驱动桥壳有限元结构分析

1、驱动桥壳有限元结构分析驱动桥壳有限元结构分析驱动桥壳有限元结构分析黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章绪论驱动桥壳是汽车的主要零件之一，作为主减速器、差速器和半轴的装置基体，它是汽车的主要承载件和传力件，支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。在实质履行中，作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、横向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或者车厢上的。同时，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。所以，合理地设计驱动桥壳，使其拥有足够的强度、刚度和优秀的动向特征，减少桥壳的质量，有益于降低动载荷，提升汽车行驶平顺性和酣畅性。1.1国内外研究现状过去工程师在对简单机械结构进行分析时，都要进行一系列的简化与假定

2、，再采用资料力学、弹性力学或塑性力学的理论进行分析。跟着工业技术的快速发展，有越来越多的复杂结构，包含复杂的几何形状、复杂的受力状态等问题需要去分析研究，1而在工程实质中，这些复杂的问题常常不可以求出它们的分析解。要解决这些问题通常有两种门路：一是试验法，经过提出必定假定，回避一些难点，对复杂问题进行简化，使之成为能够办理的问题2。可是，因为太多的简化和假定，平常会以致极禁止确甚至错误的解答。所以，另一种卓有见效的门路就是尽可能保存问题的实质状况，追求近似的数值解。而在众多的数值方法中，有限元分析法因其突出的长处而被宽泛地应用。经过半个多世纪的实践，有限元法已从弹性力学平面问题扩展到空间问题、

3、板壳问题；从静力问题扩展到动力问题、稳固问题和颠簸问题；从线性问题扩展到非线性问题；从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学等其余连续介质领域；从单4一物理场计算扩展到多物理场的耦共计算。它经历了从初级到高级、从简单到复杂的发展过程，目前已成为工程计算最有效的方法之一。2001年，重庆大学的褚志刚等学者对某后桥壳进行了静强度分析计算，结果表示该后桥壳静态分析的应力分布合理，在实质损坏地区内的静态应力很小，但分析结果与该车在实质道路试验中的损坏不相符合。经过模态分析发现，其前九阶频次与路面1黑龙江工程学院本科生毕业设计谱频次范围重合，模态振型尤此后背盖与上下壳体的焊接处、半轴套管内端直径渐变

4、处、上壳体倒圆处的变形较大；当桥壳和弹簧系统在垂直激励作用下时，即经过动向响应分析法，找出桥壳上的动应力集中区，确认损坏的确切地点，与实质状况相符合。5他们经过合理的静力分析和动力分析，追求驱动桥桥壳结构分析的合理思路和方法，为改良驱动桥的结构设计找到了打破口7。2004年东南大学的郑燕萍等对某轻型载货汽车的驱动桥桥壳的三种典型工况进行了系统的有限元分析，获取了理想的应力与变形分布。他们还将有限元分析的结果与用传统方法计算的结果对比较，二者除了在满载经过不平路面的工况下稍有偏差外，其余两种工况都符合得特别好8进行了驱动桥桥壳的动力学分析，经过驱动桥桥壳有限元模型在自由状态下的模态分析，获取了驱

5、动桥桥壳低阶模态固有频次和振型，且计算结果与试验值符合较好10过对有限元模型的瞬态分析，获取了桥壳上全部点在瞬态冲击过程中随意时刻的应力值和变形大小，找出车桥在随意时刻的应力分布和变形规律。他们还对驱动桥桥壳台架试验进行了有限元模拟，经过驱动桥桥壳垂直曲折刚性试验的模拟，获取桥壳各节点的位移量，经过对驱动桥桥壳垂直曲折静强度试验的11模拟，考证了该驱动桥的强度满足国家标准的要求2003年，山东大学的徐扬等学者依据半轴结构的轴对称性，建立了半轴法兰盘与杆部连结结构的二维轴对称有限元模型，经过改变其结构参数进行相应的分析，并将分析结果绘制成图表，获取了半轴结构参数对过渡处应力集中系数的影响规律。1

6、.2立题意义及研究内容1.2.1立题意义此刻汽车制造业面对的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代速度的日趋加快。汽车产品开发的一个主要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持基本结构和功能不变，对其局部结构、尺寸或配置进行必定范围内的改动和调整，以此快速形成适应市场需求的新产品。驱动桥是汽车中的重要零件，它承受着来自路面和悬架之间的全部力和力矩，是汽车中工作条件最恶劣的总成之一，假如设计不妥会造成严重的结果。为保证驱动桥壳变型设计的可行性和工作的靠谱性，在变型设计过程中一定对其应力分布、变形、要点部位的动应力等进行计算和校核。变型设计是一个频频更正和调整的过程，每次更正设计都需要从头建立分

7、析模型，而这是一个费时费劲的工作。假如能够在对汽车2黑龙江工程学院本科生毕业设计驱动桥模型深人研究的基础上，建立汽车驱动桥有限元模型，并利用主模型技术建立几何模型与有限元分析模型的关系性，使有限元模型能够自动更新，就能够防范重复建模带来的麻烦。本文的主要研究内容利用UG建立驱动桥壳的几何模型，为建立驱动桥壳的有限元模型确定基础。分析使用ANSYS对几何模型进行检查与更正，在对驱动桥壳几何模型更正的基础上，建立驱动桥壳的有限元模型。经过ANSYS对驱动桥壳进行静态分析，分析所获取的结果，经过比较考证建立的有限元模型的合理性，得出拥有工程参照价值的结论。3黑龙江工程学院本科生毕业设计第2章有限元理

