车辆工程专业+某1083型货车驱动桥壳的可靠性分析评估

某1083型货车驱动桥壳的可靠性分析评估摘要本次论文设计是以江淮1083型货车的驱动桥壳为研究目标，首先，对本次的研究目标进行了基本结构分析，然后通过SolidWorks这个软件来对此次研究的江淮1083型货车驱动桥壳，对其三维建模的建立，然后对本次的研究对象进行在四种典型工况下的基本受力分析，再将完成的三维建模导入到有限元分析软件ANSYS中，进行初始条件的设定，载荷及约束的添加，结果的求解。可以得出四种极限工况下的桥壳有限元分析结果云图，完成江淮1083型货车的驱动桥壳四种极限条件下的有限元静态分析。至此完成了对其研究对象的三维建模到有限元分析的详细流程，可以清晰的分析出桥壳在四种典型工况下的应力分布、位移变形结果。通过求解的结果与规定安全范围参考值来对比，就可以判断该货车的驱动桥壳在这四种典型的工况下的可靠性分析评估结果。关键词：驱动桥壳；三维建模；有限元分析

ABSTRACTThedesignofthisthesisisbasedonthedriveaxlehousingofJianghuai1083truck.Firstly,thebasicstructuralanalysisofthisresearchtargetiscarriedout,andthentheDK3isusedtosimulatethedriveaxlehousingofthisstudy.Modeling,thenthedriveaxlehousingisanalyzedandcalculatedunderfourtypicalconditions,andthenthecompleted3DmodelingisimportedintothefiniteelementanalysissoftwareANSYStosettheinitialconditions,loadandconstraintaddition.Solving.Theequivalentstressclouddiagramanddisplacementdeformationclouddiagramofthebridgeshellunderfourtypicalconditionscanbeobtained,andthestaticanalysisofthedriveaxleshellunderfourtypicalconditionsiscompleted.Sofar,thewholeprocessfromthethree-dimensionalmodelingofthetransaxleshelltothefiniteelementanalysisiscompleted,andthestressdistributionanddisplacementdeformationresultsofthetransaxleshellunderfourtypicalworkingconditionsareobtained.Bycomparingtheresultsofthesolutionwiththereferencevaluesofthespecifiedsafetyrange,itispossibletojudgethereliabilityanalysisandevaluationresultsofthedriveaxlehousingofthetruckunderthesefourtypicalworkingconditions.Keywords:Driveaxlehousing;3Dmodeling;finiteelementanalysis

