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《基于ansys的汽車驅動橋殼的有限元分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、基于ANSYS的汽車驅動橋殼的有限元分析武漢理工大學楊波羅金橋有限元分析最基本的研究方法就是“結構離散→單元分析→整體求解”的過程。經過近50年的發(fā)展，有限元法的理論日趨完善，已經開發(fā)出了一批通用和專用的有限元軟件。ANSYS是當前國際上流行的有限元分析軟件，廣泛地應用于各行各業(yè)，是一種通用程序，可以用它進行所有行業(yè)的幾乎任何類型的有限元分析，如汽車、宇航、鐵路、機械和電子等行業(yè)。ANSYS軟件將實體建模、系統(tǒng)組裝、有限元前后處理、有限元求解和系統(tǒng)動態(tài)分析等集成一體，最大限度地滿足工程設計分析的需要。通過結合ANSYS軟件，
2、能高效準確地建立分析構件的三維實體模型，自動生成有限元網(wǎng)格，建立相應的約束及載荷工況，并自動進行有限元求解，對模態(tài)分析計算結果進行圖形顯示和結果輸出，對結構的動態(tài)特性作出評價。它包括結構分析、模態(tài)分析、磁場分析、熱分析和多物理場分析等眾多功能模塊。汽車驅動橋殼是汽車上的主要承載構件之一，其作用主要有：支撐并保護主減速器、差速器和半軸等，使左右驅動車輪的軸向相對位置固定；同從動橋一起支撐車架及其上的各總成質量；汽車行駛時，承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩并經懸架傳給車架等。驅動橋殼應有足夠的強度和剛度且質量小，并便于主減速器
3、的拆裝和調整。由于橋殼的尺寸和質量比較大，制造較困難，故其結構型式應在滿足使用要求的前提下應盡可能便于制造。驅動橋殼分為整體式橋殼，分段式橋殼和組合式橋殼三類。整體式橋殼具有較大的強度和剛度，且便于主減速器的裝配、調整和維修，因此普遍應用于各類汽車上。但是由于其形狀復雜，因此應力計算比較困難。根據(jù)汽車設計理論，驅動橋殼的常規(guī)設計方法是將橋殼看成一個簡支梁并校核幾種典型計算工況下某些特定斷面的最大應力值，然后考慮一個安全系數(shù)來確定工作應力，這種設計方法有很多局限性。因此近年來，許多研究人員利用有限元方法對驅動橋殼進行了計算和分
4、析。本文中所研究的對象是在某型號貨車上使用的整體式橋殼。一、驅動橋殼強度分析計算可將橋殼視為一空心橫梁，兩端經輪轂軸承支撐于車輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而沿左右輪胎中心線，地面給輪胎以反力（雙胎時則沿雙胎中心），橋殼承受此力與車輪重力之差，受力如圖1所示。圖1驅動橋殼的受力簡圖橋殼強度計算可簡化成三種典型的工況，只要在這三種載荷計算工況下橋殼的強度得到保證，就認為該橋殼在汽車行駛條件下是可靠的。1)牽引力或制動力最大時，橋殼鋼板彈簧座處危險斷面的彎曲應力σ和扭轉切應力τ分別為：式中：Mv——地面對車輪垂直反
5、力在橋殼板簧座處斷面引起的垂直平面的彎矩，Mv=m'G2b/2；（b為輪胎中心平面到板簧座之間的橫向距離）Mh——牽引力或制動力（一側車輪上的）在水平面內引起的彎矩，Mh=Fx2bTt——牽引或制動時，上述危險斷面所受轉矩，Tt=Fx2rr；Wv、Wh、Wt——分別為危險斷面垂直平面和水平面彎曲的抗彎截面系數(shù)及抗扭截面系數(shù)，之間的關系如表1所示。2)當側向力最大時，外輪和內輪上的垂直反力和Fz2o，F(xiàn)z2i以及橋殼內、外板簧座處斷面的彎曲應力σi、σo之間的關系，分別為：3)當汽車通過不平路面時，危險斷面的彎曲應力為：式中k
6、為動載荷系數(shù)。對于轎車，k取1.75；對于貨車，k取2.0；對于越野車，k取2.5。橋殼的許用彎曲應力為300MPa～500MPa，許用扭轉切應力為150MPa～400MPa?？慑戣T鐵橋殼取較小值，鋼板沖壓焊接橋殼取較大值。上述橋殼強度的傳統(tǒng)計算方法，只能算出某一斷面的應力平均值，而不能完全反映橋殼上應力及其分布的真實情況。因此，它僅用于對橋殼強度的驗算，或用作與其他車型的橋殼強度進行比較，而不能用于計算橋殼上某點（例如應力集中點）的真實應力值。使用有限元法對驅動橋殼進行強度分析，只要計算模型簡化得當，受力約束處理合理，就可
7、以得到比較詳細的應力與變形的分布情況，這些都是上述傳統(tǒng)計算方法所難以辦到的。二、實現(xiàn)方法一般來說，在整個有限元求解過程中最重要的環(huán)節(jié)是有限元前處理模型的建立。這一般包括幾何建模、定義材料屬性和實常數(shù)（要根據(jù)單元的幾何特性來設置，有些單元沒有實常數(shù)）、定義單元類型，網(wǎng)格劃分、添加約束與載荷等。由于汽車零部件結構形狀較為復雜，包含許多復雜曲面，而一般有限元軟件所提供的幾何建模工具功能相當有限，難以快速方便地對其建模。因此，針對較復雜的結構，可以先在三維CAD軟件（如在UG中）建立幾何模型，然后在有限元分析軟件ANSYS中通過輸入
8、接口讀入實體模型，最后在ANSYS中完成其分析過程。三、有限元計算模型的建立被分析汽車的參數(shù)為：汽車的名義裝載量m1＝4.0t，滿載軸荷時后橋負荷m2＝6.0t，車輪中心線至鋼板彈簧座中心距離b＝370mm，兩鋼板彈簧座中心間的距離s＝1004mm，橋殼本身的重力G0＝931.6N，橋殼設