8、论基础1有限元分析的理论基础2.1.1有限元分析法概括有限元法(FiniteElementMethod-FEM)是依据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法，它是工程科学的重要工具。在应用领域，有限元法理论已经从结构理论逐渐改良和推行到连续力学的场问题中，比方热、流体、场等领域中，即使在其发源的结构力学理论的自己范围内，有限元方法也由静力分析到动力分析问题、稳固问题和颠簸问题，并且由线弹性发展到非线弹性和塑性领域。从单元的种类而言，有限元法已经从一维的杆单元、二维的平面单元发展到三维的空间单元、板壳单元、管单元等;从常应变单元发展到高次单元。同时计算精度获取了较大提升，并可合用于各样复杂的

9、几何形状和界限条件。在有限元法程序编制方面，因为数值方法和计算机软硬件科学的发展，有关有限元分析的计算机程序获取了极大的飞快发展。鉴于有限元法的通用性，有限元分析已经成为解决大型通用问题的强有力和灵巧的通用工具。11有限元法的长处是，能够对任何复杂结构进行分析;当有限元单元足够多和足够小，其求解的结果能够达到令人十分满意的程度;有限元法在求解时更简单引进界限条件，施加载荷，定义资料种类;可用于求解非均质连续介诘责题;因为有限元法的求解采纳矩阵的表达形式，使有限元法更利于编程和应用计算机运算;计算机运算拥有前后置办理功能，可实现网格的自动区分，使分析更为简化和便利;求解的结果能够用数据、图形图像

10、和表格等多种方式输出。可是有限元法也由必定的限制性，尽管分析模型结构的网格区分与准备输入数据的工作在某种程度上能够自动化，可是还不可以完好靠计算机来是实现，因为在失散化过程中，还一定依据不一样的精度要求来决议。并且在数据的输入过程中，假如有差错未被发现，势必会以致错误的计算结果，并且较难被发现。有时数据输出的整理与判断也是很费时间和精力的。4黑龙江工程学院本科生毕业设计2.1.2有限元分析软件因为有限元法的计算量特别大，所以很多国家的大学和科研机构开发了大批的有限元分析软件。比较出名的有:美国ANSYS公司的大型分析软件ANSYS;美国麻省理工学院机械工程系研发的自动动力增量非线性有限元分析程

11、序ADINA;德国斯图加特大学宇航结构静动力学研究所开发的自动动力分析系统ASKA;美国贝克莱加利福尼亚大学开发的结构分析程序SAP;美国国家航空航天局NASA研制开发的NASTEAN，以及隶属于美国国家航空航天局的MSC公司的一系列有限元分析软件:PATRAN,Marc,Fatigue,SuerForge等。2.1.3有限元法简介有限元法简介：有限元法就是把一个弹性连续体区分为有限大小的、相互只在有限个点连结的有限单元组合体来研究的方法，它是跟着计算机技术的发展而出现的一种依据变分原理求解数学物理问题的数值计算方法。有限元法的基本思想可概括以下：第一将表示结构的连续体失散为若干个子域(单元)

12、，单元之间经过其界限上的节点相连结成组合体，而后用每个单元内所假定的近似函数分片地表示全求解域内待求的未知场变量，每个单元内的近似函数用未知场变量函数在单元各个节点上的数值和与其对应的插值函数表示。因为在连结相邻单元的节点上，场变量函数拥有同样的数值，因此将它们用作数值求解的基本未知量，并且将求解原函数的无量多自由度问题转变成求解场变量函数节点值的有限自由度问题，最后利用和原问题数学模型等效的变分原理或加权余量法，建立场变量的代数方程组或常微分方程组，再应用数值方法求解问题的精准解。有限元法是依据变分原理求解数学物理问题的数值计算方法，是工程问题和数学方法相联合的产物，能够求解很多过去分析法没

13、法求解的问题。对于界限条件和结构形状都很不规则的复杂机械结构，有限元法是一种特别有效的现代分析方法，这类方法灵巧性很大，只需改变单元的数目，就能够使解的精准度改变，获取与真切状况无穷凑近的解。有限元方法形态丰富，理论基础完美，外国研究机构己经开发出一批通用有限元分析软件，包含ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等，这些软件能够解决工程领域众多的大型科学和计算难题。有限元计算结果己成为各种工业产品设计和性能分析的靠谱依照。有限元分析过程(1)几何模型的创立:利用CAD软件进行实体造型如PRO/Engineer、UG,Solid5黑龙江工程学院本科生毕业设计Works等;也可利用有关的CAE软

14、件进行。产生FEA模型:网格区分过程包含4个步骤，第一定义单元属性;其次设置网格生成选项;接着在网格区分前保存数据库;最后进行网格生成。网格分的越细，计算结果越精准，运转时间越长。网格户区分后的模型即是FEA模型;设定资料、载荷、拘束:资料的设定即定义资料的特征，如弹性模量、柏松比等参数;载荷的设定包含加载方式和载荷种类(拘束载荷、面载荷等)确定;任何实质的结构都要必定的拘束条件来保持其稳固性;求解分析:整个模型定义达成以后，就进行求解分析。进行分析从前的步骤称为前置办理，包含前面的三个步骤。分析此后的步骤就是后置办理;检查分析办理(后置办理):求解分析达成后，就是查察分析结果。能够经过图标、

