14断开式桥壳有限元分析方法--王希诚
断开式驱动桥有限元研究
王希诚
东风汽车公司技术中心
断开式驱动桥有限元研究
The Finite Element Analysis Method of
the Divide Axle
王希诚
（东风汽车集团技术中心）
摘要：本文以某越野车断开式驱动桥为研究对象，利用HyperWorks进行仿真计算。通过与该桥壳破坏试验结果的对比分析，验证该断开式桥壳分析方法的可行性。
关键词：有限元断开式桥壳
Abstract By using the HyperWorks simulation, the paper is studied the divide axle. Compared with the result of the destructive test, confirms the feasibility of the analysis method.
Keyword：FEM，Divide Axle
1 前言
断开式驱动桥总是与独立悬挂相匹配，又称为独立悬挂驱动桥。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况与对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不同路面上行驶时的振动和车厢倾斜；提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度；减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野车。越野车对越野性能要求比较高，开发的新一代越野车多采用断开式驱动桥。
鉴于目前重型货车多采用非断开式驱动桥，CAE仿真分析的工作者就非断开式驱动桥展开了很多工作；但断开式驱动桥的有限元分析工作却仅在各单位内部开展。为了丰富各种桥壳的分析方法，特写此文，希望能达到抛砖引玉的作用。
2 模型介绍
2.1 处理软件说明
分析中采用HyperMesh 软件进行前、后处理，计算采用HyperWorks 的 OptiStruct 求解器进行计算。
2.2 网格划分及材料定义
六面体的单元的分析精度高，建议采用六面体进行网格划分。考虑到时间成本，对于结构复杂的模型，建议采用10节点的四面体进行网格划分。具体的节点数数和单元数见表1。
表1 桥壳有限元模型单元信息
2.3 网格划分及材料定义
指出分析模型采用的材料及材料相关力学特性，建立如表2的材料属性表格，为分析和判断提供依据。
表2材料参数
2.4 边界条件建立
参考国家标准，确定分析模型的边界条件。
3 结果分析
对该桥的有限元模型，进行了形变位移和应力分析。给出相应的形变位移云图和应力云图。是对刚度和强度的直观表达。相应形变位移云图如图1，以及相应的米瑟斯盈利云图如图2。
图1 形变位移云图
图2 米瑟斯应力云图
A
图中分别指出了最大的和最小的形变位移和应力位置，其显示了形变位移和应力的分布，如图1所示，最大形变位移处是在连接输出轴的前端，壳体整体变形呈现悬臂式变形趋势，其中表现变形的色彩丰富，过渡均匀；最大应力集中的位置在加强筋与壳体相交处，如图2中的A处。而此处正好是做该桥壳破坏性试验的破坏点。
如果需要更进一步的观察该桥壳在一定工况下的变形趋势。可以给出X、Y、Z分量上的变形云图。
4 结论
通过计算仿真分析，对比变形方式以及破坏点位置，可以说明该断开式桥壳的分析方法可行。
对于下一步的工作验证，需要对该桥壳做一定量的台架试验，测出一系列测试点准确的应力值与形变的相对位移值。通过与相同工况下该系列点的有限元仿真分析结果对比。从而更加充分的验证该断开式桥壳分析方法的可靠性。
5 参考文献
[1] 刘惟信. 汽车设计[M]. 北京：清华大学出版社，2001.
[2] 黄松，徐满年. 汽车之感悟. 北京：北京理工大学出版社，2007.
