基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计

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基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计-开题报告

毕业设计（论文）开题报告
学生姓名指导教师姓名
系部职称
汽车与交通工程学院
讲师
从事专业
专业、班级车辆工程是否外聘 □是■否
题目名称
基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计
一、课题研究现状、选题目的和意义 1、研究现状近些年来，随着中重型货车在国际车市上凸显强劲的增长势头和市场占有率，随 Nhomakorabea中重型货车市
场的发展，作为四大总成之一的车桥也飞速的发展起来，所以国内外都对车桥行业投入了大量的人力物力，国内市场过去，商用车整车企业的发展战略是车身必须自制，发动机立足或争取自制，而车桥则一般采用社会资源。然而，随着近年商用车市场，特别是中、重型卡车市场竞争的加剧，为了在核心总成上不受制于人，国内一汽、中国重汽等主要商用车企业要么投巨资、重兵布局发展自己的车桥业务；要么积极主动与有关大型车桥生产企业建立长期战略联盟，以确保自己稳定的零部件供应。国外市场，作为目前顶级的欧洲品牌的车桥代表了当今世界最高的设计水平，如戴姆勒－克莱斯勒公司 20 世纪90 年代末期开发的全新重型卡车ACTROS 系列VOLVO的FM FH系和SCANIA的第5代(4系列G级)，代表着技术变革的前沿MAN 的重型卡车TGA五十铃F系列等都代表着目前世界最高水平载货车车桥设计水平。
2、选题目的和意义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。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上⋯。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。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。在我国传统的设计方式中以手工绘图或采用 AutoCAD 绘制二维平面图，做出成品进行试验为主，无法满足快速设计的需求，造成产品开发周期长、设计成本高。利用 ANSYS 软件对桥壳进行分析校核，能够大大提高设计的效率和质量，为中型货车的研发缩短了宝贵的时间。

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。

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。

基于有限元方法的载货汽车驱动桥壳分析

２
ＡＳＳ对某整体式桥壳进行应力场和位移场分析，ＮＹ，
并验证其设计的合理性。
（ｔｌｙ８ＴｏａｌＩ３）
基于有限元方法的载货汽车驱动桥壳分析
杨朝会，丰元，浩王马
（岛理工大学汽车与交通学院，青山东青岛２６３）６０３摘要：载货汽车驱动桥壳进行了强度计算和有限元模拟分析，出了零件的应力和变形分布，证了设计的合理对得验
性，为汽车驱动桥的强度评价及疲劳寿命估算提供了相关数据。
关键词：车桥桥壳，车，货分析，变形中图分类号：６．１Ｕ４３２８文献标识码：Ａ文章编号：６３３４（０６ｌ一０９０１７ — １２２０）０ｏｌ— ３
０引言
汽车驱动桥壳是汽车的主要传力件和承载件，与从动桥壳共同支承车架及其上的各总成重量，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩。驱动桥壳又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置的外壳。因而驱动桥壳应具有足够强度和刚度，于主减速便
（ｅｉｅａｄｒｆｃＳｈｏＱｎｄｏｅｈｏｇａＵｉｒｔＱｎｄｏ２６３，ｈｎ）Ｖｈｃｎａｉｃｏｌｉｇａｃｎｌｉｌｎｖｓｙｉｇａ，６０３ＣｉａｌＴｆ，Ｔｏｃｅｉ，

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。

基于有限元法的汽车驱动桥壳仿真设计

基于有限元法的汽车驱动桥壳仿真设计发表时间：2020-06-01T10:30:31.840Z 来源：《基层建设》2020年第4期作者：梅欣鑫[导读] 摘要：通过有限元法来进行产品的仿真设计，可以有效降低产品的设计周期以及设计成本。

身份证号码：36250219920215XXXX摘要：通过有限元法来进行产品的仿真设计，可以有效降低产品的设计周期以及设计成本。

本文重点针对汽车驱动桥壳的仿真设计工作展开了分析和研究，采取有限元法的三维建模分析方法，有效保证汽车驱动桥壳的设计工作质量。

关键词：有限元法；汽车驱动桥壳；仿真设计汽车驱动桥壳在传统的设计工作当中，通常情况下采用的是类比的设计方法，对已经存在的产品进行有效的改进，然后进行一系列实验和改造。

有限元法属于一种比较先进的结构计算方法，可以通过有限元的分析方法得出汽车驱动桥壳的应力变化以及形变量的具体发展状况，对应力集中区域的速率变化趋势进行有效分析和研究，从中可以得到比较理想化的参数计算结果，在汽车的设计工作当中得到了广泛的应用。