15、列表以及文本等方式输出并积蓄分析结果;6黑龙江工程学院本科生毕业设计零件三维建模来自CAD网络自动生成或人工生成显示、更正、细化前置办理更正输入资料数给定载荷有限元分析有限元分析显示、输出后置办理否满意是结束图2.1有限元法工程分析的一般流程2.2汽车设计中应用的有限元法2.2.1有限元法在汽车设计中应用的意义跟着计算机技术的发展而发展起来的有限元法，是一种分析计算复杂结构极为有效的数值计算方法。它先将连续的分析对象区分为由有限个单元构成的失散组合体，运用力学知识分析每个单元的力学特征，再组集各个单元特征，形成一个整体结构的7黑龙江工程学院本科生毕业设计控制方程组，经过计算，获取整体结构的位移

16、场和应力场等结果。有限元法的整个计算过程十分规范，主要步骤都能够经过计算机来达成，是一种十分有效的分析方法。有限元法能够很好地模拟零零件的实质形状、结构、受力和拘束，所以，其计算结果更精准，也更凑近实质，能够作为设计、改良零零件的依照。同时，能够利用有限元分析的结果进行多方案的比较，有益于设计方案的优化和产品的改良。有限元法解决了过去对复杂结构作精准计算的困难，改变了传统的经验设计方法，因此逐渐获取了应用。把有限元法运用在汽车设计中，对公司提升产质量量、缩短开发周期、降低成本拥有踊跃的作用。依据德国汽车工业所做的研究，假定一个汽车设计存在一个严重的缺点，为更正2这个设计缺点，能够用下边的结果来

17、说明:(1)假如这个缺点在看法设计阶段被发现，则更正这个缺点的花费是1个单位;假如这个缺点在详尽设计阶段被发现，则更正这个缺点的花费将是10个单位;(3)假如是在建筑模型样机的时候出现了问题，则更正这个缺点的花费将是100个单位;假如缺点是在生产过程中被发现，则更正这个缺点的花费将提升到1000个单位。以上结果表示，在产品设计的早中期阶段发现设计缺点，进行更正的风险最小，惹起的损失也最低。经过详尽的有限元分析，能够仿真与校验产品在使用中的状况，以求把问题尽早表现出来，防范在制造及使用中发现问题而惹起大返工，保证产品的性能、质量、靠谱性、长远性和维修性。这样，能够在较短的时间内，以较少的投资获取

18、高质量的产品。2.2.2桥壳设计中应用的有限元法固然有限元法在驱动桥壳设计中获取的应用，可是目前使用有限元法对驱动桥壳进行分析还存在着一些问题。第一，是驱动桥壳几何模型简化与建模的问题。如何对驱动桥壳进行几何简化，去除对分析结果影响较小的部分，以及如何快速与高效地建立起驱动桥壳几何模型，是进行驱动桥壳有限元分析的第一步，也是最要点的一步，直接影响此后的有限元模型的建立以及求解过程。第二，是驱动桥壳有限元模型的建模问题。建立驱动桥壳有限元模型，波及到两个8黑龙江工程学院本科生毕业设计重要的问题，一个问题是如何选择适合的单元，一个问题是如何在几何模型基础上，快速与高效地生成几何协调的有限元网格。第

19、三，在驱动桥壳静力分析时，如何确定分析的工况、外载荷施加的大小和作用方式以及桥壳拘束条件的确定，需要深入商讨。该微型车驱动桥的桥壳资料为20钢半轴资料为40Cr,壁厚4mm资料密度弹性模量E泊松比服气极限s强度极限b20钢7.80ton/m3213GPa0.282245MPa410MPa40Cr7.87ton/m3211GPa0.277785MPa981MPa20CrMnTi7.80ton/m3212GPa0.293835MPa1080MPa9黑龙江工程学院本科生毕业设计第3章驱动桥壳模型的建立3.1UG简介UG在航空航天、汽车、通用机械、工业设施、医疗器材以及其余高科技应用领域的机械设计和模

20、具加工自动化的市场上获取了宽泛的应用。多年来，UGS向来在支持美国通用汽车公司实行目前全世界最大的虚假产品开发项目，同时Unigraphics也是日本有名汽车零零件制造商DENSO公司的计算机应用标准，并在全世界汽车行业获取了很大的应用，如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和RobertBoschAG等。其余，UGS公司在航空领域也有很好的的表现：在美国的航空业，安装了超出10,000套UG软件；在俄罗斯航空业，UG软件拥有90%以上的市场；在北美汽轮机市场，UG软件占80%。UGS在喷气发动机行业也据有当先地位，拥犹如Pratt&Whitney和GE喷气发动机公司这样的有名

21、客户。航空业的其余客户还有：B/E航空公司、波音公司、以色列飞机公司、英国航空公司、NorthropGrumman、伊尔飞机和Antonov。UG拥有丰富的曲面建模工具。包含直纹面、扫描面、经过一组曲线的自由曲面、经过两组类正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、标准二次曲线方法放样、等半径和变半径倒圆、广义二次曲线倒圆、两张及多张曲面间的光顺桥接、动向拉动调整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁汰、编写、点云生成、曲面编写。UG的基本功能UG能够达成特色建模、参数化设计、零件实体造型及装置造型、完好工程图产生等工作。经过标准数据互换格式，UG能够输出三维或二维图形用于其余应用软件。使用UG配置的开发模块

22、或利用C语言，用户也能够扩展与加强UG的功能。UG的基本功能是:特色建模在UG中，特色是构成模型的基本单位，如:凸台、槽、倒角、腔、壳等特色。模型创立过程就是依照必定次序以“搭积木”的方式增加各种特色的过程，经过建立不一样的特色建立几何模型。参数化设计10黑龙江工程学院本科生毕业设计参数化设计是指设计者只需抓住图形的某一个典型特色绘出图形的大概形状，通过向图形增加适合的拘束条件规范其形状，最后更正图形的尺寸数值，经过系统再生即可获取需要的图形。支持大型、复杂组合件的设计UG支持大型、复杂组合件的结构和管理，能够利用一些直观的命令，如“啮合”、“插入”、“对齐”等，将基本零件装置起来，形成组合件