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 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 。
钢箱梁桥的有限元分析
钢箱梁桥的有限元分析 1．钢箱梁桥的概述 在大跨度桥梁的设计中，恒载所占的比重远大于活载，随着跨度的增大，这种比例关系也越来越大，极大地影响了跨越能力。因此，从设计的经济角度来说，考虑减轻桥梁结构的自重是很重要的。钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度均很高的匀质材料，并且材料的可焊性好，通过结构的空间立体化，钢桥能够具有很大的跨越能力。 随着高强度材料和焊接技术的发展，以及桥梁设计、计算理论的发展和计算机技术发展，从50年代以来，钢梁桥地建设取得了长足的发展，欧洲相继建造了多座大跨钢桥。从前被认为不可能计算的复杂结构，现在能够通过计算机完成，并且计算结果与实测结果吻合较好。同过去相比，在相同的跨度与宽度的条件下，用钢量可减少15一20 %，工期与工程的造价也都减少很多，因此钢桥在大跨桥梁领域内具有相当强的优势和竞争力。 在构成钢桥的主要构件中，其翼缘和腹板均使用薄板，其厚度与构件的高度和宽度比都比较小，是典型的薄壁构件。它与以平面结构组合为主的桥梁结构分析有一定的区别，它涉及到很多平面结构中不常考虑的扭转问题，所以必须依据薄壁结构理论才能明了其应力和应变状态，其应力及变形应按照薄壁结构的理论进行计算。 由于钢箱梁桥是空间结构，结构在恒载或活载的作用下会发生弯一扭藕合。如果采用传统的计算手段和方法，计算模型要进行必要地简化，为了简化计算，一般的设计规范都要通过构造布置，使实际结构满足简化后的计算理论。实践表明在满足构造要求后，计算的精度能够满足实际地需要。但是这样的计算无法得到结构的一些特定部位的精确解，例如变截面和空间构件交汇的部位等。随着计算机技术和有限元理论的发展和进步，计算机的有限元法己成为现代桥梁的重要计算手段，不但有很高的效率而且可以根据实际的需要进行仿真分析，计算结果经验证与结构的实际结果吻合较好。当前结构的计算机仿真分析已成为一种广为应用的计算手段。 同一座桥梁可以采用不同的施工方法，但是成桥后的最终应力状态会有差异，结构的最终应力状态与安装过程密不可分。例如连续梁可采用满堂支架法和悬臂拼装法，两者成桥后的应力状态却有较大的区别。因此必须针对特定的施工方法，对施工过程中每一个施工阶段的结构应力进行计算，确保各个阶段的应力满足相关规范。 由于在制造和安装等原因，结构的最终状态会与设计状态有一定的差异，各国都通过制订有相关的规范来指导施工和竣工验收的标准。这些标准规是通过长期的实践与试验以及计算分析的基础上得出的，满足这些相关规范的要求一般就可以保证结构的安全性。但是由于实际结构是受力复杂的空间结构，特别是结构的一些局部范围可能在某一工况下处于较高的应力状态，而其他部为却处于相对较低的应力状态，这样不利于充分发挥材料的力学性能。现在可以通过大型通用有限元软件对大桥在使用过程中可能存在的各个工况的受力状态进行仿真分析，确定出结构不利的部位以及富余较大的部位，便于调整设计。 1.1本论文的研究目的 常用的计算机方法是将主梁转换成具有等效截面的梁单元计算，这种方法能够较好的从整体上考虑结构的空间特点，虽然也反映了空间结构的特点，但是它也存在以下明显的不足： 1. 不能准确模拟边界条件。例如支点的约束，梁单元通常只能简化为一点的约束，但是不管什么样的约束实际结构总是以面接触来实现的;
有限元分析理论基础
有限元分析概念 有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件 有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。 有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律；应力与应变也是线性关系，线弹性问题可归结为求解线性方程问题，所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法，也有助于降低有限元分析的时间。 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。 非线性问题与线弹性问题的区别： 1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解； 2）非线性问题不能采用叠加原理； 3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。 有限元求解非线性问题可分为以下三类：
1）材料非线性问题 材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。 2）几何非线性问题 几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题，橡胶部件形成过程为大应变问题。 3）非线性边界问题 在加工、密封、撞击等问题中，接触和摩擦的作用不可忽视，接触边界属于高度非线性边界。 平时遇到的一些接触问题，如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等，当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。
有限元原理在桥梁结构分析中的应用
有限元原理在桥梁结构分析中的应用 在过去的30年里，有限元法作为一种通用工具在物理系统的建模和模拟仿真领域已经得到了广泛的接受。在许多学科它已经成为至关重要的分析技术，例如结构力学、流体力学、电磁学等等。 一、有限元原理 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。 二、结构有限元求解问题 依据有限元法的基本思想，结构有限元求解问题可以分解为两个问题，即单元分析和单元集合问题。 （1）单元分析 所谓单元分析就是对某一复杂求解的结构取微小单元进行分析，依据其力学物理特性寻找描述该单元特性的数学函数。即通常说的描述该单元变形的形函数。 （2）单元集合 按照单元之间的联结方式，对整个求解问题系统进行整合。在弹性力学中利用单元的内部势能力与外部作用势能一起守恒，建立内部单元与外界作用之间的联系。 （3）问题的求解 获得内部单元与外界作用之间的联系，即系统的总刚度矩阵。要对问题的求解，则需要依据系统的外部条件求解出各个内部单元的变形状态，依据内部单元的变形，确定内部单元的应力。 因此，有限元法是最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。
