桥壳应力分析报告

1.驱动桥桥壳单元模型的刚度验证

根据QC/T533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》规定，驱动桥垂直弯曲刚性试验要求：(1)把装有减速器壳和后盖的桥壳安装在支架上，桥壳必须放平，如力点为二钢板弹簧中心，则支点为该桥轮距的响应点，或者将力点和支点位置互换；（2）安装时加力方向与桥壳轴管中心线垂直，支点应能滚动，以适应加载变形不致运动干涉；（3）测点位置如图1所示：

图1 桥壳垂直弯曲刚性试验力点、支点及测点位置简图对应的有限元模型做如下处理：约束驱动桥左侧轮距位置处12346自由度，约束驱动桥右侧轮距位置处2346自由度，在驱动桥左右弹簧座位置分别施加15t的竖直向下的载荷，如图2所示

图2 桥壳有限元模型中载荷和约束的加载方式经Radioss求解器求解，得到试验工况下桥壳位移云图和应力云

图分别如图3（a）和图3（b）所示：

图3（a）试验工况桥壳位移云图

图3（b）试验工况桥壳应力云图

桥壳满载轴荷时，桥壳最大变形为 2.054mm，而驱动桥轮距为3204mm，因此，每米轮距最大变形为0.641mm/m。根据QC/T534-1999《汽车驱动桥台架试验评价指标》对驱动桥桥壳垂直弯曲刚性试验的评价指标：满载轴荷时每米轮距最大变形不超过1.5mm得知此款驱动桥桥壳满足刚度要求。

2驱动桥桥壳极限工况静力分析

2.1不平路面冲击载荷工况

2.1.1驱动桥桥壳不平路面冲击载荷工况受力分析

汽车静止时，驱动桥桥壳两端经轮毂轴承支撑在车轮上，在钢板弹簧座处桥壳受汽车的簧上质量，而沿左右轮胎的中心线，地面给轮胎反力G2/2（双轮胎时，则沿双轮胎的中心），桥壳则承受地面给轮胎反力与车轮重力g w的差值，即（G2/2-g w），当汽车在不平路面上高速行驶时，桥壳除承受静止状态下的那部分载荷外，还要承受附加的冲击载荷，以动载荷系数来考虑。桥壳受力简图如图4所示：

图4 驱动桥壳不平路面冲击载荷工况受力简图

2.1.2驱动桥桥壳不平路面冲击载荷工况有限元仿真边界条件

根据不平路面冲击载荷工况下驱动桥桥壳的受力分析，得出驱动桥桥壳所承受的载荷为：

垂向载荷：在半轴套管上左右轮胎中心线位置施加竖直向上的载荷F v,其大小为：

F v=k d(G2/2-g w)≈k d G2/2=367500N

式中，G2---汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，单位

N，按驱动桥满载轴荷计算；

g w---单侧车轮重量（包括轮毂、轮边减速器、制动器等），单

位N，由于g w远小于G2/2，计算时可以忽略不计；

k d---动载荷系数，对载货汽车取2.5。

2.1.3 约束

参考相关文献，选择约束左钢板弹簧座处234自由度，右钢板弹簧座处1234自由度。有限元模型中边界条件的施加如图5所示：

图5 驱动桥桥壳不平路面冲击载荷工况边界条件示意图

2.1.4有限元分析结果

将模型离散化以后，按照上述边界条件和载荷施加在离散的桥壳模型上，利用Radioss求解器求解，得出驱动桥桥壳不平路面冲击载荷工况应力及位移云图分别如图6（a）、6（b）所示：

图6（a）驱动桥桥壳不平路面冲击载荷工况位移云图

图6（b）驱动桥桥壳不平路面冲击载荷工况应力云图

最大应力为225.6MPa，位于桥壳右侧弹簧座处；最大位移为1.415mm，位于半轴套管最左侧。

而半轴套管应力云图如图7所示，其最大应力为214.2MPa，位于半轴套管与桥壳螺栓孔处，如图7所示。

图7 不平路面冲击载荷工况半轴套管应力云图

2.2 最大牵引力行驶工况

2.2.1驱动桥桥壳最大牵引力行驶工况受力分析

不考虑侧向力的作用，仅按汽车作直线行驶时的情况来计算。汽车加速行驶时，汽车质量会向后方转移，地面给左右驱动车轮的垂直反力为k2G2/2，因此每侧钢板弹簧座处承受k2G2/2-g w的载荷；作用在左右驱动车轮上的转矩引起的地面对左右驱动轮的最大切向反力各为P max/2；桥壳还承受因驱动桥传递转矩而引起的反作用力矩T。桥壳受力简图如图8所示：

图8 驱动桥桥壳最大牵引力行驶工况受力简图

2.2.2驱动桥桥壳最大牵引力行驶工况有限元仿真边界条件

根据最大牵引力行驶工况下驱动桥桥壳的受力分析，得出驱动桥桥壳所承受的载荷为

垂向载荷：在半轴套管上左右轮胎中心线位置施加竖直向上的载荷Fv，其大小为

F v=k2(G2/2-g w)≈k2G2/2=191100 N

纵向载荷：在半轴套管上左右轮胎中心线位置施加平行于汽车前进方向的载荷F h，按地面对轮胎能提供的附着力计算，

其大小为

F h=φk2G2/2=152880 N

转矩：轮边减速器齿圈通过齿圈支架与半轴套管固定，行星架与车轮相连。动力传递路线为：半轴---太阳轮---行星轮---行星架---车轮。太阳轮顺时针旋转，而齿圈受到逆时针方向的反力矩，齿圈与半轴套管固联，此力矩作用在半轴套管上，即在半轴套管上左右轮胎中心线位置附近施加绕半轴套管中心线的转矩T，其大小为：

T=φk2G2r r/2=129948000 N·mm

式中，G2---汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，单位N；

k2---汽车加速行驶时的质量转移系数，对载货汽车驱动桥取

1.1~1.3，本文取1.3；

φ---地面附着系数，在良好的混凝土上或沥青路面上，路面干燥时为0.7~0.8，本文取0.8

r r---驱动车轮滚动半径，单位mm，其值为850mm。

2.2.3约束

参考相关文献，选择约束左钢板弹簧座处234自由度，右钢板弹簧座处1234自由度。有限元模型中边界条件的施加如图9所示：

图9 驱动桥桥壳最大牵引力行驶工况受力简图

2.2.4有限元仿真结果及分析

驱动桥桥壳最大牵引力行驶工况应力和位移云图分别如图10（a）、（b）所示。最大应力为291MPa，位于右侧半轴套管上。最大位移为1.203mm，位于右侧半轴套管端部。