23、。整个设计环节的数据完好有关在整个设计过程，UG各个模块共享模型的数据库文件，在产品开发过程中某一处数据更正了，整个设计中的全部有关数据也随之自动更正。3.1.2UG特色:、建模的灵巧性复合建模：无需草图,需要时可进行全参数设计,无需定义和参数化新曲线可直接利用实体边沿。几何特色：拥有凸垫、键槽、凸台、斜角、挖壳等特色、用户自定义特色、引用模式。光顺倒圆:业界最好的倒圆技术，可自适应于切口、峻峭边沿及两非毗邻面等几何构形，变半径倒圆的最小半径值可退化至极限零。2、共同化妆配建模可供给自顶向下自底向上两种产品结构定义方式并可在上下文中设计/编写，高级的装置导航工具,可图示装置树结构,可方便快速的

24、确定零件地点,对装置件的简化表达，隐蔽或关掉特定组件。局部着色,强盛的零件间的有关性,配对条件,零件间的表达式（关系），共同化团队工作,可方便的替代产品中任一零零件，刷新零件以取得最新的工作版本，团队成员可并行设计产品中各子装置或零件.3、直观的二维画图对制图员来讲,简单并富于逻辑性,剖视图自动相对于模型和剖切线地点,正交视图的计算和定位可简单的由一次鼠标操作达成,自动隐蔽线除去，自动尺寸摆列不需要认识设计企图,自动工程图草图尺寸注明.4、被业界证明的数控加工2-5轴铣,车加工,线切割,钣金件制造,刀轨仿真和考证,刀具库/标准工艺数据库功能。11黑龙江工程学院本科生毕业设计5、当先的钣金件制造

25、可在成型或睁开的状况下设计或更正产品结构,折弯工序可仿真工艺成型过程,钣料睁开几何自动与产品设计有关,可在一幅工程图中直接展现产品设计和钣料睁开几何。6、集成的数字分析机构运动学分析,硬干涉检查和软干涉检查,运动仿真和分析,动画过程中的动向干涉检查。7、宽泛的用户开发工具用户命令宏,高级编程语言,可自定义裁剪的用户界面8、内嵌的工程电子表格可与其余表格软件互换数据,可简单定义零件系列,可方便更正表达式,可生成扇形图、直方图和曲线图等.9、照片真切成效衬着利用鉴于数字的设计审察,加速产品上市时间,快速成型.10、可分阶段实行的数据管理业界最密切的CAD/CAM/CAE与PDM集成,可管理CAD数

26、据以及整个产品开发周期中全部有关数据。3.2UG几何建模的注意事项为了达到事半功倍的目的，使用UG建立几何模型，特别应当注意建模步骤与技巧。使用UG，第一应从绘制平面草图下手，因为实体特色都是由平面草图经过各种命令，如旋转、拉伸等生成的。绘制平面草图时，要注意应用尺寸后原理。开始作图时，只需要大概的轮廓尺寸，不需要精准控制草图的每一个尺寸;更正草图时，再输入要求的控制尺寸，系统就能够经过再生建立正确的图形。应用尺寸后原理绘制草图，既方便，也节俭时间，提升设计效率。建立几何模型从前，要观察结构的主要特色是什么，确定从哪里开始建模。一般先做出主要特色，再做出局部的特色，也就是从整体到局部的建模思路

27、。基准是达成特色的第一步。基准包含基准面、基准轴、基准曲线、基准点、基准坐标系，其主要用途是为三维造型设计供给建模参照，也能够作为草画图和注明的参照。实体建模，第一需要考虑是采纳系统默认的基准，还是采纳自定义的基准，很多不规则的实体特色都是在自定义的参照基准上生成的。12黑龙江工程学院本科生毕业设计UG是鉴于特色建模的，所以，父子特色的关系就显得十分重要。平常创立一个新特色的时候，不行防范要参照已有的特色，如采纳已有的表面作为画图平面或参考面，采纳已有的特色边线为参照线等，此时便形成特色之间的父子关系。父特色修改直接影响到子特色，删除或隐蔽父特色，子特色也会一同被删除或隐蔽。UG供给的是一种全

28、参数化的设计方法，最大长处就是能够对模型的尺寸参数进行更正，并从头自动生成模型。更正时，假如对某个父特色从头定义，就有可能以致子特色自动生成失败。发生这类状况，要经过从头排序或从头规划特色的方式更正父特色或子特色，以使二者对应，但一般应尽量防范发生这类状况。在一些订交界限上设置倒圆角时，几个圆角可能在某处订交。因为交织复杂，需要注意调整圆角建立的先后次序，或许使用高级圆角命令。高级圆角命令的最大特色，是能控制多个圆角在订交处的订交状况。几何建模时，应尽可能用较少的特色达成模型创立，能够考虑的几种方法是:创立相对较为复杂的草画图形，将多个特色的草绘截面归并为一个复杂截面，从而减少创立特色的操作过

