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1、中型商用车后桥壳设计及力学分析_本科毕业设计说明书1中型商用车后桥壳设计及力学分析摘 要由于驱动桥壳是汽车的重要部件，所以驱动桥壳的使用寿命会直接影响汽车的有效使用寿命，故应具有足够的强度、刚度和良好的动态特性。本论文首先利用Unigraphics软件对驱动桥壳进行合理地三维建模，然后将其以Parasolid的格式导入ANSYS软件并以静、动态分析理论为基础做有限元分析，得出桥壳在三种典型工况下的应力分布和变形结果以及在自由状态下的14阶固有频率和振型。通过对驱动桥壳的力分析，找到了驱动桥壳最大应力和最容易引起断裂的部位。最后，利用研究成果对驱动桥壳的结构和材料要求提出改进措施，并解决驱动桥壳
2、断裂问题。结果表明，该桥壳具有足够的静强度和刚度；最小非零固有频率大于50Hz，不会引起桥壳共振。关键词：驱动桥壳；Unigraphics； ANSYS；有限元分析ABSTRACTBeing the automobiles important part, automobiles effective service life is directly influenced by the driving axle housing. So it should have enough intensity, rigidity and dynamic characteristic.Firstly, the
3、Unigraphics software is used to create a reasonable three-dimensional model of the driving axle housing. Then, the model is imported to ANSYS software in Parasolid format .And then finite element analysis can be done on the basis of theory analysis of static and dynamic state. In this way, the stres
4、s distribution and deformation in three typical work axle housing cases can be drawn from the analysis. Meanwhile, 14 natural frequencies and mode shapes can also be drawn. Through analyzing the strength of the driving axle housing, the biggest stress spot of the driving axle housing can be found. F
5、inally, using the results of the research, effective methods are used to improve the structure of the driving axle housing, and the requirements of materials, and to solve the fracture problems.The results show that the driving axle housing has enough static strength and stiffness; the minimal nonze
6、ro inherent frequency is greater than 50Hz which wont cause bridge shell resonance. Key words：Drive axle housing；Unigraphics；ANSYS；The finite element analysis目 录第一章 绪 论31.1 引言31.2 研究背景31.3 国内外研究现状31.4 课题研究的意义和目的31.5 课题的来源和主要研究内容31.6 汽车驱动桥桥壳概述3汽车驱动桥桥壳的分类特点3驱动桥桥壳的作用3驱动桥机械传动要求3结构强度分析要求3汽车后桥设计的关键技术3第二章
7、有限元法理论及其在汽车设计中的应用32.1 有限元法的概述3有限元法的发展历史3有限元方法的分析过程3有限元分析软件ANSYS的简介32.2 有限元方法在汽车工业中的应用3有限元法在汽车设计中的运用3有限元分析在驱动桥设计中的应用3第三章 驱动桥桥壳结构受力及强度分析33.1 本商用车主要参数33.2 驱动桥桥壳受力的典型计算工况3桥壳承受最大垂向力工况3桥壳承受最大牵引力工况3汽车紧急制动时的桥壳受力分析3汽车受最大侧向力时的桥壳受力分析3第四章 驱动桥壳三维模型的建立和网格划分34.1 UG软件简介34.2 驱动桥壳三维建模的过程3驱动桥壳的简化3三维建模34.3 将模型导入ANSYS进行
8、网格划分3驱动桥有限元模型的建立3定义桥壳单元材料属性3有限元模型网格划分3第五章 驱动桥壳的有限元静力分析及其优化35.1 静力分析介绍35.2强度理论35.3 驱动桥桥壳结构分析3最大垂向力工况3最大纵向力工况3结果优化3最大侧向力工况35.4三种工况下结构分析结论3第六章 驱动桥桥壳的模态分析36.1 模态分析的作用36.2 ANSYS模态分析的方法36.3模态分析结果查看36.4 本章小结3第七章 全文总结3致 谢3参 考 文 献3附录A：英文资料3附录B：英文资料翻译3附录：毕业设计光盘（1张）第一章 绪 论1.1 引言汽车作为国民经济和现代生活中不可缺少的一种交通工具，问世百余年来
