汽车驱动桥壳的有限元法分析及提高强度措施

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商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析

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《（）机械与电子》２０１２８
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商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析
设计与研究
ｍｏｄｅｌｓａｒｅｉｍｏｒｔｅｄＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ．Ｔｈｅｎｔｈｅｐ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｒｅｎｔｈａｎａｌｓｉｓｏｆｔｈｅｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｇｙ，ｍａｘｌｅｈｏｕｓｉｎｏｄａｌａｎａｌｓｉｓｕｎｄｅｒｔｗｏｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｇｙ，ｏｆｔｈｅｆｒｅｅｓｔａｔｅａｎｄｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｓｔａｔｅａｎｄｓｔｒｕｃ－ｐｔｕｒａｌｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｗｅｒｅｍａｄｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｒｏｖｉｄｅｐｐｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｒｉｖｅａｘｌｅｈｏｕｓｉｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｔｈｅｏｒｇｙ，，ｄｅｓｉｎ，ｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｌｉｈｔｗｅｉｈｔａｎｄｆａｔｉｕｅｌｉｆｅｇｐｇｇｇ，ｒｅｄｉｃｔｉｏｎｗｈｉｃｈａｒｅｏｆｉｍｏｒｔａｎｔｓｉｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｐｐｇｔｈｅａｃｔｕａｌｅｎｉｎｅｅｒｉｎ．ｇｇ：；Ｋｅｗｏｒｄｓｄｒｉｖｅａｘｌｅｈｏｕｓｉｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｇｙ；ａｎａｌｓｉｓｓｔｒｅｎｔｈ；ｍｏｄａｌｙｇ

基于catia与ansys的汽车驱动桥壳有限元分析

基于catia与ansys的汽车驱动桥壳有限元分析汽车驱动桥壳是汽车传动系统中不可或缺的部件，是汽车传动系统性能和可靠性的关键指标。

因此，对于汽车驱动桥壳的强度、刚度及疲劳性能的精确分析和预测具有重要意义。

近年来，有限元分析技术在汽车驱动桥壳分析领域得到广泛应用，可以有效获取整个汽车驱动桥壳的力学特性，为企业的产品质量提供有力支持。

本文基于Catia与Ansys有限元软件，采用节点法建立了汽车驱动桥壳模型，然后分析了汽车驱动桥壳的材料特性和结构特性。

首先，利用热处理工艺处理汽车驱动桥壳的材料，然后采用Catia 软件建立汽车驱动桥壳的有限元模型，并将材料参数和结构参数以及节点位置等信息导入模型，进而利用Ansys有限元分析软件对汽车驱动桥壳的力学特性进行分析。

在节点法的有限元有限元模型建立上，利用柔性节点、支座节点和悬臂梁元素，能够精确反映汽车驱动桥壳模型，解决汽车驱动桥壳实体模型中存在的几何复杂度和渐近问题。

有限元分析中，施加静载荷和动载荷分析，并利用应力平均值计算汽车驱动桥壳的材料强度指标，同时利用许用应力与应力最大值的比值判断汽车驱动桥壳的有效性。

为了更准确地提高汽车驱动桥壳的精度，本文采用KG分类结构网格方法，实现了粗模型与细模型的转换，即能够精确模拟实体模型中存在的几何非线性和材料非线性，从而得到准确无误的汽车驱动桥壳分析结果。

分析结果表明，汽车驱动桥壳模型的强度和刚度满足了汽车传动系统的要求，疲劳性能达到国家规定的明确要求，从而证明了本文提出的有限元分析方法是有效的、可行的。

本文以Catia与Ansys有限元软件建立汽车驱动桥壳有限元模型，并利用精细结构网格及求解器分析了汽车驱动桥壳的强度、刚度及疲劳性能，得出了较为准确的力学特性结果。

因此，本文提出的基于Catia与Ansys有限元分析技术具有较好的实用性，可以为汽车驱动桥壳相关产品的质量提供可靠的研究支持。

在未来的应用中，可以进一步改进有限元分析软件的计算精度，以满足不断提高的产品强度要求，并利用多因素及多组分的设计方法，研究设计新型汽车驱动桥壳的结构和性能。

汽车驱动桥壳的有限元分析和设计方法综述

汽车驱动桥壳的有限元分析和设计方法综述作者：支景锋来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第11期摘要：驱动桥是为车辆运行提供动力和承载力的主要构件，其桥壳的设计和质量的优劣将影响车辆的安全性和实用性。

本文介绍了汽车驱动桥壳有限元分析的方法，对模型建立、静力学分析、疲劳寿命分析等关键环节进行了阐述，并据此介绍了轻量化设计的方法，提出了汽车驱动桥壳的设计要求和提高桥壳寿命的有效措施。

关键词：驱动桥壳；有限元；ANSYS；分析；设计1 汽车驱动桥壳的有限元模型建立有限元法是一种在工程分析中常用的方法，驱动桥桥壳结构是一个极为复杂的结构，在实际结构的基础上有效地建立简化而正确的有限元模型，是保证有限元分析准确的首要条件。