29、程。17在同一种特色创立过程中，采纳不一样的特色创立方法也可能会减少特色的数量。使用复制、阵列和镜像几何形状等方法创立特色。在UG里建模画图，要么在刚开始在要首选项工具栏-建模里设置好你所要绘的产品的密度值，再一个就是你把产品绘好了，在编写工具栏-特色-实体密度里编著好产品密度，再选上你所绘的产品确认，这样你计算的重量就不会错。但常常我们画图是都不会去先设置好产品密度再绘产品,而绘好产品在去首选项工具栏建模里设置好你所要绘的产品的密度值.就这样去计算产品重量，这样就错了，而这时你去编写工具栏-特色-实体密度里一看,是你所要的密度，这时对于刚学者来说就摸不着脑筋了。而这时你要在编写工具栏-特色-

30、实体密度再确认一次你所绘的产品，就不会犯错了。3.3驱动桥壳的有限元分析过程有限元分析是产品变型设计中的一个重要环节，它接受上游设计供给的设计结果和需求(几何尺寸、性能等)进行有限元建模。主要分为以下几步:(1)几何模型简化:在保持力学性能不变的前提下对几何模型作适合的简化，以利13黑龙江工程学院本科生毕业设计于有限元模型的建立;几何模型变换:将简化了的几何模型经过专用或通用数据接口转入有限元分析软件中进行前办理;前办理:包含单元种类选择、网格尺寸确定、网格区分、单元属性定义、界限条件办理、载荷办理等;试运算:将建立的有限元分析模型提交给求解器进行试运算，经过试运算能够发现模型中的部分问题。模

31、型检验:为了保证有限元模型的正确性，对付模型进行大批的理论、工程实践和试验检验，经过检验，找出有限元模型中存在的问题，以便修正模型，保证分析结果的靠谱性，经过检验的有限元模型可作为公司的资源存入数据库，为知识重用供给强有力支持;计算:将经过检验的有限元模型提交求解器计算，主假如选择求解器。求解过程由计算机自动进行，一般不需要人工干涉;后办理:将求解结果用云图、曲线、表格等形式显示出来，以便于求解结果的分析和议论;依据计算的结果，议论设计，假如满足设计需求，输出设计结果，不然更正设计，从头进行分析计算，直到满足设计需求为止。有限元分析模型的建立包含以上的(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，是

32、有限元分析花销时间最多，最为要点的一步，直接影响到整个有限元分析的成败。由以上分析可知，有限元建模过程从整体上分为几何信息办理和非几何信息办理。几何信息的办理主要包含驱动桥装置模型的建立和几何模型的简化。驱动桥有限元模型建立过程的非几何信息办理包含:单元种类选择、定义单元尺寸、网格区分、单元属性定义、界限条件办理、载荷办理等。3.4模型简化方法建立驱动桥壳的几何模型时，依据驱动桥壳的结构和工作特色，在保持其力学性能不变的条件下，对桥壳结构进行了简化:将桥壳结构中的圆角简化成直角，既有益于简化建模，也有益于有限元模型建立过程中提取中截面，便于采纳板壳单元进行网格区分;忽视掉加油口、放油口、固定油

33、管和导线的金属卡、桥壳中部的张口槽、板簧座处的中心孔等几何特色.14黑龙江工程学院本科生毕业设计假定半轴套管和驱动桥壳是一体的，不是装置的;简化了受力小而又惹起截面突变的部分，如忽视了半轴套管的台阶，将半轴套管视为等直径的套管，忽视掉桥壳两头轴承座处的台阶;将一些不等厚的结构假定成等厚度的，以便于中截面的定位。因为建模的驱动桥壳是近似对称结构，所以整体的建模思路是建立模型的左半部分，而后经过对称建立完好的几何模型，最后达成公共的局部特色。因为是在驱动桥壳几何模型的基础上建立有限元模型，并且，是采纳板壳单元生成驱动桥壳有限元模型，所以，建立几何模型时，直接采纳中曲面建立驱动桥壳的几何模型，而不是

34、采纳实体建立驱动桥壳的几何模型。经过中曲面建立驱动桥壳的几何模型，既使驱动桥壳几何模型的建立获取简化，也省去了在有限元前后办理软件文件的菜单中提取中曲面的办理步骤，节俭时间，提升工作效率。依据驱动桥的结构和工作特色，在保持其力学性能不变的条件下进行了几何模型简化，去掉了加油口、放油口、固定油管和导线用的金属卡、桥壳两头的凸台、桥壳中部的张口槽、全部的螺栓孔等几何特色。而后分别取各零零件中面，形成简化的零零件几何模型和三维装置模型。将拉杆座、减振器座、弹簧座与桥壳的交线设置为硬线，网格区分时在交线处产生节点，以便零零件网格能够自动连结在一同。因为简化前后的零零件模型和装置模型保持着几何上的关系性

35、，更正此中任何一个的模型，其余的模型能够自动更新，即它们之间保持着主模型联系。3.5驱动桥壳有限元模型的建立一、翻开UG，新建文件，取名houqiao，二、进入UG建模环境，绘制草图如图一15黑龙江工程学院本科生毕业设计图3.1三、退出草图，拉伸，选择图一中的曲线，如图2所示图3.2四、变半径倒圆，选择图形一边，详尽操作、参数如图3所示，16黑龙江工程学院本科生毕业设计图3.3图3.417黑龙江工程学院本科生毕业设计图3.5图3.6确定，如图7所示图3.7同理挨次倒圆其余3边，结果如图8所示图3.8五、抽壳选择两圆柱端面为冲孔的面，如图9所示18黑龙江工程学院本科生毕业设计图3.9结果如图10