目录摘要 3ABSTRACT 4目录 5第一章绪论 61.1国内研究现状 71.2国外研究现状 7第二章驱动桥壳的三维建模 92.1驱动桥壳的结构 92.1.1整体式桥壳 102.1.2分段式桥壳 122.2驱动桥壳建模过程 122.2.1SolidWorks简介 132.2.2三维建模 13第三章驱动桥壳的工况分析 163.1最大垂向工况分析 163.2最大牵引力工况分析 173.3最大制动力工况分析 183.4最大侧向力工况分析 18第四章驱动桥壳的有限元分析 204.1有限元法简介 204.2驱动桥壳有限元模型建立 214.3几种典型工况下的静力分析 234.3.1最大垂向力工况下静力分析 244.3.2最大牵引力工况下静力分析 264.3.3最大制动力工况下静力分析 274.3.4最大侧向力工况下静力分析 294.4分析小结 30总结 31致谢 32第一章绪论现如今的车辆工程领域的快速发展，是的当代的人们对现在的汽车性能和使用舒适感的要求日益提升。而驱动桥壳在车辆的速度和平稳性影响极大，这就表示这过去一般的驱动桥壳设计方法无法在满足当代人们的生活水准的需求。而互联网和计算机学科的快速发展，衍生出其他多个学科的快速发展，带动了很多行业的进步，而其中就包括最近几年发展飞速的有限元方法，很多制造业和设计业都开始利用有限元的方法来对所设计的产品或制造加工的产品都来进行结构分析和静态应力分析，而其中车辆工程行业及其土木工程都是属于应用较为广泛的。正是应用的相关广泛，使得现有的有限元方法来解决实际中的工程问题已经逐渐变得较为成熟了。同时为采取有限元的方法来为汽车中极其重要的组成部分之一驱动桥壳结构，来进行性能计算和对其重要结构部位进行静应力分析提供了很大程度上的便捷。江淮1083型货车中的驱动桥壳体是其车辆的组成部分，也是传动系统的组成部分。桥壳的主要作用就是用来承受着货车的质量，而且还将货车上的产生的很多载荷力都是通过驱动桥壳来进行传递的。在货车的行驶过程中，货车的车轮上一般都会垂向力，牵引力，制动力和侧向力。而这几种作用在车轮上的常见载荷力都是利用货车的驱动桥壳作为桥梁来进行传输的。所以，驱动桥壳可以说是货车组成部件中极其重要的部分，一旦驱动桥壳受到损坏或者完全丧失使用作用，将会直接影响到货车的正常工作和行驶，因此车辆的使用寿命与货车的驱动桥壳使用寿命完全是密不可分的，两者是唇亡齿寒的。汽车的驱动桥壳位于传动系统的尾部。其基本功能是增加驱动轴从传动轴传递的扭矩，将该扭矩分配到左右驱动轮并将其传递给汽车。同时，驱动桥壳体还受到作用在道路和框架上的垂直，纵向和横向力。当变速器处于高位时，它在很大程度上依赖于变速驱动桥传动比，以确保在良好的道路上有足够的牵引力来克服行驶阻力。因此，驱动桥的部件必须具有足够的强度和刚度，以确保机器的可靠运行。驱动桥壳的结构各不相同，但基本要求是类似的，可归纳如下：①驾驶过程中满足汽车的最佳动力和燃油节省。②结构简单，维修方便，机件工艺性好，容易制造。③由于货车在行驶的过程中，货车的左右车轮与行驶地面的附着系数是不一样的，所以应该要求货车的驱动桥壳要很好的满足货车在行驶过程中产生的牵引力。④承受并传递垂直力，路面和车架式车辆的前后横向力，行驶时的牵引力和制动力。

⑤在确保其强度和可靠性的前提下，驱动桥应满足减少在驱动桥上不均匀的道路冲击载荷，提高行驶质量。⑥要求货车的驱动桥壳在工作中与其他相连接的零部构件相接的地方不会产生极大的摩擦和噪音，应该工作平稳而高效。总而言之，驱动桥壳又是驱动桥中最为重要的组成部分之一，而且影响着驱动桥的正常运转还是主要在于驱动桥壳的正常工作，而驱动桥壳的频繁工作也是最为导致损坏的部位之一。1.1国内研究现状国内的驱动桥发展要从上世纪50年代开始，在吸收了国外先进技术之后根据国内的实际情况研发了普通的驱动桥。目前，从车桥的产品分布来看，我国现在正与国外合资企业合作，引进国外先进技术，提升自主研发能力，东风已经与德纳合作成立东风德纳车桥有限公司，专门生产大型货车的驱动桥壳。国内也有不少的研究学者，逐渐的开始对驱动桥壳开展了研究，例如，王海龙，张艳娥，林海，刘艳萍等人通过某型号桥壳减重后的理论校核及试验验证，阐述了桥壳设计的一个方法[1]。黄伟等人提出了用三维软件CATIA来对某重型卡车的驱动桥壳建模，然后采用有限元的方法来分析其桥壳在四种极限工况条件下的受力分析云图。最后，通过对驱动桥壳的台架试验，得出驱动桥壳的变形符合轴壳台的试验标准，表明轴壳的结构设计合理[2]。朱钊等人，首先结合三维建模理论和使用条件对某重型货车驱动桥桥壳的结构进行一定程度上的简化处理，用建模软件建立驱动桥桥壳三维模型，然后将模型导入有限元分析软件中，进行有限元模型的建立[3]。