驅(qū)動橋殼分析

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1、基于ANSYS的汽車驅(qū)動橋殼的有限元分析作者：武漢理工大學(xué)楊波羅金橋［敲基本的研究方法就是“結(jié)構(gòu)離散-單元分析一＞整體求解”的過程。經(jīng)過近50年的發(fā)展，冇3?論H趨完善，已經(jīng)開發(fā)出了一批通用和專川的有限元軟件。ANSYS是當(dāng)前國際上流行的有（件，廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，是一種通用程序，可以用它進(jìn)行所有行業(yè)的兒乎任何類型的有限元分析，如汽車、宇航、她、機(jī)*3YS軟件將實體建模、系統(tǒng)組裝、有限元前示處理、有限元求解和系統(tǒng)動態(tài)分析等集成一體，最人限度地滿足工程設(shè)計分析的需要件，能高效準(zhǔn)確地建立分析構(gòu)件的三維實體模型，白動生成有限元網(wǎng)格，建立相應(yīng)的約束及載荷工況，

2、并白動進(jìn)行有限元求解，對I：圖形顯示和結(jié)果輸出，對■結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性作出評價。它包括結(jié)構(gòu)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彳F殼是汽車上的主要承載構(gòu)件Z—,其作用主要冇：支撐并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等，使左右驅(qū)動車輪的軸向相對位置固定;匚架及其上的各總成質(zhì)量；汽車行駛時，承受由車輪傳來的路面反作川力和力矩并經(jīng)懸架傳給車架等。驅(qū)動橋殼應(yīng)冇足夠的強(qiáng)度和I；F主減速器的拆裝和調(diào)整。由于橋殼的尺寸和質(zhì)量比較大，制造較閑難，故其結(jié)構(gòu)型式應(yīng)在滿足使用要求的前提下應(yīng)盡可能便于制〕￡式橋売，分段式橋売和組合式橋売三類。整體式橋売具有較人的強(qiáng)度和剛

3、度，且便于主減速器的裝配、調(diào)整和維修，因此普遍應(yīng)丿藝由于其形狀復(fù)雜，因此應(yīng)力計算比較困難。根據(jù)汽車設(shè)計理論，驅(qū)動橋殼的常規(guī)設(shè)計方法是將橋殼看成一個簡支梁并校核幾種典?:斷而的最大應(yīng)力值，然后考慮一個安全系數(shù)來確定工作應(yīng)力，這種設(shè)計方法有很多局限性。因此近年來，許多研究人員利用有限;「了計算和分析。木文屮所研究的對象是在某型號貨車上使用的幣體式橋殼。F殼強(qiáng)度分析計算E為一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支撐于車輪上，在鋼板彈簧朋處橋壷承受汽車的簧上載荷，而沿左右輪胎屮心線，地面給輪胎以丿》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(qū)動橋売的受力簡圖?

4、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(qiáng)度得到保證，就認(rèn)為該橋殼在汽車行駛條件下是可靠的。［制動力最大時，橋殼鋼板彈簧座處危險斷向的彎曲應(yīng)力O和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力T分別為:印對車輪垂宜反力在橋殼板贊座處斷面引起的垂直平面的彎矩，Mv=m,G2b/2；（b為輪胎屮心平面到板簧座Z間的橫向距離）引力或制動力（一側(cè)車倫上的）在水平血內(nèi)引起的彎矩，Mh二F^bI或制動時，上述危險斷血所受轉(zhuǎn)矩，Tt=Fx2rr；Wt——分別為危險斷而垂直平而和水平而彎曲的抗彎截而系數(shù)及抗扭截而系數(shù)，之間的關(guān)系如表1所示。丿最大時，外輪和內(nèi)輪上的垂直反力和Fz2o,Fz

5、2i以及橋殼內(nèi)、外板簧座處斷面的彎曲應(yīng)力oi、ooZ間的關(guān)系，分別為:i過不平路面時，危險斷面的彎曲應(yīng)力為:b載荷系數(shù)。對于轎車,ka1.75；對于貨車,k取2.0；對于越野車,k取2.5。］彎曲應(yīng)力為300MPa?500MPa,許川扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為150MPa?400MPa。可鍛鑄鐵橋殼取較小值，鋼板沖壓焊?接橋殼取較大值。&度的傳統(tǒng)計算方法，只能算岀某一斷面的應(yīng)力平均值，而不能完全反映橋売上應(yīng)力及具分布的真實情況。因此，它僅川于對橋売弓.:他車型的橋殼強(qiáng)度進(jìn)行比較，而不能用丁計算橋殼上某點(diǎn)（例如應(yīng)力集中點(diǎn)）的真實應(yīng)力值。使用有限元法對驅(qū)動橋殼進(jìn)行強(qiáng)度:j

6、化得當(dāng)，受力約束處理合理，就可以得到比較詳細(xì)的應(yīng)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壞節(jié)是有限元前處理模型的建立。這一般包括幾何建模、定義材料丿肉性和實常數(shù)（要根據(jù)單元的幾何特性來設(shè)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(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)朵，包含許多復(fù)雜曲面，而一般有限元軟件所提供的兒何建模工具功能相當(dāng)有限，難以快速方便地對其建模。因此，針對較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以先在三維CAD軟件（如在UG中）建立兒何模型，然后在冇限元分析軟件ANSYS中通過輸

7、入接口讀入實體模型，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千的參數(shù)為：汽車的名義裝載量m1=4.0t,滿載軸荷吋后橋負(fù)荷m2=6.0t,千輪屮心線至鋼板彈簧廉屮心距離b=370mm,兩鋼板彈簧廉屮心間的距離s=1004mm,橋売木身的重力G0=931.6N,橋殼設(shè)計的安全系數(shù)為7,彈簧上表面面積5000mm2,由此可得到而載荷為5.88MPao根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)承受滿載軸荷吋，橋殼最人變形量不能超過承受2.5倍滿載軸荷時，橋殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形。所以垂直方向的載荷取滿載軸荷的2.5倍,即5.88x2.5=14.78MPao首

8、先在UG屮建立起驅(qū)動橋殼的三維模型。在建立橋殼的有限元模型時，先對驅(qū)動橋殼實體做