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1、JIU JIANG UNIVERSITY毕 业 论 文 题 目 汽车驱动桥壳UG建模及 有限元分析 英文题目 Modeling by UG and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing 院 系 机械与材料工程学院 专 业 车辆工程 姓 名 班 级 指导教师 IV摘 要本篇毕业设计（论文）题目是汽车驱动桥壳建模UG及有限元分析。作为汽车的主要承载件和传力件，驱动桥壳承受了载货汽车满载时的大部分载荷，而且还承受由驱动车轮传递过来的驱动力、制动力、侧向力等，并经过悬架系统传递给车架和车身。因此，驱动桥壳的研究对于整车性能的
2、控制是很重要的。本课题以重型货车驱动桥壳为对象，详细论述了从UG软件中的参数化建模，到ANSYS中有限元模型的建立、边界条件的施加等研究。并且通过对桥壳在不同工况下的静力分析和模态分析，直观地得到了驱动桥壳在各对应工况的应力分布及变形情况。从而在保证驱动桥壳强度、刚度与动态性能要求的前提下，为桥壳设计提出可行的措施和建议。【关键词】 有限元法，UG，ANSYS ，驱动桥壳，静力分析，模态分析AbstractThis graduation project entitled “Modeling and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axl
3、e Housing”. As the mainly carrying and passing components of the vehicle, the automobile drive axle housing supports the weight of vehicle, and transfer the weight to the wheel. Through the drive axle housing, the driving force, braking force and lateral force act on the wheel transfer to the suspen
4、sion system, frame and carriage.The article studies based on heavy truck driver axle ，discusses in detail from the UG software parametric modeling, establish of ANSYS FEM model, and the boundary conditions imposed, etc. And through drive axle housing of the different main conditions of static analys
5、is and modal analysis, it can access the stress distribution and deformation in the corresponding status of drive axle directly. Thus, under the premise of ensuring the strength of drive axle housing, stiffness and dynamic performance requirements, the analysis can raise feasible measures and recomm
6、endations in drive axle housing design.Plans to establish thet hree-dimensional model by UG, to make all kinds of emulation analysis by Ansys.【Key words】 Finite element method，UG，ANSYS，Drive axle housing，Static analysis，Modal analysis 目 录前 言1第一章 绪论21.1 汽车桥壳的分类21.2 国内外研究现状31.3 有限元法及其理论51.4 ansys软件介绍7
7、1.5 研究意义及主要内容91.6 本章小结10第二章 驱动桥壳几何模型的建立112.1 UG软件介绍112.2 桥壳几何建模时的简化处理112.3 桥壳几何建模过程122.4 本章小结24第三章 驱动桥壳静力分析253.1 静力分析概述253.2 静力分析典型工况253.3 驱动桥壳有限元模型的建立273.3.1 几何模型导入273.3.2 材料属性及网格划分283.4 驱动桥壳各工况静力分析293.4.1 冲击载荷工况293.4.2 最大驱动力工况323.4.3 最大侧向力工况343.5 本章小结37第四章 驱动桥壳模态分析384.1 模态分析概述384.2 模态分析理论384.3 驱动桥