杨彦超，以TY-1型自卸车驱动桥壳为研究对象,应用有限元分析软件HyperWorks,从静态特性、动态特性、疲劳强度三个方面进行分析,综合应用拓扑优化和尺寸优化,对所选驱动桥壳进行轻量化设计[4]等。1.2国外研究现状国外电子技术发达，从1980年开始就已经将电子信息技术运用到制造业的生产当中，其中ANSYS有限元分析软件在汽车领域得到了最广泛的运用，运用有限元分析软件可明显缩短开发周期，像美国的波音747客机上的全部零部件均都采用三维建模模拟装配，建模完成之后使用ANSYS有限元分析软件对模型进行疲劳及应力分析。同时，国外也有不少的研究学者通过有限元的方法和别的方法来对驱动桥壳进行了相关研究。1951年V.A.Ognevskii和A.G.Orlovskii等人，对莫斯科汽车工厂生产的ZIL.130型重型载货货车的后驱动桥进行电热处理，分析热处理温度的变化对驱动桥桥壳强度和刚度的影响，为驱动桥桥壳的静力学分析提供理论和数据依据[11]。2008年Y．Huang通过扫描式电子显微镜对货车上的驱动桥桥壳半轴的摩擦焊处进行疲劳分析，分析了摩擦焊对驱动桥桥壳半轴强度的影响，为驱动桥桥壳的设计提供了数据依据[12]。2008年C．KendallClarke等人，研究了驱动桥桥壳中半浮式半轴和全浮式半轴通过感应淬火后的疲劳强度比较，分析货车在翻滚时半轴对驱动桥桥壳的影响，为驱动桥桥壳模型的建立提供依据[13]等。综上所述，我国国内及其国外都有不少的研究学者对驱动桥壳体开展了不同性质的研究，主要集中在利用有限元法对车辆驱动桥壳体进行有限元分析，通过有限元分析的结果与国标中的工作安全标准值来进行对比分析，可以很好的分析出驱动桥壳是否达标，是否在能够满足实际工作的强度和变形指标，以及驱动桥壳的应力变化的趋势是否能够满足应力和应变要求，另外，还可以通过有限元法对驱动桥壳结构进行优化，在不改变其工况要求的基础下，来对其结构进行合理的优化，适当的减少其加材料，从而可以达到减少加工成本的目的。

第二章驱动桥壳的三维建模本文选取的研究目标是江淮1083型货车的驱动桥壳来三维建模。作为中国商用车的主导品牌，江淮轻型卡车已有50多年的历史。其产品已销售和销售近200万台。它在全球100多个国家销售，连续14年成为中国第一个轻卡品牌。中国汽车工业的崛起和中国物流业发展的重要力量。江淮轻型汽车秉承“卓越品质，领先技术”的产品理念，得到了用户的广泛认可。销量在全国排名第二，出口量连续12年位居全国第一。而此次选取的江淮1083型货车的驱动桥壳的一般产品数据表格如下表2-1所示：表2-1江淮1083型货车产品数据产品名称:江淮HFC1083型载货汽车公告批次:240装载质量:8490kg额定质量:3800kg整备质量:4210kg最高车速:95(km/h)接近离去角(°):24/15前悬/后悬:1125/2170前排乘客(人):3弹簧片数:8/10+10燃料种类:柴油轮胎数:6轮胎规格:8.25-1614PR,8.25-2010PR前轮距:1660后轮距:1680,1724轴数:2轴距:4700免检:是燃油达标:是环保:否免征:否外形尺寸(mm):7995/2270/2450货箱尺寸(mm):6100/2100/550备注：侧面及后下部防护装置材料为Q235,连接方式为螺栓连接,后部防护装置断面尺寸(长×宽):140mm×45mm,离地高度为369mm2.1驱动桥壳的结构汽车通常由四部分组成：发动机、底盘、车身和电气设备。而其中的驱动桥壳这一部分就是传动系统中非常重要的结构，是不可缺少的部分之一。江淮1083型货车的驱动桥壳的其主要功能是：支撑和保护主减速器、差速器和半轴等。还可以将货车的左车轮和右车轮之间的轴向距离在行驶的过程中保持不变；支撑框架和以上部件的总质量；当汽车行驶时，它承受车轮传递的道路反作用力和力矩，并通过悬架传递到车架上。汽车的驱动桥壳使用频率相对较高，工作条件复杂。而导致故障的情况更加频繁。因此，具有足够刚度和强度的驱动桥壳体的设计变得极其重要。此外，驱动桥壳在具有足够的强度和刚度情况下，结构设计还应该满足设计的合理性和便于拆卸和调整。从而，应考虑是否降低制造的材料成本和汽车的燃料经济性。驱动桥壳体分为整体式桥壳和分段式桥壳。