车桥桥壳参数计算方法
驱动桥壳设计
第六节驱动桥壳设计驱动桥课的主要功用是支撑汽车质量，并承受由车轮传来的路面的反力和反力矩，并经悬架传给车架（或车身）；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体驱动桥壳应满足如下设计要求：1）应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前提下，尽量减小质量以提高汽车行驶平顺性．3）保证足够的离地间隙．4）结构工艺性好，成本低．5）保护装于其上的传动部件和防止6）拆装，调整，维修方便．一．驱动桥壳结构方案分析驱动桥壳大致可分为可分式、整体式和组合式三种形式。
1．可分式桥壳可分式桥壳(图5—29)由一个垂直接合面分为左右两部分，两部分通过螺栓联接成一体。
每一部分均由一铸造壳体和一个压入其外端的半轴套管组成，轴管与壳体用铆钉连接。
这种桥壳结构简单，制造工艺性好，主减速器支承刚度好。
但拆装、调整、维修很不方便，桥壳的强度和刚度受结构的限制，曾用于轻型汽车上，现已较少使用。
2．整体式桥壳整体式桥壳(图5—30)的特点是整个桥壳是一根空心梁，桥壳和主减速器壳为两体。
它具有强度和刚度较大，主减速器拆装、调整方便等优点。
按制造工艺不同，整体式桥壳可分为铸造式(图5—30a)、钢板冲压焊接式(图5—30b)和扩张成形式三种。
铸造式桥壳的强度和刚度较大，但质量大，加：上面多，制造工艺复杂，主要用于中、·重型货车上。
钢板冲压焊接式和扩张成形式桥壳质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，广泛应用于轿车和中、小型货车及部分重型货车上。
3)组合式桥壳组合式桥壳(图5—31)是将主减速器壳与部分桥壳铸为一体，而后用无缝钢管分别压入壳体两端，两者间用塞焊或销钉固定。
它的优点是从动齿轮轴承的支承刚度较好，主减速器的装配、调整比可分式桥壳方便，然而要求有较高的加工精度，常用于轿车、轻型货车中。
二．驱动桥壳强度计算对于具有全浮式半轴的驱动桥，强度计算的载荷工况与半轴强度计算的：三种载荷工况相同。
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。
(word完整版)车桥桥壳参数计算方法
3。
2 挖掘机后桥桥壳设计3.2.1 桥壳类型选择由于轮式挖掘机后桥桥壳是挖掘机上的主要部件，起着支承汽车荷重的作用，并将载荷传给车轮。
作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到车架和车厢上。
因此。
轮式挖掘机桥壳既是承载件又是传力件。
同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置的外壳，而且工作负载高，负荷变化大，行驶路况多变,工作环境恶劣，综合各项因素接合毕业设计要求我决定使用三段可分式桥壳作为设计目标。
3。
2。
2 桥壳设计及计算1．桥壳设计桥壳的设计是一个参数探索的过程，对于一款桥壳的设计首先是参考一款目前已经成熟的桥壳参数，并根据设计目标进行参数修正，将参数修正后的结果进行理论和有限元分析，查看是否满足要求，如不满足，就继续修正参数，直到最终达到设计要求，对于本次设计的目标，参考了某公司7吨轮式挖掘机驱动桥的参数，并根据实际需要进行了多次参数修正和分析，最终得到设计模型。
2桥壳的静弯曲应力计算桥壳犹如一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在平板座处桥壳承受汽车的簧上质量，而沿左右轮胎中心线，地面给轮胎以反力G /2（双胎时则沿双胎之中心），桥壳则承受此力2与车轮重力g之差值，即（G -g），计算简图如下图所示。
w2w桥壳按静载荷计算时，在其两座之间的弯矩M为M =（G - g）空s N - M2w2式中：G ——汽车满载静止与水平路面时驱动桥给地面的载荷，N；2g—-车轮（包括轮毂、制动器等）的重力，N; wB——驱动车轮轮距，m;s—-驱动桥壳上两座中心距离，m.由弯矩图可见，桥壳的危险断面通常在座附近.通常由于g远小于G /2,且设计时不易准确w2预计，当无数据时可以忽略不计.而静弯曲应力o则为wjo = x103 MPawj WV式中：M——见弯矩公式；W——危险断面处桥壳的垂向弯曲截面系数。
V在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算当汽车在不平路面上高速行驶时,桥壳除了承受静力状态下那部分荷载以外,还承受附加的冲击载荷。
汽车桥壳的有限元分析
汽车桥壳的有限元分析闫维来源：E-WORKSCAE技术,在产品生产的各阶段,周期内都有实在际效益,例如:在概念设计阶段CAE可以为设计职员来完成基础设计的验证,不同方案的比较,满足功能,性能方面的要求;在具体设计阶段CAE可以验证各种零部件是否满足性能,制造上是否可行等,不过我国目前CAE技术的开展,主要集中在产品开发和试验阶段.本文研究的车桥就是经试验检测后在进行的CAE研究.随着CAE技术在中国的逐步被重视,越来越多的企业引进了CAE技术,本文主要简述CAE技术在某型汽车桥壳方面的应用.一、前言汽车桥壳是车辆中重要的安全件和功能件,是几何外形较为复杂的零件,它是主减速器,差速器,半轴的装配基体,主要功能是支撑汽车重量,并承受由车轮传来的路面反力和反力矩,并经悬架传给车架或车身,其性能直接影响运输车辆的安全性和可靠性,要求有足够的强度和刚度,质量要小,从而进步汽车行驶的平顺性.我国目前的实际应用中的桥壳多为铸造桥壳和钢板冲压焊接桥壳,铸造桥壳有较高的强度和刚度,但质量也较大,铸造质量也不易保证,很轻易造成材料和能源的浪费.而钢板冲压焊接桥壳,相比较而言,轻易制造,质量轻,但加工工序较多,往往存在着回弹超差,而且焊缝质量要求高,也很浪费材料和能源.随着成型设备及相关技术的发展,液压胀形技术在国外迅速发展,广泛应用于汽车制造行业,日本等国家在液压胀形技术上已经达到较高的水平,我国目前还处在试制阶段,不过也渐渐引起了业内人士的关注,液压胀形桥壳的主要优点是壁厚分布公道,无焊缝,刚度,强度高,重量轻,材料利用率高,节能降耗,加工工序少,加工效率高.这将是车桥今后发展的一种趋势,本文主要是通过ANSYS有限元软件对某型车桥结构进行的有限元计算与分析。
二、有限元计算与分析CAE技术,在产品生产的各阶段,周期内都有实在际效益,例如:在概念设计阶段CAE可以为设计职员来完成基础设计的验证,不同方案的比较,满足功能,性能方面的要求;在具体设计阶段CAE可以验证各种零部件是否满足性能,制造上是否可行等,不过我国目前CAE技术的开展,主要集中在产品开发和试验阶段.本文研究的车桥就是经试验检测后在进行的CAE研究.2.1有限元模型的建立我们根据设计者向我们提供的某后桥的数模，在对计算精度影响不大的条件下，为进步计算速度，对模型做适当的简化。
8-9m半轴、桥壳计算
3、最大侧向力时强度计算 侧滑系数 计算公式中见附图
车轮外轴承径向力(33113X2) 车轮内轴承径向力(32214) 车轮内轴承弯矩 车轮外轴承弯矩 圆周率
危险断面在车轮内轴承 Ψ' a b c S1 S1=G2(Ψ'*rk-b)/a S2 S2=S1+G2 MA MA=G2(Ψ'*rk-b) MB MB=c*MA/a π
屈服安全系数 破坏安全系数
[σb] fs fb
fs=[σs]/σA fb=[σb]/σA