三、梁结构的有限元分析 1. 有限元程序分析的过程 有限元程序分析的过程大致分为三个阶段： （1）建模阶段 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。 但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。 （2）计算阶段 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。 （3）后处理阶段 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是结构有限元分析的目的所在。 2、建立有限元模型的一般过程 有限元分析中建模过程有下面7个步骤： （1）分析问题定义 在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何模型。 总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点： a）结构类型； b）分析类型； c）分析内容； d）计算精度要求； e）模型规模；
有限单元法与有限元分析
有限单元法与有限元分析 1.有限单元法 在数学中，有限元法（FEM，Finite Element Method）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 随着电子计算机的发展，有限单元法是迅速发展成一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 1.1.有限元法分析本质 有限元法分析计算的本质是将物体离散化。即将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和计算精度而定（一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大）。所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样，用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理，则所获得的结果就与实际情况相符合。 1.2.特性分析 1）选择位移模式： 在有限单元法中，选择节点位移作为基本未知量时称为位移法；选择节点力作为基本未知量时称为力法；取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。位移法易于实现计算自动化，所以，在有限单元法中位移法应用范围最广。 当采用位移法时，物体或结构物离散化之后，就可把单元总的一些物理量如
基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析
基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析 有限元法是一种在工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法，以其在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用，特别是在材料应力、应变的线性范围更是如此。在汽车设计领域，无论是车身、车架的计算仿真，还是发动机的曲轴以及传动系统的计算均使用到该方法。 有限元分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，有限元法的理论日趋完善，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限元分析软件，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、机械和电子等行业。ANSYS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。通过结合ANSYS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块。 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：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；同从动桥一起支撑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度且质量小，并便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。驱动桥壳分为整体式桥壳，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。 一、驱动桥壳强度分析计算 可将桥壳视为一空心横梁，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，地面给轮胎以反力（双胎时则沿双胎中心），桥壳承受此力与车轮重力之差，受力如图1所示。
14断开式桥壳有限元分析方法--王希诚
断开式驱动桥有限元研究 王希诚 东风汽车公司技术中心
断开式驱动桥有限元研究 The Finite Element Analysis Method of the Divide Axle 王希诚 （东风汽车集团技术中心） 摘要：本文以某越野车断开式驱动桥为研究对象，利用HyperWorks进行仿真计算。通过与该桥壳破坏试验结果的对比分析，验证该断开式桥壳分析方法的可行性。 关键词：有限元断开式桥壳 Abstract By using the HyperWorks simulation, the paper is studied the divide axle. Compared with the result of the destructive test, confirms the feasibility of the analysis method. Keyword：FEM，Divide Axle 1 前言 断开式驱动桥总是与独立悬挂相匹配，又称为独立悬挂驱动桥。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况与对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不同路面上行驶时的振动和车厢倾斜；提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度；减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野车。越野车对越野性能要求比较高，开发的新一代越野车多采用断开式驱动桥。 鉴于目前重型货车多采用非断开式驱动桥，CAE仿真分析的工作者就非断开式驱动桥展开了很多工作；但断开式驱动桥的有限元分析工作却仅在各单位内部开展。为了丰富各种桥壳的分析方法，特写此文，希望能达到抛砖引玉的作用。 2 模型介绍 2.1 处理软件说明
驱动桥壳毕业设计