且两类驱动桥壳的基本组成结构如下图2.1所示：图2.1驱动桥壳的基本组成结构2.1.1整体式桥壳由于货车中的主减速器、差速器及车轮传动装置都是安装在驱动桥壳之中的。所以，江淮1083型货车的驱动桥壳结构上其实是可以看作为是一根连接货车左车轮和右车轮之间的刚性梁，且这个梁还是一个空心梁。对于货车的驱动桥壳的制造加工的方法，在现如今的生活中制造加工方法多样化，但是大多数都是采用的整体铸造、钢板冲压焊接、中段铸造两端压入钢管等制造加工形式来对其进行加工的。而对于货车中的驱动桥壳结构选取，现如今都是采取的为整体式桥壳。特点及应用：②结构简单从而利于桥壳的维修，加工方便从而很好的降低了其加工成本；②但是整体式桥壳也有其不好的地方，比如，由于它是一个整体式的结构，而不利于货车子行驶过程中保持一定的平稳性，另外也是不利于去减小动载荷。广泛用于各种卡车，公共汽车和大多数越野车和一些小型车。整体式桥壳的结构如图2.2所示，本课题分析的1083型货车驱动桥壳就属于此类整体式桥壳。图2.2整体式驱动桥壳结构一般的整体式驱动桥壳的实物图如下图2.3所示：图2.3整体式驱动桥壳实物2.1.2分段式桥壳分段驱动桥壳的结构一般是由多个部分组成的，不是一个独立的整体单元。每个部分通过螺栓相互连接。它主要由主减速器、壳盖、两个钢制半轴套管和法兰组成。分段桥壳与整体桥壳来相比，分段式桥壳是相对而言比较好加工制造的。虽然分段式桥壳的加工不复杂，但是它的拆装是极其复杂不便的，从而导致了维护是一个难题。分段桥壳主要用于中型和轻型车辆。特点及应用：①结构复杂，成本高，但大大增加了离地间隙;②分段式桥壳很好的改善了乘客的乘坐舒适度，而且还较好的提升了汽车行驶速度；③提高了零件的使用寿命；④车轮与地面接触良好，适应各种地形，大大提高了车轮的防滑能力。分段式驱动桥壳的结构如图2.4所示图2.4分段式驱动桥壳的结构图2.2驱动桥壳建模过程本论文选取的江淮1083型货车的驱动桥壳，该货车的产品数据已经于上表（江淮1083型货车产品数据）陈述。根据这些产品数据和查阅相关江淮1083型货车产品的更多详细资料。就基本可以确定该货车的驱动桥壳的数据尺寸，于是就可以采用SolidWorks来对于驱动桥壳一步步来建立其三维模型。2.2.1三维软件简介SolidWorks是达索系统的旗下的子公司，这个子公司主要是负责开发和营销机械设计软件一类的产品。而达索则是主要负责系统软件的供应，并为制造商提供具有互联网集成能力的支持服务。著名的CATIA来自这家公司。目前，达索拥有世界上最高的计算机辅助设计产品市场份额。SolidWorks软件具有强大的功能，其中就包括操作起来易于上手，对于新手而言是非常好的三维建模软件选择之一，而在SolidWorks的画图界面中也是表现的较为人性化的设置和富有较强的画面感，这些个不少的优点，很快的使其成为业界领先的三维建模软件。SolidWorks提供不同的设计选项，以减少设计过程中的错误，提高产品质量。SolidWorks中的右侧有着较为明显的结构树，在SolidWorks中进行草图绘制和拉伸切除等一系列三维建模命令时，都会在其右侧的界面中看到清晰的结构建模树，可以非常直观的看到每一个三维模型的建立过程，而初学者则可以通过好好的研究三维模型的结构树的每一步，就会很快的熟悉在SolidWorks中的基本操作过程，可以很轻松的对自己所要建立的模型来进行简单的三维建模。同时，SolidWorks绘制后的三维模型保存后，生成的三维文件是可以直接导入到有限元分析软件中作为有限元分析的模型的，两者之间的传输基本实现了无缝连接。使用SolidWorks的用户可以在更短的时间内完成更多的工作，更快地获得更高的质量。这种产品上市了。SolidWorks是目前市场上3D计算机辅助设计解决方案设计过程中相对简单方便的软件之一。这一次，江淮1083型货车驱动桥壳的三维建模由该软件建模。2.2.2三维建模由于驱动桥壳的模型更复杂，小零件更复杂。由于在有限元分析中，这些细小复杂的小零件基本上在模型初始化处理的过程，都会被略去，所以在本次论文中的驱动桥壳三维建模，就直接根据江淮1083型货车的数据参数，对其桥壳进行大致上的实体建模，而直接忽略掉了那些细小复杂的小零件，对其整体进行了基本的建模。这不仅有利于简化建模，也有便于在有限元建模过程中提取中间截面。