2、汽车制动时桥壳的强度计算
危险断面在弹簧座处
制动时后桥负荷转移系数
m2'
轮胎附着系数
Ψ
由车轮反作用力T制作用在垂直平面内的弯矩 M弯曲 M弯曲=m2'*G2*l/2
由制动力P制产生的水平面内的弯矩
M弯平 M弯平=m2'*G2*l*Ψ/2
57 80 2474.789613 57 75 1866.106036 37311.32028 27599.70828 787.9646118 532.6143252 116.5351586 112.5337981 813.4061464 815 980 1.001959481 1.204810173
0.7 0.85 10564400 8979740
0.7 0.85 10564400 8979740
10379180 173.3065973 32.55539245 182.2491081 245 410 1.344313849 2.249668074
10379180 164.9388262 31.52083333 173.7397628 310 450 1.78427779 2.590080662
后桥桥壳强度计算(垂直、牵引、制动、侧滑工况)
后桥桥壳强度计算（垂直、牵引、制动、侧滑工况）根据《汽车车桥设计》的方法进行计算简算。
数据仅供参考。
这种计算只适合设计初期的粗略计算判断。
实际设计时，需结合有限元分析软件，以处理桥壳的细节尺寸，使应力分布在更合理的状态。
本例子计算的桥壳结构如下截图所示（悬架按普通板簧悬架，车辆承载的力作用于桥壳方截面上面的的板簧盖板上- 下图中未画出上盖板）：说明：:注1 ：法规限制轴荷时，是按轮胎对地面的作用力确定的。
比如：一个10T 的轴荷对应的后驱动桥，折算到桥壳板簧座处的受力时，应该要用10T 减去桥总成的重量的。
不过本例子中是按作用在板簧座处的力为额定载荷，到轮胎上时，是额定载荷+ 桥重量。
这样算更保险点。
相当于叠加了一点安全系数。
注2 ：上述表格中的计算都是基于水平路面进行的计算。
所以计算结果仅能作为基础参考数据，起到数据统计对比的价值。
如果车桥使用的路况很恶劣，需要额外考虑坡度、凹坑、凸起等其他因素。
附件- 计算表格：桥壳强度计算.xlsx轮距B m 1.8板簧中心距s m 0.9 两板簧座之间的弯矩M M Nm 28665桥壳截面宽 B mm 135 桥壳截面高H mm 150 桥壳前后面壁厚δmm 14 桥壳上下面壁厚δ1mm 14 桥壳截面内宽度 b mm 107 桥壳截面内高度h mm 122 危险截面/ 板簧座处的垂向弯曲截面系数Wv 290365.8 桥壳板簧截面处的静弯曲应力σwj Mpa 98.7考虑到桥壳实际工作中要承受冲击载荷，所以实际应力σwd Mpa 246.8 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算（水平行驶）前桥额定载荷或满载载荷N 63700 汽车的质心高度 hgmm 1100 前桥总成的重量kg 400 汽车满载静止于水平地面时给地面的总载荷 Ga N 203350 前后桥的轴距 L mm3600 质心距前桥的距离L1 mm2400 地面对后驱动桥左轮的垂向反作用力 Z2L N 88519.9 地面对后驱动桥左轮的垂向反作用力Z2R N 88519.9地面对左右驱动轮的最大切向反作用力 Pmax N 142135.4发动机最大输出扭矩 Temax Nm1900变速器 I 档传动比 ig1 7驱动桥的主减速比 i05.29 传动系统效率1 驱动车轮的滚动半径rrm0.495水平状态，地面附着系数φ1 水平状态，地面摩擦力根据后桥载荷所能提供 的驱动力为135730此时桥壳在板簧座间处的垂直弯矩为Mv Nm 18867.0 此时桥壳在板簧座间处的水平弯矩为Mh Nm 20741.2 水平状态，地面附着系数φ0.8 地面对车轮的制动力N 36873.3 此时，同时还承受制动力产生的转矩T Nm 18252.3 此时的板簧座处的弯曲应力Mpa 141.5 此时的板簧座处的扭转应力Mpa 39.6汽车受最大侧向力时的桥壳强度计算（向右侧滑时）汽车驱动桥的侧滑条件为：P2>=Y2L+Y2R=G2* φ1板簧对桥壳的垂向作用力- 左侧T2L N 1565.8 板簧对桥壳的垂向作用力- 右侧T2R N 125834.2 板簧座（悬架安装面）距地面的高度rr' mm 585 汽车满载时车厢对板簧座处的最大垂向载荷G2' N 127400 板簧对桥壳的水平作用力- 左侧q2L N板簧对桥壳的水平作用力- 右侧q2R N计算侧滑时的轴承受力（更多计算见另一文件《轴承综合寿命折算》）原则上讲a+b 的值越大越好。
后桥桥壳强度计算(垂直、牵引、制动、侧滑工况)
后桥桥壳强度计算（垂直、牵引、制动、侧滑工况）根据《汽车车桥设计》的方法进行计算简算。
数据仅供参考。
这种计算只适合设计初期的粗略计算判断。
实际设计时，需结合有限元分析软件，以处理桥壳的细节尺寸，使应力分布在更合理的状态。
本例子计算的桥壳结构如下截图所示（悬架按普通板簧悬架，车辆承载的力作用于桥壳方截面上面的的板簧盖板上-下图中未画出上盖板）：说明：折算到桥壳板簧座处的受力时，应该要用10T减去桥总成的重量的。
不过本例子中是按作用在板簧座处的力为额定载荷，到轮胎上时，是额定载荷+桥重量。
这样算更保险点。
相当于叠加了一点安全系数。
注2：上述表格中的计算都是基于水平路面进行的计算。
所以计算结果仅能作为基础参考数据，起到数据统计对比的价值。
如果车桥使用的路况很恶劣，需要额外考虑坡度、凹坑、凸起等其他因素。
附件-计算表格：桥壳强度计算.xlsx项目代号单位数值两板簧座之间的弯矩M M Nm 28665桥壳截面宽 B mm 135 桥壳板簧截面处的静弯曲应力σwj Mpa 98.7因是垂直静弯曲强度计算，所以按2.5倍计算。
地面对后驱动桥左轮的垂向反作用力Z2R N 88519.9地面对左右驱动轮的最大切向反作用力Pmax N 142135.4重力加速度g m/s^2 9.8驱动桥承受的侧向力P2 N板簧对桥壳的垂向作用力-左侧T2L N1565.8原则上讲a+b 的值越大越好。
但是受空间和质量的限制，又不能做的太大，所以一般情况按a+b ≈rr/4。
离）。
因为此值一般都比较小，所以就省略了。
A-A 截面的垂向弯矩 M Nm 41743.0总结：上述计算的汇总信息如下：例如：公路用桥时，1为*.*g ，2为*.*g ，3为*.*g ，4为*.*g 。
（*.*为某一统计经验数值(即几点几个g 。
g 代表额定载荷)。
当有多个方向受力时，需要叠加各个实际载荷方向的数值）恶劣路面用桥时可在上述条件下叠加一些载荷，或是要求更高的安全系数，即在相同载荷条件下，允许的最大应力值必须更小一些。
桥面板、横梁计算
（一） 活载内力１． 汽车－20级产生的内力将加重车后轮作用于铰缝轴线上，后轴作用力为P=130kN,轮压分布宽度如图2-4-1所示。
由《公路桥涵设计规范》查得，汽车-20级加重车后轮的着地长度a 2=0.2m ，宽度b 2=0.6m ，则得到板上荷载压力面的边长为a 1=a 2+2H=0.2+2×(0.05+0.04+0.01+0.1)=0.6mb 1=b 2+2H=0.6+2×(0.05+0.04+0.01+0.1)=1.0m 荷载对于悬臂根部的有效分布宽度： a=a 1+2＇b =0.6+2×0.7=2.0ma 1、b 1—垂直于板跨及顺板跨方向车轮通过铺装层后分布于板顶的尺寸； a 2、b 2—垂直于板跨及顺板跨方向车轮的着地尺寸；＇b —集中荷载通过铺装层分布于板顶的宽度外缘至腹板边的距离； H —铺装层厚度。