8、壳模态分析有限元模型的建立404.4 驱动桥壳模态分析求解及结果414.5 驱动桥壳模态分析总结474.6 本章小结47结论48参考文献50致 谢52前 言 在桥壳的传统设计中，往往采用类比方法，对已有产品加以改进，然后进行试验、试生产。为安全起见，一般要加大安全系数，这使得生产周期延长设计成本增加，而且生产出来的产品往往质量过大。本课题基于Ansys软件用有限元法分析驱动桥壳，为以后驱动桥壳减重、优化等奠定一定基础。第一章 绪论1.1 汽车桥壳的分类汽车通常由发动机、底盘、车身和电器设备四部分组成。其中底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四个部分组成，而汽车驱动桥是传动系中不可缺少的组成部分
9、。汽车驱动桥壳是汽车上重要的承载构件之一，其主要作用有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右车轮的轴向间距相对固定；与从动桥一起支撑车架以及以上的部件总质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架，驱动桥应有足够的强度和刚度且质量小，并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的质量和尺寸比较大，制造较困难，故其结构形式在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳两类。1、 整体式桥壳 由于制造方法不同可分为几种：整体铸造、钢板冲压焊接、中段铸造两端压入钢管、钢管扩展成型等形式。整体式桥壳的结构如图1-1所示，本课题分析的重型载货汽车驱动桥壳
10、就属于此类。图1-1 东风EQ109OE汽车驱动桥壳1-半轴套管；2-后桥壳；3-放油孔；4-后桥壳垫片；5-后盖6-油面孔；7-凸缘盘；8-通气塞2、分段式桥壳分段式桥壳一般由两段组成，也有三段甚至多段组成的，各段之间用螺栓连接。它主要由铸造的主减速器、壳盖、两个钢制半轴套筒及凸缘组成。有的分段式桥壳之间可以相对移动，采用独立悬架。分段式桥壳比整体式桥壳易于铸造，加工简单，但维修不便。当拆卸主减速器时，必须把整个驱动桥从汽车上拆下来。分段式桥壳多用于中型汽车和轻型汽车上。1.2 国内外研究现状驱动桥是工程机械底盘的重要部件，其性能直接影响着机械的整体性能。大量实践表明，由于受力复杂，驱动桥壳
11、是各种车辆上比较容易出现破坏的部件之一。因此，国内外都对此进行了大量的研究，主要集中于以下几个方面。1）有限元法有限元法由于能够解决结构形状和边界条件都非常任意的力学问题，因而在实际中得到广泛应用，成为一种可靠的新的数值计算方法，并取得许多实际效益。在车辆设计中，有限元法也得到应用。应用有限元法，对车辆的所有结构件、零部件，可以进行刚度、强度、稳定性分析，可以进行模态分析再现振动模态，进一步可以计算动态响应，较真实地描绘出动态过程。设计驱动桥壳时，作为车辆的主要承载构件之一，驱动桥壳形状和受力都很复杂，因此，要精确计算出驱动桥壳各状态下各处的应力是很困难的。过去，主要是通过对桥壳样品进行台架试
12、验和整车行驶试验，考核桥壳强度和刚度。有时还采用在桥壳上贴应变片的电测方法，让车辆在典型路段上满载行驶或典型工况下工作，以测定桥壳的应力。这些方法只有在有桥壳样品的情况下才能使用，而且需要付出相当大的人力、物力和时间。或者将桥壳看成是一简支梁，校核某些特定断面的最大应力值。我国通常推荐将桥壳复杂的受力状况简化在典型工况下，只要桥壳的强度得到保证，就认为该桥壳在车辆的各种行驶条件下是可靠的。传统的桥壳强度的计算方法，只能近似计算出桥壳某一断面的应力平均值，不能完全反映桥壳上应力及其分布的真实情况。因此，这种方法仅用于对桥壳强度的验算，或用来与其它车型的桥壳强度进行比较，而不能用于计算桥壳上某点的
13、真实应力值。有限元法作为一种现代化的结构计算方法，在一定的前提条件下，可以计算出机械产品各处的位移、应力和应变。在国外，二十世纪七十年代前后，有限元方法逐渐在车辆桥壳的强度分析中得到应用。如美国的机械研究所、万国汽车公司等，都曾经使用有限元法计算过桥壳的强度。使用有限元法对车辆驱动桥壳进行强度分析，只要计算模型简化得合理，受力与约束条件处理恰当，就可以得到比较理想的计算结果。而且，可以得到比较详细的应力和变形的分布情况，以及应力集中区域和应力变化趋势，这些都是传统方法难以做到的。因此，在驱动桥壳设计中，应用有限元法具有重要的意义。通过对驱动桥壳进行有限元分析计算，既可以分析驱动桥壳的变形、应力
14、、应变、强度与刚度等情况，也可以分析比较各种设计方案，在保证强度与刚度的前提下，为结构的减重、改进以及优化设计提出可行的措施和建议。下面结合一些学者在驱动桥壳上做的有限元研究成果来具体介绍一下有限元法在驱动桥壳设计过程中进行分析、评估和校核中的应用：(1) 驱动桥壳垂直弯曲的静力分析主要是计算桥壳的垂直弯曲强度和刚度。郑燕萍在有限元中将桥壳两端固定，在弹簧座处施加载荷，得出结论：当桥壳承受满载轴荷时，每米轮距最大变形量不超过1.5mm，强度足够；龙慧对装载机的前驱动桥壳进行了垂直弯曲的有限元强度分析，计算出桥壳应力、变形分布和应力集中，为提高驱动桥壳的承载能力和新产品的开发提供了较为可靠的依据。(2) 驱动桥壳模态分析驱动桥壳模态分析主要通过计算，得到整个驱动桥壳在自由状态下的固有频率与固有振型，以分析驱动桥壳的动态特性。陈朝阳介绍了多输入/多输出理论模态分析的基本方法，并用该方法对模型进行了计算，得到其理论解；同时又对该模型进行了实验模态分析，得到了实验解。两种解的误差很小，说明该理论分析方法完全可以应用于驱动桥的模态分析中。褚志刚通过模态分析方法找到了某汽车驱动桥壳的破坏原因。该驱动桥壳在使用中