驱动桥壳毕业设计 【篇一：驱动桥毕业设计111】 某型重卡驱动桥设计 摘要 驱动桥是构成汽车的四大总成之一，一般由主减速器、差速器、车 轮传动装置和驱动桥壳等组成，它位于传动系末端，其基本作用是 增矩、降速，承受作用于路面和车架或车身之间的力。它的性能好 坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重要，采用传动效 率高的单级减速驱动桥已经成为未来载重汽车的发展方向。 本文参照传统驱动桥的设计方法进行了载重汽车驱动桥的设计本次 设计首先对驱动桥的特点进行了说明，根据给定的数据确定汽车总 体参数，再确定主减速器、差速器、半轴和桥壳的结构类型及参数，并对其强度进行校核。数据确定后，利用autocad建立二维图，再 用catia软件建立三维模型，最后用caita中的分析模块对驱动桥壳 进行有限元分析。 关键词：驱动桥；cad；catia；有限元分析 abstract drivie axle is one of the four parts of a car, it is generally constituted by the main gear box, the differential device, the wheel transmission device and the driving axle shell and so on it is at the end of the powertrain.its basic function is increasing the torque and reducing speed and bearing the force between the road and the frame or body.its performance will have a direct impact on automobile performance,and it is particularly important for the truck. using single stage and high transmission efficiency of the drive axle has become the development direction of the future trucks. this article referred to the traditional driving axles design method to carry on the truck driving axles design.in this design,first part is the introduction of the characteristics of the drive axle,according to the given date to calculate the parameters of the automobile,then confirm the structure types and parameters of the main reducer, differential mechanism,half shaft and axle housing,then check the strength and life of them.after confirming the
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，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；ANSYS 0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]。 1.3有限元分析的基本步骤 第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网格越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。 第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。
轿车差速器的设计与桥壳有限元分析
轿车差速器设计及驱动桥壳的有限元分析 ee （ee） 指导老师：ee [摘要]本次毕业设计主要是对安装在驱动桥的两个半轴之间的差速器进行设计，主要涉及到了差速器非标准零件如齿轮结构和标准零件的设计计算，同时介绍了差速器的发展现状和差速器的种类，对于差速器的方案选择和工作原理也作出了简略的说明，通过运用PRO/E软件对差速器进行三维建模工作，差速器的非标准零件的设计计算，比如行星齿轮，半轴齿轮，垫圈，还有十字轴,通过这一系列的计算，得到了详细准确的设计参数，为PRO/E的差速器建模工作奠定了基础，工程图的制定则是根据对所测绘零件的技术要求的分析，进一步巩固和完善所学的机械制图知识，结合已学的专业知识，合理的选择装配公差、加工余量,涉及的专业知识广泛，对提高自身的专业知识应用能力有重大的意义。对差速器的工作状况进行运动仿真，运动仿真是运用三维建模后装配，并使用销钉、刚性等各种连接后加上各类运动副，如齿轮副、凸轮机构等，添加伺服电机对所设计的装配体进行运动学分析通过仿真输出数据与理论数据进行比较，并检查干涉，修改不合理零部件。并对驱动桥壳的工况进行有限元分析，有限元结构分析则是通过对零件三维模型的载荷，约束等情况的分析，结合所学有限元理论，对零件的强度在PRO/E的结构分析模块下做校核，并根据计算的应力对零部件做相应的改进设计，为企业生产提供理论基础。 [关键词]行星齿轮，半轴齿轮，十字轴，运动仿真，有限元分析
The Design of Vehicle’s Differential and the Finite Element Analysis about the Driving Axle Housing ee (ee ) Tutor: ee Abstract:The design of the main drivers on the installation of the bridge in between the two axle differential design, mainly related to the differential structure of non-standard parts such as gear parts and standards for design and calculation, but also introduced the development of differential status and the type of differential. For differential selection and the principle of the program have also made a brief note. Building the differential’s 3D modeling through the use of PROE sofeware , differential calculation in the design of non-standard parts, such as planetary gear, axle shaft gear, the gasket , and cross axis, through a series of calculation, get the accurate and detailed design parameters, for PRO/E differential modeling work laid a foundation , formulation is based on the engineering drawing for the parts of surveying and mapping analysis of the technical requirements of the further consolidate and improve the knowledge of mechanical drawing, combining has to learn professional knowledge , Reasonable selective assembly tolerance allowance involves extensive professional knowledge, to improve their professional knowledge application ability is of great significance. On the working conditions of differential motion simulation, motion simulation is to use 3 d modeling after assembly, and use the pin after connected rigid, etc and all kinds of motion pair, such as gear CAM mechanism, etc. Add by design of the servo motor assembly kinematic analysis by comparing the simulation output data with theoretical data, and check the interference, modify unreasonable parts. And carries on the finite element analysis on the operation condition of the drive axle housing, the finite element structure analysis is based on a load of parts 3 d model, the constraints such as case analysis, combined with the finite element theory, we learned about the strength of the parts under the structure analysis module of PRO/E to do checking. And according to the calculation of the stresses on the parts to do the corresponding improvement design .Provides the theoretical foundation for the enterprise production Keywords:planetary gear , axle shaft gear, universal joint pin, exercise simulation, finite element analysis
驱动桥壳设计
驱动桥壳设计 驱动桥壳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泥水浸入． 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
基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计
摘要 中型货车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳是中型货车重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量，并将载荷传给车轮。其设计的成功与否决定着车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面的设计要求。因此，驱动桥壳应具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，合理地设计驱动桥壳也是提高汽车平顺性的重要措施。 本文以有限元静态分析理论为基础，将CAD软件Pro/E和ANSYS结合运用主要完成了以下设计内容： （1）驱动桥的总体方案确定和半轴的设计校核； （2）驱动桥的设计和多工况校核； （3）桥壳模型的简化和Pro/E建模； （4）运用ANSYS软件对桥壳进行多工况分析，验证设计的合理性。 将CAD软件Pro/E和ANSYS结合运用，完成了从驱动桥壳和半轴三维建模到有限元分析的整个过程，并对其进行了强度和刚度的校核。 关键词：ANSYS；驱动桥壳；半轴；静力分析；强度；刚度
ABSTRACT Designed to determine the success of vehicle dynamics, ride comfort, economy and other aspects of the design requirements. Therefore, the drive axle housing should have sufficient strength, stiffness and good dynamic characteristics, the rational design of drive axle to improve vehicle ride comfort is also an important measure. In this paper, the finite element static analysis based on the theory, ANSYS and the CAD software Pro/E combined use of the design was completed for the following elements: (1) the overall scheme for the drive axle and axle design verification; (2) drive axle design and multi-condition check; (3) shell model bridge model simplification and Pro/E; (4) the use of ANSYS software, multi-axle condition analysis, verify the design is reasonable. Pro/E CAD software and ANSYS will be combined with the use of complete three-dimensional modeling from the drive axle to the finite element analysis of the entire process, and gain checking the strength and stiffness. Key words: ANSYS; Drive axle housing; Static analysis; Strength; Stiffness