冲击系数为（1+μ）=1.2666 作用于每米宽板条上的弯矩为： M sp =-（1+μ）)4(410b l aP -=-1.2666×)40.17.0(0.24130-⨯=-9.26kN.m作用于每米宽板条上的剪力为： Q sp =（1+μ）aP 4=1.2666×0.24130⨯=20.58kN 2.挂车-100产生的内力图2-4-2 挂车-100的计算图式（单位：m ）挂车-100的轴重为P=250kN ，着地长度2a =0.2m 和宽度b 2=0.5m 。
车轮在板上的布置及其压力分布图形如图2-4-2所示，则a 1=a 2+2H=0.2+2×(0.05+0.04+0.01+0.1)=0.6mb 1=b 2+2H=0.5+2×(0.05+0.04+0.01+0.1)=0.9m铰缝处纵向2个车轮对于悬臂根部的有效分布宽度为： a=a 1+d+2＇b =0.6+1.2+2×0.7=3.2m d —外轮的中距悬臂根部处的车轮尚有宽度为c 的部分轮压作用： c=＇b b --9.0(21)=)7.09.0(29.0--=0.25m 轮压面c ×a 1上的荷载对悬臂根部的有效分布宽度为： ＇a =a 1+2c=0.6+2×0.25=1.1m轮压面c ×a 1上的荷载并非对称于铰缝轴线，为简化计算，这里还是偏安全的按悬臂梁来计算内力。
重型商用车驱动桥壳典型工况计算方法分析
一轮 ｉ 验地
— —
Ｙ，＝Ｙ， ｌ ｏ ｏ
．
汽 车 的簧上 载 荷 ，而沿 左右 轮胎 中心线 ，地 面给 轮
力 （ 胎时 则沿 双 胎 中心 ） 双 ，受 力如 图 １ 示 。 所
轮与 胎】
２ 驱 动桥 有 限 元计 算方 法
驱动桥有 限元计算的前期 环节是建立桥 壳几１
型 建立 的好 坏 直接关
系计算 结果 的正 确 与 否 ，针 对较 复 杂的桥
壳 结 构 ， 用 三 维 软 采
．
１ ｌ
件ＵＧ来 建 立 几何 模
型 ，如图２ 示 。 所
在 有 限 元 分 析 图 １ 驱动桥桥 壳受力示意 图
ｔ 驱动 桥壳 是 汽 车的 主要 传 力件 和承 载件 ，而汽 车 车 亍 驶工 况 复杂 ，行 驶条 件 又是 千变 万化 ，因此要 精确
《 重型汽车》Ｈ Ａ Ｙ Ｔ Ｕ Ｋ ２ １ ． Ｅ Ｖ Ｒ Ｃ ００４
中 ，前处 理关 键环 节
图 ２ 后驱动桥几佰
是 网格划 分 ，一般 是将 导 入到Ａｎ ｙ 软 件 中的 ｓｓ 用 有限 元工 具 进行 网格划 分 ，模 型 采 用三 维 ８
Ｑｉｃ ｅｉ ｈ ｎ ｉｓ
施 一 围 — ｜ 霸 ｝ ＿ ：
元 ，分 别用 ８ ４ ０ ６ ７ 个 实体单 元和 ３ ４ 个 ０ ｌ ５ 节 点 代 替 原 实 体 模
型 ，如 图３ 示 。 所 本 文 采 用 先 利
车 向右 侧滑 ，作为 载荷 施加 在 有限 元 模型 的相 应 位置 ，然
后在 轮 距 的位置 增 加约 束 ，进 行求 解 计算 。两 种桥 壳 模型 的最 大变形 量分 别为 １ １ ４ ．６ ｍｍ和 １ １ ７ ． ５ ｍｍ，右侧 车轮板 簧 座 至过 渡 圆角处 的 桥壳 上 、下 表面 的 应力 值较 大 ，最 大等 图３ 有 限元划 分 网格模 型 效应 力分 别为 ｌ ８ ａ １ ５ ａ ３ ＭＰ 和 ３ ＭＰ ，安 全 系数分 别为４． ３ １ 和
铍铜轿车驱动桥壳强度计算
铍铜轿车驱动桥壳强度计算
铍铜轿车驱动桥壳的强度计算需要考虑多种因素，包括桥壳形状、材料性质、载荷情况等。
首先，需要确定桥壳的几何形状和尺寸。
根据实际情况，可以采用有限元分析等方法进行建模和求解。
其次，需要确定材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等属性。
铍铜是一种高强度、高硬度的材料，具有良好的抗拉、抗压、抗弯曲等性能，因此可以采用该材料作为桥壳的材料。
最后，需要对车辆在不同路面和载荷条件下的应力情况进行分析和计算。
根据实际情况，可以考虑采用静载荷试验、动力学仿真等方法，对桥壳进行性能测试和评估。
通过上述步骤，可以得到铍铜轿车驱动桥壳的强度计算结果，为设计和制造提供有力依据。
汽车驱动桥课程设计公式参数
数据名称符号数据单位注释总长 3.35m总宽B 1.4m总高H 1.89m最高车速Vamax105km/h最大爬坡度i0.3对应最大坡度角α0.2915弧度公式总质量ma1280kg重力加速度g9.8m/s^2汽车外参数符号数据单位注释传动系效率nt0.849自查滚动阻力系数fr0.01自查空气阻力系数Cd0.7自查汽车正面投影面积A 2.646m^2公式=总宽B*总高H根据Pmax选择发动机型号数据单位注释最大输出功率40kwTemax170.8079N*m公式np2200r/min离合器参数符号数据单位注释静摩擦因数f0.28摩擦面上的工作压力F6408.864N此处公式摩擦面数Z2个自查摩擦面单位压力Po0.4M/pa自查摩擦面面积A16022.16mm^2此处公式摩擦片外径D200mm自查摩擦片内径d140mm此处公式摩擦片内外径之比C0.7自查平均摩擦半径Rc0.085m此处公式最大扭矩Temax170.8079N*m自查离合器后备系数β 1.3自查变速器参数数据单位注释（6.00_14）r r0.305m自选型号变速器最低传动比ig41自定主减速比i0min 2.4092公式主减速比i0max 3.0163先选他公式道路最大阻力系数Ψmax0.2969变速器最高传动比ig1≥ 2.5971初选i0max道路附着系数φ0.8000满载驱动桥所受载荷G2600.0000kg变速器最高传动比ig1≤ 3.2800初选ig1 2.9000校核数据单位Ft4159.0002NFf125.44Nua28.9194915km/h Fw73.241767NFi3960.3184Nα0.32120922rad imax0.33273196公式满足imax≥30%主减速器参数符号数据单位注释液力变矩系数k1发动机到万向传动轴之间的效率η0.97分动器传动比if1猛接离合器的动载系数kd1驱动桥数n1按最大转矩确定的计算转矩Tce1449.281756N*m公式最大加速度时后轴负荷转移系数m'2 1.1轮胎与地面附着系数φ0.8主减速器主动齿轮到车轮传动效率ηm0.95主减速器从动轮到车轮之间的传动比i m1驱动轮打滑转矩T CS169.5157895N*m公式日常行驶转矩Tt日常437.4120907N*m公式汽车日常行驶牵引力Ft1434.138002N公式汽车日常行驶平均转矩确定计算转矩Tc F460.4337796N*m公式计算锥齿轮最大应力时Tc169.5157895取小公式主从动锥齿轮间传动效率ηg0.97主动锥齿轮计算转矩T Z57.9379604N*m公式主减速器锥齿轮参数小齿轮数Z110自选大齿轮数Z231Z2大致为io*Z1,大小齿轮齿数和应大于40直径系数K D13范围在13~16大齿轮直径D271.94711841mm公式小齿轮直径D123.20874788mm公式端端面模数m 2.320874788mm公式模数系数Km0.3取0.3~0.4校核模数[m] 1.664525857mm