具体而言，卡车驱动桥壳的三维建模步骤如下：首先，打开三维建模软件SolidWorks，选取零件，进入三维零件建模的绘画界面，然后在绘制的界面内，可以任意选择一个基准面基准面，后单击进入“草绘界面”。通过基本的草绘操作，绘制出桥壳凸缘的大致样子，如下如所示的驱动桥壳的轮廓，其中由几段圆弧和直线组成，两个圆弧的基本尺寸如下图2.5所示，而且在本次草图绘制的过程中，可以采用镜像的方法来绘画草图，这个草图绘制只是对于驱动桥壳中的桥壳本体进行草图的绘画，当完成草图的绘画后，可以保存绘制好的草图，退出草图绘制界面。图2.5桥壳本体草绘图形退出草绘后，可以选取凸台拉伸选项，来对绘制好的桥壳本体草图进行拉伸，拉伸的驱动桥壳厚度大小为160mm。然后，对拉伸后的三维图形进行周边的倒圆角，拉伸倒圆角后的桥壳本体的三维图像如下图2.6所示：图2.6拉伸倒圆角后的三维图然后，建立一个基准面进行放样和另一面的圆柱凸台的拉伸，将放样和拉伸好的三维模型截图如下图2.7所示：图2.7三维模型截图再建立第二个基准平面，这个基准平面是平行于第一个基准平面的。在此时的第二个基准平面上进行第二个凸台的拉伸，创建半轴套，将拉伸后的模型，进行整体三维模型的抽壳和实体镜像处理。其中就包括镜像板簧座、半轴套。就可以得到大致上的驱动桥壳的三维模型，最后对刚开始拉伸的驱动桥壳部分进行多余部分的拉伸切除。连接座上的螺栓孔、注油口和排油口省略，半轴套管和驱动桥壳为一体，不组装。也就将整个的驱动桥壳的三维模型简化成如下图2.8所示，且最终建立的三维的驱动桥壳的尺寸参数如下：壁厚16mm，轮距1800mm，板簧距的大小值为1040mm。图2.8驱动桥壳的三维模型总而言之，首先对于此次研究对象驱动桥壳从结构上和分类上进行了简单的介绍，通过选取的具体研究对象是江淮1083型货车的驱动桥壳，于是可以查阅到与之相关的驱动桥壳结构和相关设计及参数，简化其三维模型后，可以大致的对选取的驱动桥壳用SolidWorks来建立三维模型。上述也详细的论述了运用SolidWorks建立驱动桥壳几何模型的过程，为驱动桥壳的有限元分析做好必要的准备。

第三章驱动桥壳的工况分析考虑到当车辆在不同的工作条件下行驶时，驱动桥壳的应力和变形是不同且复杂的。我国国内一般是通过对驱动桥壳在四种典型工况下的受力分析来判断其是否基本符合实际中的使用条件的。也就是认为在这四种极限工况下如果能够满足各项指标的桥壳是合格的。本文选择了四个极限条件来分析桥壳，四种工况的受力分析如下：3.1最大垂向工况分析最大垂直力的工作条件是，当车辆满载时，它受到冲击载荷，而不管卡车在行驶过程中受到的侧向力和切向力。驱动桥壳像空心梁，两端通过轮毂轴承支撑在车轮上。弹簧座处的驱动桥壳承受卡车的簧上载荷。如下图3.1：图3.1桥壳静弯曲应力计算这种工况也就是当江淮1083型货车的驱动桥壳只受到静载荷力时来进行分析，这种工况要求车辆满载并承受冲击载荷，侧向力和切向力此时忽略考虑分析状况。取两个板簧座所受载荷的2.5倍，板簧座之间最大垂直力的计算公式为:左侧弹簧座：；右侧弹簧座：式中：，—左、右板弹簧座上的载荷；—后驱动桥壳满载轴荷；—左边钢板弹簧座中点与桥壳中央点的距离；—右边钢板弹簧座中点与桥壳中央点的距离；—动载荷系数,对不同的车辆取值大小都是不同的。本次由于研究对象是江淮1083型货车的驱动桥壳，所以经查阅而选取值为最大牵引力工况分析驱动桥壳的大致结构是可以看成一个空心梁的，它的两端是靠着货车两个车轮的轴承来连接固定在车轮的左右轮之间。桥壳中的板弹簧座上承受着货车的载荷，同时沿左右货车的轮胎的中心线，接触面给货车左右轮胎一个反向力。在此工况中先不管侧向力怎样，桥壳承受该力和车轮重力之间的差异，并在汽车直线行驶时进行计算。下图显示了汽车以最大牵引力行驶时的力图。如下图3.2所示：图3.2最大牵引力行驶时的受力简图式中：表示汽车满载静止于水平地面时给地面的总载荷；表示汽车质心高度；而此工况下的货车最大牵引力计算公式为：式中：；——；—；—；3.3最大制动力工况分析货车在行驶的过程中制动时，冲击力可达正常工况的数倍，因此制动工况情况下的应力分析对桥壳的可靠性研究至关重要。