9、，特别是从汽车产品的大批量生产及汽车工业大发展以来，已为世界经济的大发展、为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响，掀起了一场划时代的革命。人类社会及人们生活的“汽车化”，大大地扩大了人们日常活动的范围，加速了地区间、国际间的交往，成倍地提高了人们外出办事的效率，加快了人们的活动节奏，促进了世界经济的大发展，开创了现代“汽车社会”这样一个崭新的时代。汽车工业1是一个国家工业化水平的代表性产业，也是最典型的成熟性产业，它的兴衰成败决定和影响着一大批相关工业产业。汽车工业的振兴能带动相关产业的发展，相关产业的发展又支撑着汽车工业的振兴。正是基于汽车工业的产业关联度大、时代性强，特别是快速的技术
10、创新步伐和高投入、高产出的规模经济之特点，汽车工业已成为世界公认的推动国民经济发展的火车头。对于我们这样一个发展中的国家来说，汽车已成为国民经济以及各项事业和人民生活、学习、工作、生产等活动中不可缺少的交通工具。我国也将汽车工业确定为国民经济发展的支柱产业。面对汽车产业的大发展，人类在使用汽车工具的同时也面临着随之而来的问题。目前，汽车每年的石油消耗量约占世界每年石油产量的一半以上。另外，汽车行驶中释放的COx、NO、S02、铅微粒和碳微粒等有害物质对人们的身体健康和生活环境造成了极大危害。随着汽车保有量的增加，能源问题、公害问题、安全问题己成为汽车工业面临的三大问题，其中能源问题最为突出。因
11、此如何采用新技术、新材料、新工艺降低汽车耗油量，同时保证其良好的动力性、安全性和经济性己成为汽车工业发展的核心问题车辆轻量化是降低能量消耗，减少排放的最有效措施之一，并且减轻车辆自重还能够减少原材料的消耗，降低车辆的生产成本。其中底盘轻量化是整个车辆轻量化的重要环节，而作为主要支承汽车荷重的驱动桥桥壳的轻量化研究是现在人们大量研究的课题之一。轻量化有两种途径，一是应用轻金属、现代复合材料等低密度材料，达到减重目标；二是仍然使用钢材，但对结构型式进行优化，在保证承载能力和舒适性的前提下减轻质量。其中第一种途径减重效果尤其明显，但存在研发成本高，时间长，工艺不成熟等问题，目前还不适合在主要承载结构
12、上使用。后一种途径能够在应用现有材料(主要是钢材)、工艺条件基本不变或新工艺技术易于获得的情况下有效减轻质量，因此更具有实际意义。一般非断开式驱动桥、轮毂、制动器及制动鼓的总质量，约占一般载货汽车底盘质量的1l16(大致属于带双级减速的驱动桥)，约占轿车质量的3.55，对于重型货车，所占比例更大。而普通的非断开式驱动桥的质量在很大程度上取决于桥壳的结构，因此，减少驱动桥桥壳的质量是车辆轻量化的重要一条途径。同时，通过减小桥壳质量，进而也减小了非簧载质量，这样可使车身振动频率降低，而车轮振动频率升高，这对减少共振、改善汽车的平顺性是有利的。驱动桥是汽车中的重要部件，它承受着来自路面和悬架之间的一
13、切力和力矩，是汽车中工作条件最恶劣的总成之一，如果设计不当，会造成严重的后果。当今汽车制造业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代的速度日益加快。汽车产品开发的一个重要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持其基本结构和功能不变，对其局部结构、尺寸或配置进行一定范围内的变动和调整，以此快速形成适应市场需求的新产品。为保证驱动桥桥壳变型设计的可行性和工作的可靠性，在设计过程中必须对其应力分布、变形和关键部位的应力进行计算和校核1。1.2 研究背景过去我国主要采用对桥壳样品进行台架试验和整车行驶试验来考核其强度和刚度，有时采用桥壳上贴应变片的电测方法，让汽车在选定的典型路段上满载行驶，以测
14、定桥壳的应力；但这些方法都是在有桥壳样品的情况下才能采用。传统的驱动桥桥壳设计方法，是将其看成简支梁并校核特定断面的最大应力值。但这种方法不可避免的经验性、局限性和盲目性已经暴露出来。有限元法的使用在我国制造业中起步较晚，目前普及还不是很广，在汽车的设计、制造和改进过程中仍主要依靠传统的手段。这一方面造成局部材料强度余量较大而又无法及早判断出材料浪费程度的情况；另一方面对车辆实际使用过程中出现的局部强度不足的闯题，只能采取“头痛医头，脚痛医脚”的局部加强方案，而且需要进行多次全面的实车试验才能确定其有效性。过去，国内驱动桥桥壳设计主要采用的手段是参考传统样车或者旧车型的样品模式，这种方法不仅费
15、用大、试制周期长、经验多于实践、缺乏科学性，而且也不可能对多种方案进行评价。驱动桥桥壳是一个十分复杂的结构，用经典力学方法不可能得到精确的解答，特别是在设计初期，又不可能有实测数据。因此，以往的设计基本上是依赖于经验和类比，缺乏建立在力学特性(强度、刚度等)分析基础上的科学判据，设计方法有待提高。有限元设计方法是迄今为止国内、外使用最为普遍、最为经济有效的辅助手段，它所包括的有限元辅助设计、有限元辅助分析等一系列内容，可极大地减少资源投入、缩短工作周期，而且在工作者认真细致的工作作风下，可保证较高的准确性和与实际情况十分理想的吻合程度。因而在汽车设计制造和改进过程中引入有限元法是十分必要的6。1.3 国内外研究现状有限元法是一种现代化的结构计算方法。在国外，20世纪70年代前后，这种方法就逐渐为汽车零件的强度分析所采用，对汽车驱动桥壳的强度分析也不例外。例如，日本有的公司对桥壳的设计要求是在2.0倍满载荷的作用下，各断面(弹簧座处、桥壳与半轴套管焊接处、轮毂内轴承根部圆角处)的应力不应超过其材料的屈