m＞[m],满足条件大齿轮齿面宽b211.15180335mm公式小齿轮齿面宽b112.26698369mm公式双曲面小齿轮偏移距E≤14.38942368mm公式名义螺旋角β’151.80340843°公式小齿轮螺旋角β151.80340843°公式偏移角近似值ε28.46757573°公式大齿轮螺旋角β223.3358327°公式法向压力角α0.34644rad自查主减速器锥齿轮强度计算（1）单位齿长圆周力单位齿长圆周力（按驱动轮打滑转矩算）p422.5534433（2）轮齿弯曲强度计算齿面载荷分配系数k m 1.1齿轮轮齿弯曲应力综合系数Jw0.35此值可以调，以保证以下两值＜700锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力(从动轮)σw572.2088562(公式）应＜700锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力(主动轮)σw606.274518(公式）应＜700（3）轮齿接触强度综合弹性系数c p232.6过载系数k01尺寸系数ks1齿面品质系数kf1质量系数kv1齿面接触强度综合系数J J0.185取小齿面宽度b11.15180335锥齿轮轮齿齿面接触应力σJ2491.107825主减速器锥齿轮轴承载荷计算锥齿轮齿面作用力从动齿轮轮矩T169.5157895N*m公式同Tc从动轮节锥角r2 1.258754205rad公式主动轮节锥角r10.311995795rad公式主动轮齿宽中心处的分度圆直Dm119.44329063mm公式径从动轮齿宽中心处的分度圆直Dm261.33385106mm公式径齿宽中心点圆周力（主动轮）F1 5.959686711N公式齿宽中心点圆周力（从动轮）F2 5.527642127N公式小齿轮螺旋角β10.90297034rad公式大齿轮螺旋角β20.404223674rad公式主动轮轴向力F az-6.124939718N公式主动轮径向力Frz 2.907444255N公式从动轮轴向力Fac 2.791524938N公式从动轮径向力Frc-1.584112387N公式差速器齿轮基本参数选择符号数据单位解释行星齿数Z110其齿数≥10半轴齿轮齿数Z214范围14~25行星齿轮和半轴轮节锥角及模数行星齿轮求面半径系数Kb 2.99范围在2.52~2.99行星齿轮的球面半径Rb16.54783724mm公式行星齿轮和半轴节锥角r10.620249486rad公式行星齿轮和半轴节锥角r20.950546841rad公式直齿锥齿轮节锥距A016.29961968mm公式锥齿轮大端端面模数m0.855712652mm公式行星齿轮轴直径d半轴齿轮直径D211.97997712mm公式差速器转矩Td169.5157895N*m公式支撑面许用挤压应力[σc]98N/mm^2自查行星轮数n2自选2或4行星齿轮支承面中点到锥顶距rd35.97355921mm公式离行星齿轮轴直径d 4.675079448mm公式差速器齿轮强度计算半轴齿轮齿面宽F 4.400897313mm公式综合系数J0.95公式修正差速器转矩T101.7094737N*m公式齿轮弯曲应力σw962.4574805Mpa其值≤980半轴设计参数符号数据单位解释半轴载荷计算最大加速度时后轴负荷转移系m'2 1.1自查数轮胎与地面附着系数φ0.8自查按最大附着力算X2L=X2R2587.2汽车传动效率η0.9差速器的转矩分配系数ξ0.6传动系最低挡传动比ig1*i08.74728381按最大转矩算X2L=X2R2645.300485半轴转矩T789.096N*m公式全浮半轴杆部直径计算半轴转矩许用应力[τ]540Mpa范围490~588杆部直径dmin18.94365642mm公式杆部直径dmax20.14496146mm公式选直径d20mm全浮半轴强度计算半轴扭转应力τ591.1633632MPa公式满足许用应力强度要求花键参数设计花键齿数z11模数m2mm分度圆直径d22mm公式压力角a30°花键强度校核花键齿宽b 3.1415mm公式花键的工作长度L p40mm花键孔内径d A20mm公式半轴花键外径D B40mm载荷分布的不均匀系数φ0.75花键的剪切应力τs50.74433657Mpa 公式（应小于70MPa）花键的挤压应力σc15.94133333MPa符号单位Pemax37.4786kwPmax46.8483kw汽车比功率29.2802数据名称符号单位静摩擦力矩Tc305.0619N*mβ*Temax222.0502N*m校核满足Tc＞175.5。
重型商用车驱动桥壳典型工况计算方法分析
重型商用车驱动桥壳典型工况计算方法分析摘要：本文针对重型商用车驱动桥壳的典型工况计算方法进行了详细分析。
首先，介绍了驱动桥壳的结构特点和工作原理。
然后，通过分析典型工况下的受力情况，构建了驱动桥壳的力学模型。
接着，基于有限元方法，推导出了驱动桥壳在典型工况下的应力和变形方程。
最后，通过实例计算验证了该方法的正确性和可行性。
本文为重型商用车驱动桥壳的设计和研发提供了理论参考和技术支持。
关键词：重型商用车；驱动桥壳；典型工况；有限元方法；应力和变形正文：1. 引言随着现代物流和运输行业的发展，重型商用车在货物运输中扮演了重要角色。
而驱动桥壳作为车辆的动力传递部分，对于车辆的性能和安全具有至关重要的作用。
因此，合理设计驱动桥壳的结构和计算其在工作过程中的应力和变形，对于提高车辆的运行效率和安全性具有重要意义。
2. 驱动桥壳的结构特点和工作原理驱动桥壳是一种承受车轮驱动力和扭矩的结构件。
其主要组成部分包括两侧的桥壳外壳、差速器、行星齿轮和轴承等。
驱动桥壳的工作原理是，发动机输出的动力通过变速器、万向节、传动轴和驱动桥传递到车轮，驱动车轮运动。
在这个过程中，驱动桥壳需要承受来自发动机输出的扭矩和转速，以及车轮带来的驱动力和牵引力等多种力的作用，因此需要具备良好的强度和刚度。
3. 典型工况下的受力情况及力学模型驱动桥壳的受力情况取决于其工作状态和外界环境因素。
在实际使用中，驱动桥壳通常会面临竞速、爬坡、负载等多种典型工况。
以竞速工况为例，驱动桥壳需要承受高速旋转和冲击载荷等多种力的作用。
为了建立驱动桥壳的力学模型，对其受力情况进行分析是必要的。
在竞速工况下，驱动桥壳承受的主要力包括转矩力、轴向力、弯曲力等。
基于以上受力特点，可以构建驱动桥壳的力学模型，该模型包括驱动轮轴、差速器、行星齿轮、轴承、固定支撑和轮胎等组成部分。
在该模型中，驱动轮轴的旋转速度和扭矩作用于差速器的输入端，然后通过差速器、行星齿轮等装置传递到驱动桥壳的两侧。
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。
驱动桥桥壳典型工况的有限元计算