桥壳在制动工况下，承受的主要为车重的压力及制动时的扭矩，因此可以得到以下车桥受力简图如图3-1所示。汽车紧急制动时的受力情况如下图3.3所示：图3.3汽车紧急制动时的受力简图由上图可以得出，当货车在制动的过程中的，最大制动力的力学公式如下：式中；；对本次的江淮1083货车的后驱动桥一般取，取0.8；，本次论文的设计过程中，该取值大小取0.75。3.4最大侧向力工况分析货车在行驶的过程中，肯定是不会朝着不变的方向来一直这样行驶的，只要出现货车在转向时，就会导致产生一个离心力。当出现急转弯是这个离心力就会变得更加的大，当货车在行驶的过程中，转弯时产生的离心力的大小超过货车路面的附着力时，就会导致货车出现侧面滑动。下面的图3.4是汽车向右侧滑时的受力图。根据该图，可以获得驱动桥侧滑时面向驱动轮的左右轴承力和侧向力。图3.4汽车向右侧滑时的受力简图当汽车侧滑发生在侧翻之前时汽车所受到的侧向力为式中；；；总之，主要对江淮1083型货车的驱动桥壳分析了四种极限工况下的应力情况，为下一章对桥壳有限元模型施加载荷和约束提供了参考。

第四章驱动桥壳的有限元分析有限元法作为一种现代结构计算方法，可以在一定的前提下通过计算机分析出位移、应力和应变。本文利用ANSYS软件对四种典型工况下建立的三维驱动桥壳模型进行了分析。4.1有限元法简介ANSYS可以说是当代各个行业内使用度最高的一款有限元分析软件。它广泛应用于各行各业。比如在土木建筑、机械设计、车辆工程很多个行业都使用的相当广泛，有限元分析的大致过程包括，有限元前后处理、有限元求解和系统动力学分析于一体，最大限度地满足工程设计分析的需要。结合ANSYS软件，可以很快的而且比较准确的建立有限元分析模型，可以采用自动生成有限元网格的方式，也可以通过自己对于网格质量的要求精度来自己对网格进行更加细化处理操作，所以对于网格设置这一块的设计也是极为具有人性化的。当网格划分好以后，以下就是对模型的边界条件来进行设置，确定载荷施加的位置和大小，以及约束条件，待有限元模型初始化条件一切就绪后，就可以采用求解模块自动进行有限元求解，求解后可以自己选取总的变形云图和应力变化云图，从生成的云图中就可以直接看出三维模型中的应力应变情况。驱动桥壳是车辆的主要承重部件之一。驱动桥壳的形状和受力非常复杂。因此，很难精确计算驱动桥壳在各种状态下的应力。过去，桥壳的强度和刚度主要通过桥壳样品试验和车辆驾驶试验来评估。这些方法只能用于桥壳样品，需要大量的财力物力和时间。或者将桥壳视为一根简单的横梁，以检查某些零件的最大应力值。传统的桥壳强度计算方法只能近似桥壳截面的平均应力，不能充分反映桥壳的实际应力及其分布。有限元法是工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法。在解决任意结构形状和边界条件下的力学问题时，我们多半会首先想到通过有限元分析的方法来解决，因此广泛将其真正应用于实践中去了。在车辆设计中，有限元法也得到应用。有限元法可用于分析车辆所有结构部件的刚度、强度和稳定性，进行模态分析，再现振动模式，进一步计算动态响应，准确描述动态过程。由于通常建议在典型工作条件下简化桥壳的复杂应力条件，只要保证桥壳的强度，桥壳在车辆的各种行驶条件下都是可靠的。本文利用ANSYS软件对四种典型工况下建立的三维驱动桥壳模型进行了分析。4.2驱动桥壳有限元模型建立有限元法的求解步骤基本相同，有限元法求解该问题的基本步骤一般如下:①预处理:预处理包括建立有限元模型、输入材料特性、施加边界条件和载荷等步骤。②求解:求解过程在求解器中执行。③后处理:后处理包括输出位移和应力云图，并根据各种失效准则比较有限元分析结果。有限元模型的建立是对驱动桥壳进行有限元分析的第一步，主要工作包含将建立好的驱动桥壳三维模型导入到ANSYS中、进行划分网格、添加材料属性和施加约束和载荷等。建立驱动桥壳的有限元模型需进行如下步骤：（1）将SolidWorks建立的驱动桥壳三维模型导入到ANSYS中。启动ANSYS，并使用导入命令将三维模型导入到ANSYS中。