通常，在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限元前处理模型的建立。

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，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，采用三维CAD软件如UG、SolidWorks、ProE等中建立几何模型，然后在有限元分析软件ANSYS Workbench 中通过输入接口读入实体模型，进而在ANSYS Workbench 中完成前处理等过程。

2 汽车驱动桥壳的静力学分析2.1 最大垂向力工况车辆满载在不平整路面快速行驶时，驱动桥壳同时承受垂向载荷和冲击载荷，此时的桥壳犹如一个简支梁，桥壳通过半轴套管轴承支于轮毂上，半轴套管的支撑点位于车轮的中心线上，垂直载荷取2.5倍满载轴荷，载荷施加在两个钢板弹簧座上，根据软件得到的变形图、应力图分析桥壳是否满足强度和刚度要求。

2.2 最大牵引力工况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。

此時需要得出最大牵引力的计算公式并根据公式进行计算处理。

2.3 最大制动力工况驱动桥壳承受垂向力、制动力和制动力在两板簧座位置引起的转矩。

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ＦＡｎｌｓｓａｄＯｐｉｚｔｎｏｈｃｅＤｒｖｌｕｉｇＥａｙｉｎｔｍｉａｉｆＶｅｉｌｉｅＡｘｅＨｏｓｎｏ
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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。

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。

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。

基于有限元方法的载货汽车驱动桥壳分析(毕业设计用)

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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

终极版：关于轻型汽车驱动桥壳有限元分析

摘要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。

本文以轻型载货汽车驱动桥壳为研究对象，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。

并且通过对桥壳在四种主要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。

AbstractAs 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.This article studies based on light truck driver axle of QX1060, 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 four 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.Keywords：Finite element method，UG，ANSYS Workbench，Drive axle housing，Static analysis，Modal analysis目录摘要 (I)Abstract........................................................................................................................ I I 1 绪论. (1)1.1 课题来源及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 ANSYS软件介绍 (4)1.3.1 概述 (5)1.3.2 ANSYS的主要模块及功能 (5)1.3.3 ANSYS的主要技术特点 (6)1.3.4 ANSYS Workbench简介 (7)1.4 CAD/CAE在汽车设计中的应用 (8)1.5 课题研究内容 (8)2驱动桥壳的CAD建模 (10)2.1 驱动桥壳的结构特点 (10)2.2 UG软件介绍及参数化建模思想 (10)2.2.1 UG软件介绍 (10)2.2.2 UG参数化建模思想和一般模块介绍 (11)2.3 驱动桥壳的建模及简化处理 (14)2.3.1 驱动桥壳三维的建模 (14)2.3.2 驱动桥壳的模型简化处理 (16)3 驱动桥壳静力分析 (18)3.1 静力分析概述 (18)3.2 驱动桥壳静力分析典型工况 (18)3.3 建立驱动桥壳有限元模型 (20)3.3.1 几何模型的导入 (20)3.3.2 生成桥壳有限元模型 (21)3.4 驱动桥壳各工况静力分析 (23)3.4.1 冲击载荷工况 (23)3.4.2 最大驱动力工况 (25)3.4.3 最大制动力工况 (28)3.4.4 最大侧向力工况 (30)4 驱动桥壳的模态分析 (34)4.1 模态分析理论 (34)4.2 建立模态分析有限元模型 (35)4.3 驱动桥壳模态分析 (36)4.3.1 自由模态分析 (37)4.3.2 约束模态分析 (41)4.3.3 模态分析总结 (47)5 课题总结与展望 (48)5.1 课题总结 (48)5.2 研究展望 (49)参考文献 (50)致谢 (52)附录Ι：电子文档清单 (53)1 绪论1.1 课题来源及意义本课题来源于湖北汽车工业学院汽车工程系，是汽车设计与分析计算的子课题之一，是后续专业课程的基础，为轻型载货汽车的驱动桥壳设计提供参考。

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。

基于ansys的汽车驱动桥壳有限元分析

基于ansys的汽车驱动桥壳有限元分析摘要：建立了基于 ANSYS 的汽车驱动桥壳的参数化有限元模型，在最大垂向力工况下对桥壳进行静力分析，得到桥壳的应力和位移分布规律。

对桥壳进行模态分析，得到桥壳1至6 阶固有振动频率。

最后采用目标驱动优化方法对桥壳进行以轻量化为目标的优化。

有限元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：驱动桥壳；静力分析；模态分析；疲劳寿命；优化前言汽车轻量化是实现节能减排的重要手段和方法，汽车轻量化实质上是零部件轻量化。

一方面节约原材料，降低生产成本；另一方面降低燃油消耗，减少排放。

目前国内对汽车零部件的设计已经从主要依靠经验逐渐发展到应用有限元方法进行强度计算和分析阶段。

只有结构优化方法能够解决汽车生产过程中的高性能、低成本与轻量化的矛盾。

驱动桥壳是汽车的主要承载件和传力件，作为主减速器、差速器和半轴的装配基体，并将载荷传给车轮。

作用在驱动车轮上的牵引力、制动力和横向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上的。

因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。

本文中采用有限元法对威铃轻型货车后驱动桥壳（假定为整体成形桥壳，非冲焊桥壳，忽略焊接的影响）在最大垂向力工况下进行强度刚度校核，模态分析，在此基础上进行疲劳寿命预测，找出驱动桥壳的潜在危险位置。