驱劲挤挤壳典型工死的嗡限元针算郑燕萍1羊玢1王顺宏21.南京林业大学机电工程学院 江苏南京2100372.宜兴市运输管路处 江苏宜兴214200摘要 国内车桥厂通常采用传统的设计方法进行桥壳设计 而有限单元法在零件强度分析方面可以起到很大的作用 本文将这种现代化的结构计算方法与企业实际情况相结合 对驱动桥桥壳进行了相关的计算 并总结出建模和典型工况下有限元计算的方法 对企业而言 这是一种较为简便实用的桥壳有限元设计方法关键词 驱动桥桥壳 有限元中图分类号 TH13文献标识码 A文章编号 1001-44622004 12-0025-02汽车驱动桥桥壳是汽车上的主要承载构件之一 其形状复杂 而汽车的行驶条件又是千变万化的 因此要精确地计算汽车行驶时作用于桥壳各处应力的大小是很困难的 通常情况下 在设计桥壳时多采用传统设计方法 这时将桥壳看成简支梁并校核某特定断面的最大应力值 我国通常推荐 将桥壳复杂的受力状况简化成三种典型的计算工况 即当车轮承受最大的铅垂力时 当车轮承受最大切向力时 以及当车轮承受最大侧向力时 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各种行驶条件下是可靠的有限单元法是一种现代化的结构计算方法 在一定前提条件下 它可以计算各种机械零件的几乎所有几何部位的应力和应变 在国外 20世纪70年代以后 这种方法就逐渐为汽车零件的强度分析所采用 对汽车驱动桥桥壳的强度分析也不例外 国内 外都曾用它分析过汽车驱动桥桥壳的静 动态强度问题 但对于车桥厂而言 典型工况的有限元计算更具有现实的工程意义 本文以南京车桥厂的驱动桥桥壳为例 按传统设计方法和有限元设计方法进行了强度计算 对计算结果进行了比较 得出了一些有益的结论传统设计方法的桥壳强度计算汽车驱动桥桥壳犹如一空心横梁 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的簧上载荷等 而沿左 右轮胎的中心线 地面给轮胎以垂向反作用力 切向反作用力和侧向反作用力 桥壳危险断面通常在钢板弹簧座内侧附近 有时桥壳端部的轮毂轴承座根部也应列为危险断面进行校核1.1车轮承受最大切向力工况这时不考虑侧向力 切向力主要有牵引力和制动力两种 首先比较最大牵引力和最大制动力的大小 根据有关数据的计算 牵引力F 牵=24849N 制动力F 制=25872N显然F 制>F 牵 因此该工况即为计算满载紧急制动工况 在满载紧急制动工况下 桥壳危险断面在钢板弹簧座内侧附近 此处桥壳截面形状为方形 根据王望予的 汽车设计 方法 应力值为 !=213.9Mpa1.2车轮承受最大侧向力工况此工况下 认为地面给轮胎的切向反作用力为零桥壳危险断面通常在桥壳端部的轮毂轴承座根部 轮毂轴承座根部的截面形状为圆形 应力计算结果为!=524.63Mpa 1.3车轮承受最大铅垂力工况此工况为满载汽车通过不平路面工况 这时不考虑侧向力和切向力 此时桥壳危险断面在钢板弹簧座收稿日期 2004-09-16""!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!"年第 期第 卷!"恤吧觎俪曰市工馒舀设计计算内侧附近 应力值为!建立驱动桥桥壳的有限元模型及其模型验证本文采用的桥壳为整体式桥壳 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 钢板弹簧固定座总成 减振器下支架总成 后制动底板固定法兰等组成 建模时 首先对驱动桥壳实体作必要的简化 略去后制动底板固定法兰 减振器下支架总成等 并将不规则的后桥盖总成简化成球面 考虑到桥壳有不规则的曲面 先利用 软件进行建模 生成实体模型 然后在通用的大型有限元分析软件 中 通过输入接口读入实体模型 经分析和实践 模型采用三维 节点实体单元 分别用 个实体单元和个节点代替原实体模型为了检验模型的正确性 首先利用此模型模拟驱动桥桥壳的台架垂直弯曲刚性试验 并与试验结果进行比较 根据 !汽车驱动桥台架试验方法 的规定 在驱动桥桥壳垂直弯曲刚性试验过程中 要求记录满载轴荷下桥壳最大位移量与轮距之比 并要求在满载轴荷时每米轮距最大变形不超过 在有限元的台架模拟计算中 根据台架试验的实际情况 载荷用均布力作用在钢板簧座上 对左端轮距位置的 个节点进行 方向自由度的约束 右端轮距位置的 个节点约束其 方向的自由度驱动桥桥壳在满载工况下 轴荷下桥壳的最大变形量为 每米轮距变形量为驱动桥壳实际的台架试验对两个产品进行了试验 结果显示驱动桥的每米轮距变形量分别为和 模拟试验与真实试验的相对误差为 和 考虑到试验误差等因素 认为有限元的计算结果与试验结果吻合得比较好 从而证明了有限元模型的可信性 同时 有限元的计算结果还表明该桥壳的每米轮距变形量小于国家标准 应力分布除了约束位置应力值较大外 其它地方的应力值均小于许用应力 所以该桥壳的垂直弯曲刚度和强度是足够的这种建模方法经过多个桥壳的实践和验证 发现所建模型的可信度高 有限元的计算结果与试验的结果都吻合较好三种工况下驱动桥桥壳的有限元计算满载紧急制动工况在钢板弹簧座处输入垂直方向和水平方向的作用力 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 在车轮位置给出约束 求解计算 结果显示在满载紧急制动工况下 桥壳模型的最大变形量为 观察节点当量应力分布 从板簧座至过渡圆角处的桥壳上下表面的应力值较大 两端约束点处有应力集中 这是由于施加点约束引起的 不影响对问题的分析 在传统设计方法中校核的危险断面处的最大等效应力为 桥壳本体采用的材料为其许用应力为 故在此工况下 桥壳满足强度要求满载侧向力最大工况将桥壳所受的垂向作用力及侧向力 假设汽车向右侧滑 作为载荷施加在有限元模型的相应位置 然后在轮距的位置增加约束 进行求解计算 结果显示变形在满载侧向力最大工况下桥壳模型的最大变形量为观察节点应力 应力的较大值出现在与侧向力方向相同的桥壳一端的轮毂轴承座根部 在危险断面的应力最大值为 半轴套管采用的是 其许用应力为 故在此工况下 桥壳满足强度要求满载汽车通过不平路面工况满载汽车通过不平路面时 垂向力最大 纵向力和侧向力为零 因此在弹簧座上施加考虑动载系数的载荷值 然后施加约束 求解结果表明 在满载汽车通过不平路面工况下桥壳模型的最大变形量为 观察应力结果 从板簧座至过渡圆角处桥壳上下表面的应力值较大 在危险断面的最大等效应力为 应力值小于其许用应力 故在此工况下 桥壳满足强度要求计算结果比较在危险断面处 传统力学方法和有限元方法计算得出的应力值比较如表 所示满载紧急制动工况满载侧向力最大工况满载汽车通过不平路面工况传统力学算出的应力值有限元方法算出的应力值相对误差表两种算法应力值比较年第 期第 卷!"恤吧觎俪曰市工馒舀设计计算下转第 页在珍贵树种古代家具品质鉴定 仿古木材产品定级 乐器 考古出土文物和木制品故障分析等部门 经常有大量板材需要精确检尺和判断原木的相关几何参数 为优质家具材种开具材种证书等,特殊行业需要对木材的材种和板材的下锯位置及板材品质进行识别 由于现在仿制水平越来越高 鉴定失误的比例也越来越大 另外 我国工业用材种类繁多 识别难度大 为此 需要研究珍贵树种板材鉴定 形状参数识别和相关信息的计算机仿真 以实现珍贵树种板材识别的计算机定量化和科学化2.2人造纹理随着人们生活水平的不断提高 城市中涌现出崇尚自然的装修热潮 在家庭装修中 地板 家具是其中很重要的一项 几乎90%以上的地板 家具表面都有木材纹理 在这些纹理当中 除少数高档实木家具上是木材的纯天然纹理外 其它绝大多数都是对天然纹理进行加工得到的 天然木材结构上的缺陷所导致的纹理质量下降可以通过结构重组来弥补 计算机视频识别纹理技术能够改变木材纹理结构 调整纹理排列 剔除木材纹理天然缺陷 加工出来的人造纹理贴近自然 外观优于木材的自然纹理板材纹理计算机视频检测技术的发展前景按一定纹理规律性进行板材材种识别是近十几年发展起来的一门新技术 在国外已经开始逐步工业化 它的数学模拟理论和计算机仿真检索研究则刚刚开始 现在 瑞典 德国 日本 澳大利亚 新西兰均刚开始这方面的研究 其中 新西兰林科院Cowndave 领导的科研机构基本领导国际上这个研究方向的新潮流另外 板材纹理计算机视频检测设备的研究也是未来科技攻关的主要研究内容 它不仅可以用于木材的纹理检测 还可以广泛用于人造板生产 板材纹理涂饰等木材行业的各个方面 必将成为木材自动化加工生产线中重要的组成部分 提高工业化生产精度及生产率参考文献1 任洪娥.