导入的模型如下图4.1：图4.1导入ANSYS后的驱动桥壳模型（2）进行网格划分在江淮1083型货车的驱动桥壳进行网格划分时，应该注意一下几个方面:①网格数量：网格的数量越多时，就会将模型分成越多的块，产生的节点数也会更加的多，当节点数越多时，显然会增加计算结果的时间，同时必然会对计算出来的结果的准确性造成一定的影响，因此，应该将网格的数量控制在恰当好的范围，一方面既可以减少计算时间，另一方面，又可以保持计算结果的精确性，将两者很好的结合在一起。②单位顺序:高阶单位是指二次或三次形式的单位。高阶元素具有节点多、精度高的特点，但高阶元素节点多，这将增加分析的计算规模。③网格密度:应该控制好网格的密度，不宜过密，也不宜过于稀疏，可以将自己想要分析的部位或者比较重要的部位，将网格画的密集些，提高精确度，而对于不重要的地方则可以将网格画的稀疏些，为此来提高计算速度。④网格质量:网格质量是指网格几何的合理性。对于本文中江淮1083型货车的驱动桥壳网格划分中是选用四面体单元进行划分，在减少计算时间的基础上，基本可以保持着计算精度。对于结构较复杂的实体模型，若采用六面体单元划分，可能会使单元退化影响精度，所以一般选用四面体单元划分。驱动桥壳经过网格划分后，如下图4.2：图4.2桥壳网格划分（3）定义材料属性。至于桥壳材料，可锻铸铁、球墨铸铁和铸钢主要用于铸造整体、可分离和组合的桥壳。40中碳钢板主要用于冲压和焊接钢板制成的整体桥壳。半轴套管主要由中碳钢或45中碳钢无缝钢管制成。本设计中的驱动桥壳总长为1800mm，板簧座距为1040mm，桥壳厚度为16mm，选用材料为可锻铸铁，弹性模量为，泊松比为0.3，密度为，抗拉强度为350Mpa，屈服强度为400Mpa。这种材料有着较高的强度、塑性和冲击韧度，可用于承受较高的冲击，振动及扭转载荷下工作的零件。（4）施加载荷与约束。施加载荷和约束对计算结果的准确性影响很大。应该在仔细分析桥壳受力特点和约束形式的基础上施加载荷和约束。施加载荷，应准确分析不同工况下桥壳受力形式的特点。本文中涉及的载荷形式主要是集中力、扭矩和均布载荷。前面已经就汽车的四种典型工况对桥壳进行了静力计算，得到了桥壳的受力状况。对不同的典型工况中，驱动桥壳载荷得的施加、约束的添加就变得相当的重要，一般要满足足够的约束，防止驱动桥壳有限元模型发生位移，同时，要也要做到简单直观，便于分析和计算。本论文中四种典型工况下的载荷施加和约束添加如下表4-1所示：本文按下表对驱动桥壳模型施加载荷和约束：表4-1各工况下桥壳的加载方式与约束条件工况加载方式约束条件最大垂向力工况垂向力平均加载到两板簧座上，方向垂直于板簧座约束桥壳一端轮距处节点X、Y、Z方向的平动，约束另一端轮距处节点的Y、Z方向的平动最大牵引力工况垂向力和纵向力均作用在板簧座上，垂向力垂直于板簧座，纵向力沿汽车运动相反的方向约束桥壳两端轮距处节点Y、Z方向的平动，约束桥壳中间节点X方向的平动最大制动力工况垂向力和纵向力作用在板簧座上，垂向力垂直于板簧座，纵向力沿汽车运动方向约束桥壳两端轮距处节点Y、Z方向的平动，约束桥壳中间节点X方向的平动最大侧向力工况垂向力作用在板簧座上，侧向力作用于侧滑一端轮距处的节点上约束桥壳一端轮距处节点X、Y、Z方向的平动，约束桥壳一端轮距处节点Y、Z方向的平动4.3几种典型工况下的静力分析静态分析可以得到有限云分析云图的结果。根据桥壳不同部分的等效应力和等效位移的大小，在图上用不同的颜色表示出来，是可以直接看出来哪里的应力应变最为明显的。这样就可以根据颜色区域的分布情况简单明了的查看桥壳的应力分布情况和变形情况。云图上还标出了最大等效应力和最大位移变化的发生的位置，这为校核桥壳的强度和刚度提供了参考。另外，ANSYS中还可以查看驱动桥壳上特定位置处的应力大小。本次论文中选取的是江淮1083型货车的驱动桥壳，上面已经陈述了该货车的一些基本参数信息。其中装载质量为8490kg，也就是满载的情况下的总质量约为8500kg，本文将对驱动桥壳施加载荷的过程中，通过8500kg的负载来计算各个工况下的不同施加载荷的数值大小。4.3.1最大垂向力工况下静力分析当汽车在不平的道路上行驶时，此工况要求汽车满载，受冲击载荷的作用，不考虑侧向力和切向力。上述已经讨论了计算公式，公式其中是动载荷系数，本次论文设计中取值为2.5，也就是在2.5倍的满载载荷下对驱动桥壳进行加载。取2.5倍的载荷施加在两个钢板弹簧座上，最大垂向力为：左侧弹簧座：；右侧弹簧座：式中；，其值的大小为85000N；；。代入以上公式可以计算出得：。首先，要对导入ANSYS中的进行在此工况下的约束条件的设定，上述已经分析出在最大垂向力工况下静力分析时，应该设置的约束的条件上述已经进行了论述，于是在ANSYS界面中的约束条件设置及其载荷施加画面，其中施加的载荷大小值为，如下图4.3所示：图4.3约束条件及载荷施加

