驱动桥壳分析

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1、基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析作者：武汉理工大学杨波罗金桥［敲基本的研究方法就是“结构离散-单元分析一＞整体求解”的过程。经过近50年的发展，冇3•论H趋完善，已经开发出了一批通用和专川的有限元软件。ANSYS是当前国际上流行的有（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儿乎任何类型的有限元分析，如汽车、宇航、她、机*3YS软件将实体建模、系统组装、有限元前示处理、有限元求解和系统动态分析等集成一体，最人限度地满足工程设计分析的需要件，能高效准确地建立分析构件的三维实体模型，白动生成有限元网格，建立相应的约束及载荷工况，

2、并白动进行有限元求解，对I：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彳F壳是汽车上的主要承载构件Z—,其作用主要冇：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;匚架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮传來的路面反作川力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应冇足够的强度和I；F主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较闲难，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〕£式桥売，分段式桥売和组合式桥売三类。整体式桥売具有较人的强度和刚

3、度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应丿艺由于其形状复杂，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?:断而的最大应力值，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;「了计算和分析。木文屮所研究的对象是在某型号货车上使用的幣体式桥壳。F壳强度分析计算E为一空心横梁，两端经轮毂轴承支撑于车轮上，在钢板弹簧朋处桥壷承受汽车的簧上载荷，而沿左右轮胎屮心线，地面给轮胎以丿》中心），桥壳承受此力与车轮重力之差，受力如图1所示。图1驱动桥売的受力简图•

4、算可简化成三种典型的工况，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行驶条件下是可靠的。［制动力最大时，桥壳钢板弹簧座处危险断向的弯曲应力O和扭转切应力T分别为:印对车轮垂宜反力在桥壳板赞座处断面引起的垂直平面的弯矩，Mv=m,G2b/2；（b为轮胎屮心平面到板簧座Z间的横向距离）引力或制动力（一侧车伦上的）在水平血内引起的弯矩，Mh二F^bI或制动时，上述危险断血所受转矩，Tt=Fx2rr；Wt——分别为危险断而垂直平而和水平而弯曲的抗弯截而系数及抗扭截而系数，之间的关系如表1所示。丿最大时，外轮和内轮上的垂直反力和Fz2o,Fz

5、2i以及桥壳内、外板簧座处断面的弯曲应力oi、ooZ间的关系，分别为:i过不平路面时，危险断面的弯曲应力为:b载荷系数。对于轿车,ka1.75；对于货车,k取2.0；对于越野车,k取2.5。］弯曲应力为300MPa〜500MPa,许川扭转切应力为150MPa〜400MPa。可锻铸铁桥壳取较小值，钢板冲压焊•接桥壳取较大值。&度的传统计算方法，只能算岀某一断面的应力平均值，而不能完全反映桥売上应力及具分布的真实情况。因此，它仅川于对桥売弓.:他车型的桥壳强度进行比较，而不能用丁计算桥壳上某点（例如应力集中点）的真实应力值。使用有限元法对驱动桥壳进行强度:j

6、化得当，受力约束处理合理，就可以得到比较详细的应力与变形的分布情况，这些都是上述传统计算方法所难以办到的。二、实现方法一般來说，在整个有限元求解过程中最重要的坏节是有限元前处理模型的建立。这一般包括几何建模、定义材料丿肉性和实常数（要根据单元的几何特性来设置，有些单元没有实常数）、定义单元类型，网格划分、添加约束与载荷等。由于汽车零部件结构形状较为复朵，包含许多复杂曲面，而一般有限元软件所提供的儿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，可以先在三维CAD软件（如在UG中）建立儿何模型，然后在冇限元分析软件ANSYS中通过输

7、入接口读入实体模型，最后在ANSYS中完成其分析过程。三、有限元计算模型的建立被分析汽千的参数为：汽车的名义装载量m1=4.0t,满载轴荷吋后桥负荷m2=6.0t,千轮屮心线至钢板弹簧廉屮心距离b=370mm,两钢板弹簧廉屮心间的距离s=1004mm,桥売木身的重力G0=931.6N,桥壳设计的安全系数为7,弹簧上表面面积5000mm2,由此可得到而载荷为5.88MPao根据国家标准，当承受满载轴荷吋，桥壳最人变形量不能超过承受2.5倍满载轴荷时，桥壳不能出现断裂和塑性变形。所以垂直方向的载荷取满载轴荷的2.5倍,即5.88x2.5=14.78MPao首

8、先在UG屮建立起驱动桥壳的三维模型。在建立桥壳的有限元模型时，先对驱动桥壳实体做