板材的纹理识别初探 J .木材加工机械 2004 15 1 5-8.2 马岩.理想原木材积通式和缺陷原木模型及材积推导 J .东北林业大学学报 1990 18 4 81-94.3 张建华.板材节子视频检测数学描述理论 J .东北林业大学学报 2001 29 1 74-75.4TIAN Xin 1997b:A new computer vision system for detectionof defects on harvested tree stems using texture anaiysis J .Wood Processing Newsietter,ISSN 0113-6224,1997 21 4-5. 5张绍明.木材加工工艺 M .高等教育出版社 2001.年第 期第 卷!"恤吧觎俪曰市工馒舀综述上接第 页结论!桥壳强度的传统计算方法 只能算出桥壳某断面的应力值 因此它仅用于对桥壳强度的验算或用作与其他车型的桥壳强度进行比较 而不能用于计算桥壳上任一点的真实应力值 使用有限单元法对汽车驱动桥壳进行典型工况下强度分析 只要计算模型简化得合理 受力与约束条件处理得当 就可以得到理想的计算结果和详细的应力与变形的分布情况 特别是能指出应力集中区域和应力变化趋势 这些都是传统计算方法难以办到的"以上计算结果表明 不论是传统设计方法还是利用ANSYS 软件算出的有限元计算结果 两者除了在满载汽车通过不平路面工况时稍有偏差 其他两种工况都吻合非常好 算出的应力值均小于许用应力 故两种算法的结论都是桥壳的设计满足强度要求 因此 使用有限单元法对汽车驱动桥桥壳进行典型工况下强度分析是可行的 我们可以用有限元方法来代替以往的传统力学方法 对于企业而言 这种典型工况下的桥壳有限元计算 是在桥壳设计中非常简便实用的一种方法参考文献1 肖生发 左惟炜.轻型车后桥二维载荷谱及其疲劳寿命预测 J .汽车工程 2002 4 :28-31. 2 褚志刚 邓兆祥 李伟.汽车驱动桥壳结构破坏机理分析研究 J .汽车研究与开发 20016 :30-33. 3 刘惟信编著.汽车车桥设计 M .清华大学出版社 2004330-350. 4 王铁,张国忠 周淑文.路面不平度影响下的汽车驱动桥动载荷 J .东北大学学报 自然科学版 2003 1 :50-53. 5郑燕萍 羊玢.汽车驱动桥壳台架试验的有限元模拟 J .南京林业大学学报 自然科学版 20044 :47-50.。
驱动桥壳分析
新产品 最新动态 技术文章 企业目录 资料下载 视频/样本 反馈/论坛| 基础知识 | 外刊文摘 | 业内专家 | 文章点评 投稿基于ANSYS 的汽车驱动桥壳的有限元分析作者：武汉理工大学 杨波 罗金桥析最基本的研究方法就是“结构离散→单元分析→整体求解”的过程。
经过近50年的发展，有理论日趋完善，已经开发出了一批通用和专用的有限元软件。
ANSYS 是当前国际上流行的有软件，广泛地应用于各行各业，是一种通用程序，可以用它进行所有行业的几乎任何类型的有限元分析，如汽车、宇航、铁路、机械SYS 软件将实体建模、系统组装、有限元前后处理、有限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软件，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，建立相应的约束及载荷工况，并自动进行有限元求解，对行图形显示和结果输出，对结构的动态特性作出评价。
它包括结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其作用主要有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；车架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。
驱动桥壳应有足够的强度和刚于主减速器的拆装和调整。
由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。
整体式桥壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用是由于其形状复杂，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。
桥壳强度分析计算视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支撑于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷，而沿左右轮胎中心线，地面给轮胎以反胎中心），桥壳承受此力与车轮重力之差，受力如图1所示。
汽车桥壳的结构设计及制造工艺制定说明书
汽车桥壳的结构设计及制造工艺制定说明书—载重3吨桥壳结构设计及制造工艺制定班级：车辆工程二班第三组：连伟波方子瑞余佳鹏侯晓翔一．汽车桥壳的功能及特征分析汽车桥壳的功能：支承并保护主减速器、差速器和半轴等部件，同时还使左、右驱动车轮的轴向相对位置固定，同前桥一起支承车架及车架以上的各总成质量；在汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩，并经过悬架传给车架。
桥壳特征分析：整体式桥壳中部是一个环形空心梁。
这种结构的优点是强度、刚度较大，当检查主减速器、差速器工作情况以及拆装差速器总成时，不必把整个驱动桥从汽车上拆下来，维修比较方便。
二．汽车桥壳的制造方法确定鉴于分段式桥壳加工工艺复杂，装配.调整.维修不便，现在汽车很少使用，故采用整体式桥壳。
至于具体制造方法，由于我们是设计载重3吨的桥壳，属于轻中型货车，故采用钢板冲压焊接式，优点是工艺简单，质量小（仅为铸造式桥壳的75%）弹性好，韧性高，材料利用率高，成本低。
缺点是材料在冲焊过程中受热较强，使材料分子结构发生变化，失去原有材料状态使材料强度降低。
三．汽车桥壳的结构设计冲压焊接式桥壳在使用过程中容易出现桥壳焊接处脱焊开裂问题，从桥壳的制造工艺入手，因使桥壳在在整个长度方向上过度更为圆滑保证应力分布趋于合理。
在保证强度的前提下，结构应尽量简单，制造、维修、保养方便，四．汽车桥壳的强度校核和计算驱动桥桥壳是汽车上主要承载构件之一，其形状复杂，汽车行驶条件又多变，因此要精确的计算行驶时桥壳各处的应力大小比较困难。
有的采用弹性力学方法对桥壳进行应力和变形的计算，但通常采用常规设计方法，即将桥壳看成一个简支梁并校核某些特定断面的最大应力值。
将桥壳复杂的受力状况简化为三种典型工况：1.纵向力最大（驱动力和制动力最大）没有侧向力。
2.侧向力最大（发生在侧滑时）没有纵向力。
3.垂直力最大，发生在汽车以高速通过不平路面，没有纵向力和侧向力。
但在进行上述三种载荷工况下桥壳的受力分析前，应先分析一下汽车在满载静止于水平路段时桥壳的受力状况。
桥面框架计算过程
（除掉护栏、车距护栏边50cm）一、计算参数车轮着地长度a1=0.2m，宽度b1=0.6m。
一辆重车纵向长度d0=3+1.4+7+1.4=12.8m铺装层厚度h=0.16m顶板厚t=0.28m取板的计算跨径l1=4.058m，l2=3.939m，l3=3.939m，l4=4.064m。