在针对某重型装载汽车的驱动桥壳设计工作中，相关设计工作人员采用的有限元分析方法，建立起了驱动桥壳模型结构，驱动桥壳的整体形变状况、应力分布状况以及强度大小等进行深入分析，相比于传统的设计工作方法，驱动桥壳的受力以及应变状况更加详细，设计工作比较简单，前期的工作成本投入量较低。

1.汽车驱动桥壳模型的建立汽车驱动桥壳的结构构成相对比较复杂，并且其中存在比较复杂的过度曲面结构，因此在实际的分析工作过程中，可以使用三维建模软件建立起汽车驱动桥壳的几何模型。

驱动调和的基础尺寸参数如下所示，壁厚16mm，轮间距1850mm，弹簧距离1050mm。

依照驱动桥壳的几何受力特点和模型特征，在保证典型的受力特征条件下，对汽车桥壳结构进行了有效的简化和分析，具体如图1所示。

在Ansys当中进行了网格划分处理，从中得到了有限元模型，共涉及到了49205个分布节点以及26236个构成单元，如图2所示：图1 驱动桥壳几何模型图2驱动桥壳有限元模型汽车的驱动调和在行驶工作过程中受力的情况相对比较复杂，所承受的外部应力作用主要分为了垂直方向受力牵引力、制动力以及侧方向受力。

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

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 ElementAnalyzing of AutomobileDrive 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This 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 (2)1.1 汽车桥壳的分类 ..................... 错误!未定义书签。

基于有限元法的汽车半轴强度分析

基于有限元法的汽车半轴强度分析发布时间：2022-04-11T11:21:50.880Z 来源：《中国科技信息》2022年1月上作者：朱文慧、姬芳芳、李宁[导读] 汽车半轴强度校核方法，传统方式是根据材料力学公式进行计算，该方法存在计算精度低、计算时间长、尤其是局部位置的应力无法精确计算，而利用有限元法则可以便捷的对半轴进行强度求解，能够对半轴整体结构应力进行分析。

本论文以某商用汽车半轴为研究对象，对半轴在扭转载荷工况下进行静力学分析，得出相应的应力和位移结果，分析结果表明半轴应力和扭转角均符合半轴设计要求，CAE 分析结果为产品设计和制造提供理论依据，从而保证产品设计的合理性。

郑州经贸学院朱文慧、姬芳芳、李宁摘要：汽车半轴强度校核方法，传统方式是根据材料力学公式进行计算，该方法存在计算精度低、计算时间长、尤其是局部位置的应力无法精确计算，而利用有限元法则可以便捷的对半轴进行强度求解，能够对半轴整体结构应力进行分析。

关键词：商用车；半轴；工况；强度；有限元；应力；中图分类号：文献标识码：文章编号：0 引言半轴是汽车底盘系统动力传递的重要部件，位于汽车后桥差速器与驱动轮之间，其内侧通过半轴花键与差速器齿轮啮合，外侧与驱动轮轮毂连接，主要作用是将汽车行驶过程中的动力传递至车轮。

根据不同的安装形式，有全浮式半轴、半浮式半轴、四分之三浮式，每种形式各有优缺点，全浮式半轴广泛应用于中、重型货车[1][2]，本文研究的商用汽车半轴就是采用全浮式结构。

全浮式半轴特点是车轮轮毂通过一对圆锥滚子轴承支撑在桥壳轴管上，这种半轴理论上只承受转矩，而不承受任何弯矩。

具体结构如图1所示，1-半轴，2-轴管，3-轮毂，4-圆锥滚子轴承，5-锁紧螺母。

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ＡＳＳ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ＣＴＡ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ＡＳＳ中，择Ｔｔｄｌ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 ’ ／ ‘２Ｄ
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，７８０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

中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析任务书

任务书进度检查表过程管理评价表过程管理评语该生在整个毕业设计环节，工作态度教认真，虽然后期刻苦努力，但前期由于找工作等原因表现得不够积极主动；能够自觉遵守学校有关规定；在指导教师的督促下，能够接受指导，汇报工作进度；开题报告撰写内容详实，条理清晰，文献阅读书目满足要求，对文献理解基本正确，格式符合学校的规范要求，能够按工作进度、较好完成各项工作任务。

希望在今后的工作和学习中，能够更加严谨认真，克服惰性，持之以恒，戒骄戒躁，必然会取得满意的成绩。

指导教师评价表指导教师评语该生在前期调研的基础上，完成了中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析，进行了驱动桥壳的结构设计，并应用ansys软件进行了受力分析，提出了改进措施。

