向力，同样也是经过桥壳传到悬挂及车架或者车身上。汽车在行驶过程中会遇到各种各样的天气和路况，因此，驱动桥壳结构性能对整车性能及使用寿 命有着直接的影响作用。随着人类社会的不断发展，对汽车的平顺性和舒适性能要求日益提高，随着能源短缺问题的日益严重，使得人们对汽车轻量化 要求越来越高。这使得传统的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的要求。随着近代数学水平及其在工程上的应用日趋成熟，有限元法作为一种日 益普遍运用的计算分析工具，其产生和发展推动了计算机辅助设计的技术水平。通过有限元法对驱动桥壳结构进行性能分析，在设计时考虑驱动桥壳结 构的优化，对提高整车的各种性能，减轻桥壳重量，降低制造成本等都具有十分重要的意义。<br> 本文重点研究大致包括以下内容：结合某车型的驱动桥壳实际模型，和现在的能源危机下不断发展的轻量化设计要求，提出了对驱动桥壳进行轻量化的 研究目标，以有限元线性静态分析、自由模态分析及机械结构优化设计理论为基础，将CAD软件CATIA和有限元分析软件HYPERMESH结合使用，首先在原驱 动桥壳的结构和使用条件下结合三维建模理论对研究对象进行了一定程度上的简化处理，完成了驱动桥壳CATIA三维简化后的模型建立，然后将建立好的 三维模型导入HYPERMESH分析软件，进行了HYPERMESH有限元模型的建立及分析的整个过程，得出了驱动桥壳在四种典型工况下的综合变形结果和应力分 布及它在自由约束状态的前6阶固有频率和振型，通过上述分析结果结合桥壳实际使用时的材料许用应力和路面激励频率，证实该桥壳满足设计要求，即 可认为它在要求的各种行驶状况下是具有可靠性，而且不会引起共振。最后应用HYPERMESH的结构优化模块对其进行厚度优化，结果表明，桥壳质量有了 明显的减少，最大应力与许用应力更接近，有较好的实际工程应用意义。