二、支点荷载分布宽度计算:汽车(取重车的轴重140KN的两排轮子)1、车轮在顶板的跨中处时：㈠、取板的计算跨径l1=4.058ma=a1+2h+L/3=0.2+0.16*2+4.058/3=1.873m2/3L=2/3*4.058=2.705m根据规范取其中最大值，取a＝2.705m>1.4m（需考虑车轮分布有重叠）a=2.705+1.4=4.105m㈡、取板的计算跨径l2=l3=3.939ma=a1+2h+L/3=0.2+0.16*2+3.939/3=1.833m2/3L=2/3*3.939=2.626m根据规范取其中最大值，取a＝2.626m>1.4m（需考虑车轮分布有重叠）a=2.626+1.4=4.026m㈢、取板的计算跨径l4=4.064ma=a1+2h+L/3=0.2+0.16*2+4.064/3=1.875m2/3L=2/3*4.064=2.709m根据规范取其中最大值，取a＝2.709m>1.4m（需考虑车轮分布有重叠）a=2.709+1.4=4.109m2、车轮在顶板的支承处时：a=a1+2h+t=0.2+0.16*2+0.28=0.8m；3、车轮在顶板的支承附近时：距支点的距离为x时ax=a1+2h+t+2x=0.8+2x当x分别=0.3m时，a=1.4m当x=0.9525时ax=0.8+2*0.9525+1.4=4.1当x=0.913时ax=0.8+2*0.913+1.4=4.026当x=0.9545时ax=0.8+2*0.9545+1.4=4.1094、悬臂板的荷载有效分布宽度a=a1+2h+2c，其中c=（h+x）或者最不利情况下为悬臂长，相见规范及桥梁工程。
轻型汽车驱动桥桥壳建模与模态分析
轻型汽车驱动桥桥壳建模与模态分析摘要：文章通过三维设计软件UG对某轻型汽车的驱动桥桥壳进行建模，并用NX Nastran有限元分析软件对桥壳进行了强度计算和模态分析，得出了零件的应力和变形分布。
通过对比不同厚度下驱动桥壳的各阶固有频率，选出了最优的驱动桥桥壳厚度，其计算结果为汽车驱动桥桥壳的结构设计和优化提供了依据。
关键词：驱动桥桥壳；建模；模态分析1引言汽车驱动桥桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其应有足够的强度和刚度，并在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。
根据汽车设计理论，驱动桥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。
由于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桥壳进行了计算和分析。
2有限元模型的建立本次课题的研究对象是某轻型汽车的后驱动桥桥壳。
由于整体式桥壳具有强度和刚度大，主减速器拆装、调整方便等优点，所以此次选择整体式桥壳作为分析对象。
它由钢板冲压焊接而成，主要结构有桥壳本体、半轴套管、后桥盖总成、钢板弹簧固定座总成、减振器下支架总成、后制动底板固定法兰、凸缘盘等。
2.1三维模型的建立实体建模时，尽量依照实际几何模型建立实体模型，但根据桥壳的实际受载情况，有些细节可以在建模时省略或简化。
去掉那些对分析影响不大的特征(如倒角、圆角等)和一些小孔，把桥壳中部的牙包简化为球体外形，略去连接座上的螺栓孔。
而轴肩处的圆弧不能省略，因为此处可能正是应力集中的地方。
本次设计通过UG软件建立的驱动桥壳模型如图1所示：2.2确立有限元类型及网格划分在UG的CAE模块中进行有限元分析，可以直接引用Scenario模型，并以下步骤进行：1.新建FEM与仿真部件：设置求解器为NX Nastran，分析类型为结构分析，结算方案设置成迭代求解，默认温度20摄氏度。
2.理想化模型：由于部件三维模型中的细节将影响整个结构的网格分布，增加网格的数量会使模型过于复杂。
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3.2 挖掘机后桥桥壳设计3.2.1 桥壳类型选择由于轮式挖掘机后桥桥壳是挖掘机上的主要部件，起着支承汽车荷重的作用，并将载荷传给车轮。
作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到车架和车厢上。
因此。
轮式挖掘机桥壳既是承载件又是传力件。
同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置的外壳，而且工作负载高，负荷变化大，行驶路况多变，工作环境恶劣，综合各项因素接合毕业设计要求我决定使用三段可分式桥壳作为设计目标。
3.2.2 桥壳设计及计算1．桥壳设计桥壳的设计是一个参数探索的过程，对于一款桥壳的设计首先是参考一款目前已经成熟的桥壳参数，并根据设计目标进行参数修正，将参数修正后的结果进行理论和有限元分析，查看是否满足要求，如不满足，就继续修正参数，直到最终达到设计要求，对于本次设计的目标，参考了某公司7吨轮式挖掘机驱动桥的参数，并根据实际需要进行了多次参数修正和分析，最终得到设计模型。
2桥壳的静弯曲应力计算桥壳犹如一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在平板座处桥壳承受汽车的簧上质量，而沿左右轮胎中心线，地面给轮胎以反力2G /2（双胎时则沿双胎之中心），桥壳则承受此力与车轮重力w g 之差值，即()2G w g -，计算简图如下图所示。
桥壳按静载荷计算时，在其两座之间的弯矩M 为()2G 2w B sM g -=- N ·M 式中：2G ——汽车满载静止与水平路面时驱动桥给地面的载荷，N ；w g ——车轮（包括轮毂、制动器等）的重力，N ； B ——驱动车轮轮距，m;s ——驱动桥壳上两座中心距离，m.由弯矩图可见，桥壳的危险断面通常在座附近。
通常由于w g 远小于2G /2，且设计时不易准确预计，当无数据时可以忽略不计。
而静弯曲应力wj σ则为310wj VMW σ=⨯ MPa 式中：M ——见弯矩公式；V W ——危险断面处桥壳的垂向弯曲截面系数。
在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算当汽车在不平路面上高速行驶时，桥壳除了承受静力状态下那部分荷载以外，还承受附加的冲击载荷。
在这两种载荷总的作用下，桥壳所产生的弯曲应力wd σ为wd d =k wj σσ MPa式中：d k ——动载荷系数，对轿车、客车取1.75，对载荷汽车去2.5，对越野汽车取3.0；wj σ——桥壳在静载荷下的弯曲应力，MPa. 2汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算为了使计算简化，不考虑侧向力，仅按汽车作直线行驶的情况进行计算，另从安全系数方向考虑。
下图为汽车以最大牵引力行驶时的受力简图。
设地面对后驱动桥左、右车轮的垂向反作用力2L Z 、2R Z 相等，则max 1222122ga L R P h G L Z Z Z L L ⎛⎫===+ ⎪⎝⎭式中：a G ——汽车满载静止于水平地面时给地面的总载荷；g h ——汽车质心高度。
而作用在左、右驱动车轮上的转矩引起的地面对左、右驱动车轮的最大切向反作用力共为max 10max e g TrT i i P r η=N式中：max e T ——发动机最大转矩，N ·M ； 1g i --变速器I 挡传动比； 0i ——驱动桥的主减速比； T η——传动系的传动效率； r r ——驱动车轮的滚动半径，m 。