36、所示图3.10六、绘制草图，如图11所示19黑龙江工程学院本科生毕业设计图3.11七、退出草图，拉伸此曲线，拉伸长度10，布尔运算为差。结果如图12所示图3.1220黑龙江工程学院本科生毕业设计八、连续拉伸此曲线，参数如图13所示图3.13九、结束建模，最后成效如图14所示图3.14建立驱动桥壳的几何模型时，依据驱动桥壳的结构和工作特色，在保持其力学性能不变的条件下，对桥壳结构进行了简化:将桥壳结构中的圆角简化成直角，既有益于简化建模，也有益于有限元模型建立过程中提取中截面，便于采纳板壳单元进行网格区分;忽视掉加油口、放油口、固定油管和导线的金属卡、桥壳中部的张口槽、板21黑龙江工程学院本科生

37、毕业设计簧座处的中心孔等几何特色.假定半轴套管和驱动桥壳是一体的，不是装置的;简化了受力小而又惹起截面突变的部分，如忽视了半轴套管的台阶，将半轴套管视为等直径的套管，忽视掉桥壳两头轴承座处的台阶;将一些不等厚的结构假定成等厚度的，以便于中截面的定位。因为建模的驱动桥壳是近似对称结构，所以整体的建模思路是建立模型的左半部分，而后经过对称建立完好的几何模型，最后达成公共的局部特色。因为是在驱动桥壳几何模型的基础上建立有限元模型，并且，是采纳板壳单元生成驱动桥壳有限元模型，所以，建立几何模型时，直接采纳中曲面建立驱动桥壳的几何模型，而不是采纳实体建立驱动桥壳的几何模型。经过中曲面建立驱动桥壳的几何模

38、型，既使驱动桥壳几何模型的建立获取简化，也省去了在有限元前后办理软件中提取中曲面的办理步骤，节俭时间，提升工作效率。本章小节模型的简化一定能够反应驱动桥壳的主要动特征，对一些次要零件和非功能件能够忽视和简化。对简化后的模型要再次参如实物的特色，对不足要进行及时更正，免得耽搁下边的导入分析工作。经过对事物的丈量和观察，建立出实体模型。22黑龙江工程学院本科生毕业设计第4章鉴于ANSYS汽车驱动桥壳的有限元分析联合ANSYS软件,能高效正确地建立分析构件的三维实体模型,自动生成有限元网格,建立相应的拘束及载荷工况,并自动进行有限元求解,对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出,对结构的动向特征作出

39、议论。它包含结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模块。汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一,作用是支承并保护主减速器,差速器和半轴等,使左右驱动车轮的轴向相对地点固定;同从动桥一同支承车架及其上的各总成质量;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。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小,且便于主减速器的拆装和调整。因桥壳的尺寸和质量比较大,制造较困难,故其结构型式在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。壳,分段式桥壳和组式依据汽车设计理论,驱动桥壳的常例设计方法将桥壳看作一简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值,再考虑一个安全系数

40、来确定许用的工作应力。这类设计方法有很多限制性,所以最近几年来,很多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。研究的对象是松花江微型汽车使用的桥壳。4.1驱动桥壳传统强度分析计算桥壳可视为一空心横梁,两头经轮毂轴承支撑于车轮上,在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷,而沿左右轮胎中心线,地面给轮胎以反力(双胎时则沿双胎之中心),桥壳承受此力与车轮重力之差,受力如图4.1所示图4.1桥壳受力简图荷计算工况下桥壳的强度获取保证,就以为该桥壳在汽车行驶条件下是靠谱的。23黑龙江工程学院本科生毕业设计Mv为地面对车轮垂直反力在桥壳板簧座处断面惹起的垂直平面的弯矩,Mv=m2G2b/2;(b为轮胎

41、中心平面到板簧座之间的横向距离),Mh为牵引力或制动力Fx2(一侧车轮上的)在水平面内惹起的弯矩,Mh=Fx2b;TT为牵引或制动时,上述危险断面所受转矩,TT=Fx2rr;Wv、Wh、WT分别为危险断面垂直平面和水平面曲折的抗弯截面系数及抗扭截面系数,见表1。表1桥壳在钢板弹簧座周边的断面形状及界面形状系数断面形状垂直及水平曲折截面系数扭转截面系数WrWv、Wk3434DdDd1132D416D4Wv1BH3bh36HWk1HB3hb3H16H21B桥壳的许用曲折应力为300500MPa,许用扭转切应力为150400MPa。可锻铸铁桥壳取较小值,钢板冲压焊接桥壳取较大值。上述桥壳强度的传统计

42、算方法,只好算出某一断面的应力均匀值,而不可以完好反应桥壳上应力及分布的真切状况。所以,它仅用于对桥壳强度的验算,或与其余车型的桥壳强度进行比较,而不可以用于计算桥壳上某点(比方应力集中点)的真切应力值,使用有限元法对驱动桥壳进行强度分析,只需计算模型简化适合,受力拘束办理合理,就能得到比较详尽的应力与变形分布状况,这些是上述传统计算方法难以办到的。24黑龙江工程学院本科生毕业设计4.2有限元分析的实现方法平常,在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限元前办理模型的建立。一般包含几何建模、定义资料属性和实常数(要依据单元的几何特征来设置,有些单元没有实常数)、定义单元种类,网格区分、增加拘束与

43、载荷等。因汽车零零件结构形状较为复杂,包含很多复杂曲面,而一般有限元软件所供给的几何建模工具功能相当有限,难以快速方便地对其建模。所以,针对较复杂的结构,采纳三维CAD软件如UG中建立几何模型。而后在有限元分析软件ANSYS中经过输入接口读入实体模型。最后,在ANSYS中达成其余分析过程。图4.2(a)模型图而后将模型导入到ANSYS中见图4.2（b）,网格化成效图见4.2(c)25黑龙江工程学院本科生毕业设计导入图4.2（b）图4.2(c)桥壳网格化26黑龙江工程学院本科生毕业设计4.2.1网格区分的基本源则网格区分是有限元分析的重要环节，区分网格应试虑以下原则。网格数目:网格数目的多少将影