选题属于汽车设计研究范畴，符合车辆工程专业培养目标要求，有一定实践意义，难度适宜，工作量饱满，该生据有一定的综合运用知识能力，能够参考文献资料，完成了相关设计计算，研究方法选择恰达，设计说明书撰写文题相符，分析、计算、设计正确合理，结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规范要求。

所提交的设计资料完整。

综合以上各点，该生完成了毕业设计任务书的内容，同意参加本科毕业答辩。

评阅人评价表评阅人评语XX同学以《中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析》为题，选题符合车辆工程专业培养目标的要求，对汽车零部件的设计有一定的研究价值和实践意义，选题的深度、难度适宜，工作量较充足。

设计过程使用CATIA软件建模，运用ANSYS软件进行受力分析，可见该生已经具有较强的计算机运用能力。

从毕业论文的完成质量来看，论文文题相符，分析、计算、设计等基本正确，但论文结构、撰写格式、目录、序号的使用等尚需再按照基本规范的要求完。

善评阅人签字：郭秀丽评阅人工作单位：机械工程学院日期：2017-05-24答辩纪录学生姓名：XX 专业班级：XX 毕业论文(设计)题目：中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析答辩时间：2017年05月26日时分~ 时分答辩委员会(答辩小组)成员主任委员(组长)：XX XXX委员(组员)：XXX答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1：两次ANSYS分析有什么不同？回答：第一次是ANSYS应力和位移分析结果；第二次是ANSYS模态分析结果。

基于有限元方法的汽车驱动桥壳分析

作为汽车总成的重要组成部件，驱动桥壳支撑着汽车的质量，并将载荷传给车轮。

汽车在行驶过程中由于载荷作用产生振动，驱动桥壳振动特性直接影响驱动桥本身的振动和整车行驶的平稳性。

因此对驱动桥壳结构的研究很有必要。

文中利用有限元法进行静力分析和模态分析，为后续的动力学响应分析提供了参考指导。

一、驱动桥壳有限元分析方法以计算机和矩阵运算为基础的有限元法是对复杂工程问题或结构问题计算的近似的数值分析方法。

驱动桥壳需要有很大的强度和刚度，驱动桥壳传统的经验设计方法是利用数学、力学等理论知识进行计算。

这种方法计算量大且很复杂，很难模拟各种工况。

根据汽车驱动桥壳的结构、各种受力和约束，应用有限元法模拟，可以计算出驱动桥系统的动态响应，结果可信且接近实际，能较真实地模拟出驱动桥动态使用过程。

图1是汽车驱动桥壳有限元分析流程。

基于有限元方法的汽车驱动桥壳分析撰文/西华大学机械工程与自动化学院吴超廖敏蚌埠学院机械与电子工程系业红玲驱动桥桥壳作为汽车的重要承载和传力部件，其强度和动态性能直接影响汽车运行的安全、平顺性和舒适性。

本文运用有限元法研究了驱动桥壳在最大铅垂力工况下的静力分析，得出了驱动桥壳强度和变形符合要求；同时对驱动桥壳进行模态分析得出了驱动桥壳前六阶固有频率并给出了前四阶模态振型，分析结果表明桥壳结构合理。

上述研究得出的结论为后续驱动桥壳的优化和实验提供了重要的参考依据。

图1 桥壳有限元分析流程图首先要建立驱动桥壳的三维数值模型，结合桥壳的材料及属性转化为有限元分析模型，对有限元模型添加约束边界并施加载荷，然后计算求解，进行驱动桥壳的结构静力分析和动力学模态分析，通过有限元后处理分析结果可分别获得驱动桥壳的应力和变形、固有频率和振型，结合材料特性和使用要求进行驱动桥壳的强度和刚度判断，从而为改进和优化驱动桥壳设计提供可靠的数据支持。