在保证满足桥壳强度刚度的条件下，对桥壳进行优化，实现桥壳轻量化。

最后对轻量化的结果进行模拟验证，从而确定了较合理的设计方案，由此提高了产品性能，节省了材料，提高了驱动桥壳的设计水平，减少了实际试验研究的费用和时间，为企业对桥壳改进和新产品开发提供理论指导。

1 最大垂向力工况静力分析对4. 5t 江淮威铃轻型货车桥壳进行静力分析，桥壳尺寸参数如下：壁厚8mm，轮距1600mm，板簧距890mm。

在ANSYS DesignModeler中建立参数化模型（壁厚为设计变量），在保证有限元分析精度的条件下，忽略一些无关紧要的结构，如放油孔、加油孔和螺栓孔等，保留对有限元分析有影响的部分，如凸包、固定环、轴头和钢板弹簧座等，建立实体模型；导入ANSYS Workbench后划分网格（无需定义单元类型），施加载荷和约束，求解后得到桥壳的mises应力分布云图和等效位移分布云图。

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。

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。

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。

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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
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设计与制堵
・
机械研究与应用・
汽车驱动桥壳的有限元法分析及提高强度措施 ’
谢源
３４２）６０１（闽西职业技术学院机械工程系，建龙岩福
摘
要：汽车的驱动桥是车辆运行中提供动力和承载力的主要构件。其桥壳的设计和生产质量的优劣将影响车辆的
图１驱动桥桥壳的几何模型
２驱动桥桥壳的有限元构建【Ｊ２
驱动桥桥壳在工作中受力较为复杂，而汽车的行驶条件行驶状态等又是千变万化，了提高其承受弯为矩的能力，在设计过程中必须对桥壳的应力、变、弯危
险部位应力、动影ｎ进行计算和校验。目前，振向等有驱动桥壳的结构是一个较为复杂的多构件组合的机构，在建立有限元模拟的过程中应保证其结构和
性做出评价。驱动桥桥壳的几何模型如图１。
车的车桥也就是汽车的车轴，这个结构的两端安装在车轮并由悬挂架和整体车架向连接，驱动桥桥壳是汽车上重要的承载件和传力件，非断开式驱动桥的桥壳不仅支承汽车重量，将载荷传递给车轮，而且还承受由驱动车轮传递过来的牵引力、制动力、向力、向侧垂力的反力以及力矩，并经悬架传给车架或车身。驱动桥壳的形状复杂，而汽车的行驶条件（如道路状况、车辆的运动状态以及气候等）又是千变万化，因此，要精确计算出汽车行驶时驱动桥壳上各处的应力和变形，并对桥壳进行强度和刚度校核是很困难的。
ＸｉＹｕａｅｎ
（ｅａｔｅｔｆｍｃａｉｌｎｉｅｎＭｉｘｖｃｔｎｌｅｈｉｏｅｅＬｎｙｎＦｊｎ６１Ｃｉ）Ｄｐｒｎｏｅｈｎｃｇｎｒｇ，ｎｉｏａｉａ＆ｔｎｃｃｌｇ，ｏｇａｕａ３加２，ｈｎｍａｅｅｉｏｃａｌｌｉａ
实际相同，这样才能保证有限元分析的准确性。一般在整个有限元求解的过程中最为重要的步骤就是有
ห้องสมุดไป่ตู้
限元的方法已广泛应用在驱动桥桥壳设计中，对驱动桥桥壳的有限元计算，既可分析驱动桥桥壳的强度及
安全性和实用性。对桥壳的设计和模拟实验的关键环节作了阐述，绍了桥壳有限元分析方法和提高桥壳介
强度措施。
关键词：动桥壳；驱分析；强度措施中图分类号：Ｈ２Ｔ１２文献标识码：Ａ文章编号：０７４１（０１０ — ０８０１０－４４２１）５０４ — ２
ｔｎｈ￣ｉｆｅｉｌｘｅｈｕｉｇｄｓｇｎｒｄｃｉｎｗｌａｅｔｔｅｖｈｃｅｓｓｆｔｎｒｃｉａｉ，ｓｘｅｈｕｉｇｉ．ＴｅｑｏｔｏｈｃｅａｌｏｓｎｅｉｎａｄｐｏｕｔｉｆｃｅｉｌａｅａｄｐａｔｌｔＤａｌｏｓｎｙｖｏｌｈｙｃｙ
Ｆｉｔｌｍｅｔａｎｌｓｓａｄｔｅｔｉｐｒｖｍｅａｕｒｓｎｉｅｅｅｎａｙｉｎｓｒｎｇｈｍｏｅｎｔｍｅｓｅｆｕｔｍｏｉｅｄｉｘｅｈｏｓｎｇｏｒａｏｔｖｒｖｅａｌｕｉ