如果忽略T η，整理上式以后得max 022222T Z G =1+222e g gr i i h G m r LG ⎛⎫= ⎪⎝⎭ 式中：2Z 2———地面对一个后驱动车轮的垂向反作用力，N ； 2G ———汽车满载静止于水平地面时驱动桥给地面的载荷，N;g h ———汽车质心高度，m; L ———汽车轴距，m;2m ———汽车加速行驶时的质量转移系数。
由上式可知对后驱动桥：max 022T 1+e g gr i i h m r LG ⎛⎫= ⎪⎝⎭在设计中，当上式的某些参数未给定而无法计算出2m 值时，2m 的值可在下述范围内选取；对轿车后驱动桥取2m =1.2~1.4;对载货汽车后桥驱动桥取2m =1.1~1.3。
此时后驱动桥壳的左右钢板弹簧座之间的垂向弯矩V M 为 22G -22V W B SM m g -⎛⎫= ⎪⎝⎭N ·m 计算参数如下：由于驱动车轮所承受的地面对其作用的最大切向反作用力max P ，使驱动桥壳也承受着水平方向的弯矩h M ，对于装用普通圆锥齿轮差速器的驱动桥，由于其左右驱动车轮的驱动转矩相等，故有max 22h P B SM -=N ·m ，计算得到：h M =1259.36N当所装用的差速器使左右驱动车轮的转速不等时，应取驱动转矩较大的那个 车轮所引起的地面切向反作用力代替上式的max P /2值。
桥壳还承受因驱动桥传递驱动转矩而引起的反作用力矩，这时在两钢板弹簧座间桥壳承受的转矩T 为max T 2e TL Ti T η=N ·m 式中：max T e ———发动机最大转矩，N ·M ；TL i ———传动系的最低挡传动比；T η——传动系的传动效率；计算得到：T=117.99 N ·m当桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面为圆管截面时，在该断面处的合成弯矩M∑为M=∑计算得到：M ∑=1150 N ·m该危险断面处的合成应力σ∑为MW σ∑==∑式中：W ———危险断面处的弯曲截面系数。
当桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面为矩形管装断面时，则在该断面处的弯曲应力w σ和扭转应力τ分别为V hw V hM M W W σ=+ tT W τ=式中：V M ，h M ————分别为桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩和水平弯矩；V W ，h W ，t W ————分别为桥壳在危险断面处的垂向弯曲截面系数、水品弯曲截面系数和扭转截面系数。
桥壳的许用弯曲应力为300~500MPa,许用扭转应力为150~400MPa,可煅铸铁桥壳取最小值，钢板冲压焊接桥壳取大值。
下图给出了汽车以最大牵引力行驶时后驱动桥桥壳的受力分析简图。
5 汽车紧急制动时的桥壳强度计算这时不考虑侧向力。
下图为汽车在紧急制动时的受力简图。
设地面对后驱动桥左右车轮的垂向反作用力2L Z 、2R Z 相等，则2221122g a L Rh G Z Z Z L a L g ⎛⎫===- ⎪⎝⎭式中：a G ———汽车满载静止于水平地面时给地面的总载荷，N ；g h ———汽车质心高度，m;g ———重力加速度，m/2s ；a ———制动减速度，m/2s 。
因g a G a G gϕ=，故制动减速度a 为a g ϕ= 代入上式得22222111=222L 2g a g h G h Z G G G m L ϕϕ⎛⎫⎛⎫'=-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 式中：ϕ———驱动车轮与路面的附着系数，计算时取ϕ=0.75~0.8；2m '———后驱动桥计算用的汽车紧急制动时的质量转移系数。
由上式可知，对后驱动桥而言，2m '为 211g h m L ϕ⎛⎫'=- ⎪⎝⎭在设计时，当g h 、1L 等参数未给定时，2m '的值可在下述范围内选取:对载货汽车后驱动桥取2m '=0.75~0.95。
在计算轿车等的前驱动桥时，不难求出此时用的汽车紧急制动时的质量转移系数应为111g h m L ϕ⎛⎫'=+ ⎪⎝⎭ 下图为汽车紧急制动时后驱动桥壳的受力分析简图。
此时作用在左、右驱动车轮上除有垂向反力22G m '/2,尚有切向反力，即地面对驱动车轮的制动力22G m ϕ'/2 。
因此可求得紧急制动时桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩V M 及水平方向的弯矩h M 分别为222V w G B SM m g -⎛⎫'=- ⎪⎝⎭222h G B SM m ϕ-'=式中：m '———汽车制动时的质量转移系数，计算后驱动桥壳时取2m m ''= 桥壳在两钢板弹簧座的外侧部分处同时还承受制动力所引起的转矩T ，对后驱动桥:222r G T m r ϕ'=N ·m 式中：r r ———驱动车轮的滚动半径，m;ϕ———驱动车轮与路面间的附着系数，计算时取ϕ=0.8按上式求得V M 、h M 及T 后，再将它们代入上式可求得紧急制动时桥壳在左、右板簧座附近危险断面处的合成应力σ∑弯曲应力w σ和扭转应力τ。
6 汽车受最大侧向力时的桥壳强度计算当汽车满载、高速急转弯时，则会产生一个作用于汽车质心处的相当大的离心力。
汽车也会由于其他原因而承受侧向力。
当汽车所承受的侧向力达到地面给r 轮胎的侧向反作用力的最大值即侧向附着力时，汽车处于侧滑的临界状态，侧向力一旦超过侧向附着力，汽车则侧滑。
因此汽车驱动桥的侧滑条件为22L 2R 21·P Y Y G ϕ≥+= 式中：2P ———驱动桥所受的侧向力，N ；2L Y 、2R Y ———地面给左、右驱动车轮的侧向反作用力N ； 2G ———汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，N 1ϕ———轮胎与地面间的侧向附着系数，计算时取1ϕ=1.1 。
由于汽车产生纯粹的侧滑，因此计算时可以认为地面给轮胎的切向反作用力(例如驱动力或制动力)为零。
下图为汽车向右侧滑时的受力简图，根据该图可求出驱动桥侧滑时左、右驱动车轮的支承反力为122·1Z =G 2B g L h ϕ⎛⎫- ⎪⎝⎭122·1Z =G 2B g R h ϕ⎛⎫+ ⎪⎝⎭式中：g h ———汽车满载时的质心高度，m;B ———驱动车轮的轮距,m 。
由上式可知，当1·g h ϕ/B 时，2Z L =0, 2Z R =2G ，即在这种情况下，驱动桥的全部荷重由 侧滑方向一侧的驱动车轮承担，这种极端情况对驱动桥的强度极为不利，因此设计时应避 免这种情况产生，为此应尽量降低汽车的质心高度g h 。
下图为汽车向右侧滑时驱动桥上面的车厢受力平衡图。
由该图可以求出汽车侧滑时钢板弹簧对桥壳的垂向作用力及水平作用力2L T 、2R T 及水平作用力2L q 、2R q 。
钢板弹簧对驱动桥壳的垂向作用力2L T 、2R T 为()22210.5/L g r T G G h r s ϕ''=-- ()22210.5/R g r T G G h r s ϕ''=-- 式中：2G '———汽车满载时车厢通过钢板弹簧作用在驱动桥上的垂向总载荷，N ；r r '———板簧座上表面离地面的高度，m; S ———两板簧座中心间的距离,m 。
当驱动桥采用全浮式半轴时，在桥壳两端的半轴套管上，各装有一对轮毅轴承，即轮毅的内轴承和外轴承。