44、响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数目增加，计算精度会有所提升，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数目时应衡量两个因数综合考虑。网格较少时增加网格数目能够使计算精度明显提升，而计算时间不会有大的增加。当网格数目增加到必定程度后，再连续增加网格时精度提升甚微，而网格区分的时间以及有限元分析计算时间却有大幅度增加。应比较两种网格区分的计算结果，假如计算结果相差较大，能够连续增加网格，相反则停止计算。在决定网格数目时应试虑分析数据的种类。静力分析时，假如不过考虑变形，网格数目能够少一些。假如计算应力，应取相对许多的网格。本章主要计算驱动桥壳的静力特征，所以采纳较少的网格数目，采纳均

45、匀的网格密度。网格疏密:指在结构不一样部位采纳大小不一样的网格。在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处)，需要采纳比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位，则应区分相对稀少的网格。应使网格数目增加到要点部位，既能够保持计算精度，又可减少网格数目。在次要部位增加网格的不用要的，也是不经济的。疏密不一样的网格对于应力分析特别重要。单元阶次:单元拥有线性、二次和三次等形式，高阶单元的曲线或曲面界限能够更好地迫近结构的曲线和曲面界限，当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时能够采纳高阶单元。高阶单元的节点数许多，同样网格数目，高阶单元模型规模大得多，所以在使用时应衡量考虑计算精度和实间。网格

46、质量:指网格几何形状的合理性。质量利害将影响计算精度。质量太差的网格甚至会中断计算。区分网格时网格质量要达到某些指标要求。在结构要点部位，应保证区分高质量网格，个别质量很差的网格也会惹起很大的局部偏差。当模型中存在质量很差的网格(称为畸形网格)时，计算过程将没法进行。区分后需要检查网格，防范不良网格造成运算终端、程序犯错等现象。网格布局:当结构形状对称时，其网格也应区分对称网格，以使模型表现出相应的对称特征，不对称布局会惹起必定偏差。网格化以后是各样分析前的准备工作比方定义各样分析条件。如：载荷条件的定义，接触界限条件的定义，资料力学性能定义等。单元种类的选择在这里选择的是实27黑龙江工程学院

47、本科生毕业设计体单元SOLID95.图4.3（a）接触界限条件定义图4.3（b）接触界限条件定义28黑龙江工程学院本科生毕业设计图4.4资料力学性能定义4.3分析结果经过加载载荷最直观的发现是桥壳发生了垂向变形。见图4.5和图4.6图4.5垂直变形29黑龙江工程学院本科生毕业设计图4.6垂直变形加载过程中表现出的等效应力分布和轴向应力分布如图4.7、图4.8。局部轴向应力分布和局部最大应力分布见图4.9和图4.10图4.7等效应力分布30黑龙江工程学院本科生毕业设计图4.8轴向应力分布图4.9局部轴向应力分31黑龙江工程学院本科生毕业设计图4.10局部最大主应力分布在不考虑由拘束影响造成局部过

48、大应力的状况下,能够看出桥壳收静载荷的变形程度不算很大，在合理的范围内，说明静载荷强度达到标准。从加载垂直变形图能够发现受静载荷强度最大的地方时整个桥壳中间主减速器壳的地点，应力从中间向双侧逐渐递减。从应力分布图中能够看出来集中在双侧的加载点，查阅有关资料，驱动桥桥壳的后备系数应选为4-10。所以,该桥壳是符合结构强度要求的。改良思路载荷一准时，弯矩的大小取决于车轮中心面到同侧板簧支座之间的距离。由公式可知二者成正比，所以试试将板簧支座向外偏移，经过计算可知当板簧支座向外偏移，最大应力降落了，最大变形降落了，可见若轮距不变而簧距增加，可减小驱动桥的应力和变形，从而延伸其疲惫寿命。本章小节经过导

49、入汽车驱动桥,结构或系统的有限元计算模型,或利用UG等CAD软件建立3D参数化模型进行转变,在有限元等CAE软件中进行仿真分析和计算,可降低设计开发成本,减少试验次数,缩短设计开发周期,提升产质量量,使得汽车在轻量化、酣畅性和操控稳固性方面获取改良和提升,拥有特别重要的实质意义。32黑龙江工程学院本科生毕业设计结论本文对汽车驱动桥壳有限元模型的建立、载荷的办理、有限元模型的自动生成等方面进行了研究，经过对驱动桥壳的静力分析和动力分析，找到了驱动桥壳应力最大，简单惹起断裂的部位。最后，利用研究成就对某微型车驱动桥壳作了部分分析议论，提出了改良措施，并解决了平台改型过程中存在的驱动桥壳断裂问题。经

50、过对驱动桥壳的有限元分析获取以下结论:经过对驱动桥后壳进行有限元建模，提升认识析和计算的速度和正确度。在对驱动桥壳进行有限元建模的过程中，对桥壳结构进行简化，忽视一些次要部位，节俭了时间，提升了工作效率。在对驱动桥壳进行静力分析时，为了计算方便，采纳2.5倍满载荷重，保证了计算结果的靠谱性。本文经过简化结构、有限元建模到静态分析，在某种程度上解决了产品开发过程中驱动桥壳静动向的计算机仿真问题。实行这一方法，可提升开发的设计可信度，缩短产品开发周期，降低成本，推进公司的发展。经过对驱动桥壳的静力分析和动力分析所找到的简单惹起断裂的部位与实质车型驱动桥壳的断裂地点一致。考证了论文结论的正确性。33

