斯太尔重卡驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析

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1、斯太尔重卡驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析马腾飞安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001摘要汽车驱动桥壳是车辆中重要的安全部件。论文以某重型货车后驱动桥壳为研究对象，运用三维软件CATIA建模；运用ANSYS软件开展了桥壳在各种工况下的静力学分析，分析结果表明，桥壳的强度和刚度满足设计要求；运用ANSYS软件对桥壳开展了模态分析，分析结果表明桥壳的结构设计合理。上述静力分析和模态分析的结果可以为新产品的开发和结构优化设计提供重要的参考依据。关键词驱动桥壳CATIAANSYS静力分析模态分析StructuralStr

2、engthandModalAnalysisofHeavyTruckDrivingAxleHousingTengfeiMaSchoolofMechanicalEngineering,AnhuiUniversityofScienceandTechnologyAbstractTheautomobiledriveaxlehousingisanimportantsafetycomponentinvehicle.The3DmodelofthedriveaxlehousingisestablishedintheCATIA，Basedon

3、theactualuseconditionsforaheavytruckdriveaxlehousing,thispaperusedfiniteelementanalysissoftwareANSYStoanalyzethestrength,stiffnessandmodaloftheaxlehousing,whichresultsshowthatthedesignoftheaxlehousingisrational.Theseresultsofstaticanalysisandmodalanalysiscanprovid

4、esomereferencesforthedevelopmentofnewproductsandthestructureoptimizationdesigninthefuture.KeywordsdriveaxlehousingCATIAANSYSStaticanalysisModalanalysis50引言随着中国经济高速发展，汽车工业迈进了新的发展时代，重型载货车的需求量不断增大，对重型汽车的性能要求也愈来越高。汽车驱动桥壳是其主要承载构件之一，其主要功用是支撑汽车重量，并经悬架传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向

5、作用力及其力矩，同时它又是主减速器、差速器、半轴等的装配基体。根据汽车设计理论，驱动桥壳的设计应满足应力和变形要求，局部应力集中不应该导致桥壳的断裂或塑性变形。为保证车桥工作的可靠性和安全性，对其进行应力和变形分析具有非常重要的意义。为了提高强度、刚度和可靠度等指标，目前大量采用现代设计方法，运用有限单元法对驱动桥壳进行计算、分析与优化。1驱动桥壳受力分析图1为某重型货车后驱动桥壳的三维模型。建模时，根据桥壳的受载情况，在满足计算精度的前提下，可以简化或者省略有些细节，如不考虑焊接处材料性质的变化、忽略不重要的小尺寸和小孔

6、结构、桥壳的材料为均质材料且各向同性等。利用CATIA建立简化的几何模型如图1所示。图1某重型货车后驱动桥壳三维模型在实际的运动过程中，不同的运动状态对桥壳的受力情况影响很大。主要对桥壳的4种工况进行分析，分别是2.55倍冲击载荷工况、最大牵引力工况、最大制动力工况和最大侧向力工况。该后桥额定载荷按10T来计算。1.1冲击载荷行驶工况汽车在不平路面上高速行驶时，后桥壳除承受静载荷外，还承受附加的冲击载荷。图2是桥壳在冲击载荷时受力分析简图。此时，后桥壳垂向载荷通常取满载静载荷的2.5倍，即式中：G2为汽车满载静载荷；K为动

7、载荷系数，对载货汽车取2.5。图2冲击载荷时受力分析简图1.2最大牵引力行驶工况汽车以最大牵引力行驶时，后驱动桥壳的受力分析如图3所示。此时，后桥内、外车轮所承受的垂向负荷分别为式中，m2为行驶时的车桥负荷转移系数，对于牵引车取1，地面对外驱动车轮的最大切向反作用力Fx为式中：TE为发动机最大转矩，单位N·m，i1为变速器Ⅰ挡速比，i0为主减速器速比，rr为轮胎滚动半径，η为传动系效率（由发动机至轮边）。由最大切向反作用力Fx产生一个绕轮胎中心线方向的转矩T为图3最大牵引力时受力分析简图1.3紧急制动行驶工况汽车紧急制动时

8、，可不考虑侧向力。图4为紧急制动时后驱动桥壳的受力分析简图。图中后桥内、外车轮所承受的垂向负荷FZi、FZo分别为式中：m'为汽车紧急制动时的质量转移系数，取1.2。另外，水平方向的纵向力Fx为式中：φ为轮胎与地面的纵向附着系数，计算时取φ=0.8。同时，由水平方向的纵向力Fx而产生一个绕桥壳中心线的力