汽车驱动桥壳结构的有限元分析
万方数据
?汽车驱动桥壳的结构有限元分析? 建立桥壳的有限元模型时，先对驱动桥壳实体做必要的简化（如图１所示），在此基础上对桥壳性能进行分析。 图１桥壳三维几何模型 ２驱动桥壳有限元模型的建立 ２．１’导入驱动桥壳几何模型到ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ中导人ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ的桥壳几何模型如图２所示。经过ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ统计，共导入１９６个曲面，从图中可以看出，有一些大的区域被分割成很多小的曲面。 图２导入的几何模型 ２．２驱动桥壳有限元网格的划分 在一项工程分析中，经常要花费很多时间生成有限元网格。为减少有限元网格的生成时间，ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ提供了多种网格生成器用来自动生成有限元网格。 经过网格划分，最后的有限元网格如图３所示，共有２７０２７个四边形单元、２７０５２个节点。 图３网格生成图 该驱动桥壳的本体材料为８ｍｍ厚的０９ＳｉＶＬ钢板，从材料手册中查出其弹性模量Ｅ＝５ＭＰａ，泊松比斗＝０．３，材料密度为７８５０。计算桥壳的垂直静弯曲刚度和静强度的方法是：将后桥两端固定，在弹簧座处施加载荷，将桥壳两端车轮中心线处全部约束，然后在弹簧座处施加规 ?６．定载荷。 ２．３桥壳载荷的施加 根据车桥实际承载情况，车桥所受载荷包括下列两类： （１）簧载质量。该微型车在满载时的后悬簧载质量为９４０ｋｇ，车桥每一侧为４７０ｋｇ。根据悬架与车桥的连接方式，本文取车桥每一侧的静载荷沿弹簧支座均匀分布，并施加在相应的节点上，作用形式为均匀分布的载荷密度。 （２）纵向推力杆的反作用力。汽车驱动力通过车轮、车桥、纵向推力杆传到车身，推动车身前行，因此驱动桥壳体还受到纵向推力杆的反作用力的作用。反作用力在桥壳上的作用形式也是均匀分布的。 ３桥壳结构有限元分析 在有限元模型中，驱动桥壳在２．５倍满载轴荷工况下，应力及应变云图分别如图４、图５所示，最大位移为０．４６９Ｅ－０３ｍ，最大应力为２１８５ＭＰａ，出现在半轴套管约束处。在不考虑由于约束影响造成的局部过大应力的情况下，应力较大值分布在钢板弹簧座的两侧，约为２４０ＭＰａ，远小于材料的许用应力＝５１０ＭＰａ～６１０ＭＰａ。所以，该桥壳是符合结构强度要求的。 图４桥壳应力分布云图 《ｊＥ宝汽奎滏２ＱＱ！：盟Ｑ：ｉ万方数据
桥梁的有限元分析认识
桥梁的有限元仿真分析 土木083班：孙玉宝 摘要:通过有限元分析能够得出桥梁的很多参数，通过这些参数来判断设计是否满足要求！比如：施加的张拉力多大合适、桥梁的动力特性等等，有限元分析能够对桥梁修建的全过程进行模拟，包括施工阶段的控制、成桥分析、荷载试验。有效地利用了高强度的钢筋和混凝土，可以形成比普通混凝土跨度大而自重轻、截面小的承重结构物；可以改善钢筋混凝土的使用性，可以承受相当大的的过载而不会引起永久性的破坏。 关键词：有限元、钢筋混凝土、预应力、有限元分析法。 正文： 筋混凝土预应力桥梁的有限元分析研究意义：通过有限元分析能够得出桥梁的很多参数，通过这些参数来判断设计是否满足要求！比如：施加的张拉力多大合适、桥梁的动力特性等等，有限元分析能够对桥梁修建的全过程进行模拟，包括施工阶段的控制、成桥分析、荷载试验。总之呢意义非凡啊！... 预应力桥梁分类： ①根据预应力混凝土中预加应力的程度分为：全预应力混凝土（预应力混凝土结构物在全部使用荷载的作用下不产生弯曲拉应力）、有限预应力混凝土（预应力混凝土结构物的拉应力不超过规定的允许值）和部分预应力混凝土（预应力混凝土结构物在主承载方向产生的的拉应力没有限制）； ②根据给预应力筋实施张拉是在预应力混凝土结构物形成之前或之后分为：先张法和后张法两种。在水电工程中大都采用后张法施工； ③根据预应力筋与混凝土结构物是否粘结分为：粘结（在预应力施加后，使混凝土结构物对预应力筋产生握裹力并固结为一体）和无粘结（通过采取特殊工艺，使用某种介质将预应力筋与混凝土隔离，而预应力筋仍能沿其轴线移动）两种； ④根据施加预应力的混凝土结构物体形特征分为：预应力混凝土板、杆、梁、闸墩、隧洞； 预应力桥梁优点： ①有效地利用了高强度的钢筋和混凝土，可以形成比普通混凝土跨度大而自重轻、截面小的承重结构物； ②可以改善钢筋混凝土的使用性，从而防止混凝土开裂或将裂缝的宽度限制到无害的程度，提高了耐久性； ③混凝土的变形可保持在很小的范围，即使是部分预应力，在使用荷载的作用下，承重结构所受拉应力也在允许的较小范围内； ④承重结构有很高的疲劳强度。这是由于在预加应力的作用下，钢筋应力的变化幅度大大减小，远远低于疲劳强度； ⑤只要钢筋应力不超过其应变极限，可以承受相当大的的过载而不会引起永久性的破坏。超载引起的裂缝就会重新闭合。 有限元分析法是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较
驱动桥壳设计
驱动桥壳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泥水浸入． 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1)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。 可分式桥壳 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2)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。
整体式桥壳 按制造工艺不同，整体式桥壳可分为铸造式(图a)、钢板冲压焊接式(图b)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3)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。 组合式桥壳 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。图4为驱动桥壳受力图，桥壳危险断面通常在钢板弹簧座内侧附近，桥儿端郎的轮毂轴承座根部也应列为危险断面进行强度验算。 1）牵引力或制动力最大时，桥壳钢板弹簧座处危险断面的弯曲应力δ和扭转切应力τ分别为 式中，Mv为地面对车轮垂直反力在危险断面引起的垂直平面内的弯矩，Mv=m’2G2b/2b为轮胎中心平面到板簧座之间的横向距离，如图4所示；为一侧车轮上的牵引力或制动力芦Fx2在水平面内引起的弯矩， =Fx2b；TT为牵引或制动时，上述危险断面所受转矩，TT=Fx2rr；Wv、Wh、、分别为危险断面垂直平面和水平面弯曲的抗弯截面系数及抗扭截面系数。