51、黑龙江工程学院本科生毕业设计参照文件张令弥.动向测试技术的发展系列讲座J.振动与冲击，3,1998刘明卓，张磊CAE技术的发展和远景展望J技术前沿，20068：699，傅志方.振动模态分析与参数鉴识M.北京:机械工业第一版社，1990于亚婷，杜安全，王振伟。有限元法的应用现状研究J机械设计，20053：69饶寿期.有限元法和界限元法基础M.北京航空航天大学第一版社，1990.孙菊芳，荣王伍.有限元法及其应用M.北京航空航天大学第一版社，1990.褚志刚，李伟等汽车驱动桥壳结构损坏机理分析研究J汽车研究与开发，20016：3033羊玢，孙庆鸿，王睿，郑燕萍鉴于参数化的车辆驱动桥壳动向优化设计J汽

52、车技术，20055：2325曹树谦，张文德，萧龙翔.振动结构模态分析M.天津大学第一版社，2001.3郑燕萍汽车驱动桥壳的有限元动向分析J林业机械与木匠设施，200411：3034郑燕萍，羊玢汽车驱动桥壳台架试验的有限元模拟J南京林业大学学报，20047：475012J.H.Witkinson.ThealgebraicEigenvalueProblenm,OxfordUniversityPress,Inc.,London,199513B.Noble,AppliedLinearAlgebra,Prentice-Ha11,Inc.,EnglewoodCliffs,N.J.,l999K.J.巴斯.工

53、程分析中的有限元法M.机械工业第一版社，1991.何天明，许向农等，半承载式客车车身的强度分析J.武汉汽车工业大学学报，Vol.18NO.11996.4何志刚.大客车车身骨架结构分析江苏理工大学硕士论文J，2001.617尹明显，连远强.UG软件在客车设计开发研究中的应用机械J2000.(27)18高卫明，王宏雁.UG软件在白车身CAD建模中的应用J.设计与计算，2001.134黑龙江工程学院本科生毕业设计致谢设计是在王王瑛璞老师的指导下达成的，老师的工作作风慎重，不胜其烦的高尚师德，严以律己、宽以待人的高尚风采，朴素无华、平易可亲的人品魅力对我影响深远。不但使我建立了远大的学术目标、掌握了基

54、本的研究方法，还使我理解了很多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到达成，每一步都是在导师的指导下达成的，倾注了导师大批的心血。在此，谨导游师表示高尚的敬意和由衷的感谢！感谢老师赏赐我很多的方便和指导，给了我自由发挥的空间，使我能够选择自己感兴趣的课题。同时也感谢院系各级领导对我的关怀，为我供给了酣畅的学习环境。本设计的顺利达成，离不开各位老师、同学和朋友的关怀和帮助。感谢实验室的全部老师的指导和帮助；在四年的学习时期，获取了同卧室兄弟和同班同学的关怀和帮助，在此表示深深的感谢。没有他们的帮助和支持是没有方法达成我的论文的，同窗之间的友情永久长存。在此时期除了按学校要求准时达成设计外，更懂得

55、了勤劳，求实的难得，这将使我平生得益，所以我再次由衷地感谢老师和我的同学们，感谢你们了。35黑龙江工程学院本科生毕业设计附录Withthedevelopmentofcomputertechnologydevelopedfiniteelementmethodisacomputationalcomplexityanalysisofthestructureofaveryeffectivenumericalmethod.Firstanalysisofitstargetclientsforafinitenumberofunitsonthegroundsofdiscretecombinations,usi

56、ngthemechanicalexpertisetoanalyzethemechanicalpropertiesofeachunit,andthenseteachunitgroupcharacteristics,theoverallstructureofacontrolequations,bycalculating,betheoverallstructureofthedisplacementfieldandstressfield,suchastheresults.Finiteelementmethodcalculationofthewholeprocessisstandardized,them

57、ainstepscanbedonebycomputer,isaveryeffectivemethod.Finiteelementmethodcansimulateverywelltheactualshapeofcomponents,structure,subjecttoandbound,soitsresultsmoreaccurateandmoreclosetoreality,canbeusedasthedesign,toimprovethebasisforpartsandcomponents.Atthesametime,canusetheresultsoffiniteelementanaly

58、sisofmulti-programcomparison,isconducivetooptimizingthedesignandproductimprovements.Finiteelementmethodtosolvethecomplexstructureofthepastforaccuratecalculationofthedifficulties,theexperiencehaschangedthetraditionaldesignmethod,whichhasbeenappliedgradually.Thefiniteelementmethodusedincardesign,foren

59、terprisestoimproveproductquality,shortenthedevelopmentcycle,reducecostswithanactiverole.Driveaxleisanimportantcomponentofthevehicle,notonlytotransmittheenginetorqueoutputtodrivethewheelsmovingcartopassundertheroadframeaswellasavarietyofpowerandtorque,sotheremustbesufficientdriveaxlestrength,stiffnes

60、sandfatiguelife.OfAutomotiveEngineersiscurrentlywidelyusedempiricalformuladesignedtodrivethebridge,resultinginthedriveaxleincertainconditionsthestrengthandstiffnesscannotbeusedtomeettherequirementsofhighstressinthelocalareavulnerabletofatiguedamage,andlowstresspartofthematerialsusedandsurplus.Theuse