汽车驱动桥壳现代设计方法的实例分析

汽车驱动桥壳现代设计方法的实例分析

传统设计方法设计的桥壳最终应以台架试验为检验标准, 传统的汽车驱动桥壳设计方法是: 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、承受最大切向力以及承受最大侧向力时。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。设计桥壳时将桥壳看成简支梁并校核某特定断面的最大应力值.

传统的汽车驱动桥壳设计方法受力分析

现代设计方法的思路是: 在计算机上根据经验建立汽车驱动桥壳的三维CAD 初始模型, 模拟其三种台架试验, 以满足试验标准为设计要求, 并对结构参数进行优化设计。

利用UG软件进行桥壳建模。设计的桥壳为整体式, 由钢板冲压焊接而成。对模型作了必要的简化, 建成三维驱动桥壳初始模型。利用ANSYS 软件对桥壳进行有限元的分析。首先在ANSYS 中通过输入接口读入三维桥壳初始模型。经分析和实践, 模型采用三维8节点实体单元.驱动桥壳垂直弯曲刚性试验模拟, 通过有限元的计算, 可得到桥壳各节点的位移量。

有限元分析力学模型

驱动桥壳垂直弯曲静强度试验模拟, 在有限元模型中, 驱动桥壳在满载工况下, 各点的位移及应力云图.为了尽量接近实际,对左端轮距位置的6 个节点进行X、Y、Z 方向自由度的约束, 右端轮距位置的6 个节点约束其Y、Z 方向的自由度。观察节点当量应力云图。

位移和应力云图

除约束点出现应力集中外, 应力较大处位于钢板弹簧座两侧的上下表面. 根据标准规定, 驱动桥壳垂直弯曲失效后备系数Kn= Pn/P, 其中Pn为驱动桥壳垂直弯曲失效载荷, P 为满载轴荷。在计算机上驱动桥壳垂直弯曲失效载荷的确定, 可用桥壳应力值达到材料的强度极限对应的载荷代替。分别用不同的面载荷加载, 然后由有限元进行计算. 判断该桥壳垂直弯曲失效后备系数是否足够。

驱动桥壳垂直弯曲疲劳试验模拟, 根据以上的有限元应力分析结果, 选取板簧座附近应力最大的节点进行疲劳寿命计算。输入材料的应力寿命曲线( S- NCurve)由于零件尺寸、几何形状变化、加工质量及强化因素等的影响, 使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。故先计算弯曲疲劳极限的应力集中系数SCF。输入相关的数值, 模拟计算结果。看结果是否低于行业标准中桥壳疲劳寿命不得低于50 万次的要求。

参数的优化设计，.结构参数的优化设计是驱动桥壳现代设计方法的组成部分。当桥壳台架试验的模拟计算全部满足要求时, 可根据优化目标对可变设计参数进行优化, 使驱动桥壳的设计更理想更经济。一般情况下,可以重量或体积最小为优化目标。随着轻量化材料技术,包括生产工艺、装配、连接、材料性能等的不断发展和成熟, 针对不同轻质材料的不同性能,进行多材料混合结构设计,即同一部件的组成零件可由不同材料制造, 以实现所用的材料与零件功能达成最佳组合, 已经成为未来汽车设计发展的方向。