二、驱动桥壳有限元模型建立在NX软件中建立某型汽车驱动桥壳的三维模型，由于汽车驱动桥桥壳结构形状较为复杂，包含许多复杂曲面。

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。

重载货车驱动桥壳有限元分析

(1. School of M achinery & Electronics Engineering, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China; 2. School of M echanical2electronic and Automobile Engineering, Beijing University of Civil Engineering and A rchitecture, Beijing 100044, China)
2. 北京建筑工程学院机电与汽车工程学院 ,北京 100044)
摘要 : 随着中国国民经济高速发展 ,汽车工业已迈入新时代 ,重型载货车的需求量大大增加 ,对重型汽车的性能要求越来越高 ,这使得传统的驱动桥桥壳设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的要求。由于驱动桥桥壳是汽车的重要承载件和传动件 ,是维系车辆运行安全的关键部件 ,桥壳的性能和疲劳寿命直接影响汽车的有效使用寿命。因此 ,驱动桥壳应具有足够的强度、刚度和良好的疲劳耐久特性。本论文以某货车的驱动桥壳为研究对象 ,提出了桥壳几何模型的简化方法 ,利用 PRO / E建模软件建立了桥壳的有限元计算模型 ,并联合有限元分析软件 ANSYS对桥壳进行了强度计算和有限元模拟分析 ,得出了零件的应力和变形分布 ,验证了设计的合理性 ,为汽车驱动桥的强度评价提供了相关数据。
σ = MV +M h
(1)
WV W h
τ = TT
(2)
WT
式中 :MV 为地面对车轮垂直反力在桥壳板簧座处断面引起
的垂直平面的弯矩 , MV =m ′2 G2 b /2; ( b为轮胎中心平面到板

重型卡车驱动桥桥壳典型工况的有限元分析

价值工程———————————————————————基金项目：本文为河北工业职业技术学院资助科研项目，项目编号：YZ-1103。

作者简介：朱晓红（1978-），女，河北石家庄人，河北工业职业技术学院，讲师，硕士，研究方向为汽车构造与维修。

0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。

在我国，大量重型卡车的使用环境恶劣，载重量大，并且经常处于超载状态。

这对重卡的工作部件损坏较大，尤其对于驱动桥的损伤更为明显。

汽车的驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，是几何形状较为复杂的零件，它是主减速器、差速器、半轴的装配基体，主要功用是支承汽车重量，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，应具有足够的强度和刚度，并且要求尽量减小质量以提高汽车行驶的平顺性。

本文针对重型卡车在不同工况下，驱动桥壳的强度，刚度，疲劳寿命进行分析，找出相对薄弱的部分，以及其上的应力，变形，失效寿命，为重型卡车的驱动桥壳的优化设计及整车的合理使用提供了正确的依据和参考。

1重型卡车驱动桥壳的总体结构本文主要研究单轴载重量为13t 的重型汽车的驱动桥壳，此重型汽车额定承载时的总质量为320kN ，车轮滚动半径为476mm ，轮距为1895mm ，质心高度为1300mm 。

所研究的驱动桥带有圆柱行星齿轮式轮边减速器，装备了强制锁止式差速器的驱动桥，本驱动桥的桥壳结构为铸造整体式桥壳。

汽车在满载静止于水平路段时，驱动桥壳可视为一空心梁，两端经轮毂轴承支撑于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳支撑簧上载荷，而沿两侧轮胎中心线，地面给轮胎以反力G 2/2。

其受力如图1所示。

2基于UG 的驱动桥壳数字建模利用图解法进行车辆驱动桥壳的设计，计算量大且很复杂，精度不高。

而应用计算机的可视化技术和参数化造型及建模能力，在车辆的设计阶段进行三维实体建模，可以用参数建立起零件内各特征之间的相互关系。

基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计-任务书

二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）
（一）设计内容
依据主要技术指标确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，有限元技术在ANSYS中对半轴与桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。
（二）设计的车型和主要参数
依据主要技术指标设计的车型为解放J5K俊威型号为CA1103P9K2L2E，载质量4870kg,整备质量4830kg,满载总质量9895kg,车长为7840mm,车宽2476mm,车高2750mm。根据车型来确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，用pro/e建模在用有限元技术ANSYS对桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。
[8]吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华大学出版社，2002
六、备注
指导教师签字：
年月日
教研室主任签字：
年月日
（5）建立半轴与桥壳的零件图及装配模型第8～11周（4月19日～5月16日）（5）书写设计说明书第12～13周（5月17日～5月30日）
（6）设计审核、修改设计说明书第14～16周（6月1日～6月20日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月21日～6月27日）
五、主要参考资料
[1]蒋崇贤，何明辉《专பைடு நூலகம்汽车设计》武汉工业大学出版社
（二）图纸部分
半轴与桥壳装配图零件图若干张。
四、设计（论文）进度安排
（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告第1～2周（2月28日～3月14日）（2）确定总体方案第3～4周（3月15日～3月28日）（3）对半轴与桥壳结构及尺寸参数进行设计第5～6周（3月29日～4月11日）（4）ANSYS软件验证半轴与桥壳设计合理性第7周（4月12日～4月18日）