于是，设置好一切该工况下的数据后，就可以利用ANSYS求解出在最大垂向力工况下的位移分布云图和等效应力分布云图，分别如下图4.4和4.5所示：图4.4位移分布云图图4.5等效应力分布云图由上述的有限元分析出的结果云图可知，在货车在最大垂向力工况下，可以看出，卡车驱动桥壳的最大变形发生在桥壳法兰盘的右侧。其最大的总的位移形变量为，则每米轮距变形量为，而国家标准规定满负荷时，每米轮距最大变形不超过，显然是满足此要求的。应力最大的部位在驱动桥壳的桥壳本体附近，且最大的应力数值大小为239.6MPa，而本次论文中的材料下的屈服强度400Mpa。可以知道，最大的应力大小值也在规定的范围内的。综上可以知道，货车在最大垂向力工况下，受到的最大等效应力和最大位移形变都是在规定的范围内的。即货车在此工况的极限条件下，1083型货车驱动桥壳的可靠性是在安全范围内的。4.3.2最大牵引力工况下静力分析由于这种工作条件要求车辆满载并以最大牵引力直线行驶，无论侧向力如何，左右车轮不仅具有垂直反作用力，而且还具有驱动车轮的牵引力。最大牵引力大小上述已经分析过，其中计算公式为：式中：；；；；。带入上述的计算公式后，可以计算出。由于在最大牵引力工况下静力分析中，对于驱动桥壳模型在ANSYS中的约束条件的设定，上述已经进行过陈述。于是可以进行载荷的施加和约束条件的设定。设置界面图如下4.6：图4.6施加和约束条件的设定图于是，设置好一切该工况下的数据后，就可以利用ANSYS求解出在最大牵引力工况下的位移分布云图和等效应力分布云图，如下图4.7和4.8：图4.7位移分布云图图4.8等效应力分布云图由上述货车在最大牵引力工况下的有限元分析的结果云图可知，货车的驱动桥壳最大变形量发生在桥壳凸缘盘的四周边缘部位处，其最大的总的位移形变量为，则每米轮距变形量为，其满足国家标准规定满载荷时的要求。应力最大的部位在驱动桥壳的桥壳本体与轴的交接附近，且最大的应力数值大小为236.4MPa，是远小于400Mpa。于是。可知货车在最大牵引力工况下，受到的最大等效应力和最大位移形变都是在规定的范围内的。即货车在此工况的极限条件下，1083型货车驱动桥壳的可靠性是在安全范围内的。4.3.3最大制动力工况下静力分析由上述工况分析中可以知道，最大制动力的计算公式为：。而式中G取值85000N;本次论文取值0.8。取值大小为0.75。因此代入到上述的计算公式中可以计算出。上述已经陈述过在此工况下的约束条件和载荷施加部位，同上的操作方法，在ANSYS中设置好初始条件后，就可以进行货车在最大制动力工况下静力分析，其位移变形云图和等效应力分布云图，分别如下图4.9和4.10所示：图4.9位移分布云图图4.10等效应力分布云图由上述货车在最大制动力工况下的位移分布云图和等效应力分布云图可知，货车的驱动桥壳最大变形量发生在桥壳凸缘盘的四周边缘部位处，其最大的总的位移形变量为，则每米轮距变形量为，同样也是满足国家标准规定满载荷时的要求。应力最大的部位也在驱动桥壳的桥壳本体与轴的交接附近，且最大的应力数值大小为，是远小于400Mpa。于是。可知货车在最大制动力工况下，受到的最大等效应力和最大位移形变都是在规定的范围内的。即货车在此工况的极限条件下，1083型货车驱动桥壳的可靠性是在安全范围内的。4.3.4最大侧向力工况下静力分析该工况是汽车发生侧滑时的极限工况，驱动桥承受的侧向力为：式中；；φ1—轮胎与地面之间的横向附着系数，取1.0代入上述的计算公式，驱动桥壳承受的横向力的大小可按如下公式计算:。在这种工作条件下，载荷作为作用在板簧座上的垂直力施加，侧向力作用在侧滑一端的车轮节距处的节点上，并且约束被设置为在车轴壳体一端的车轮节距处的节点在X、Y和Z方向上的平移，以及在车轴壳体一端的车轮节距处的节点在Y和Z方向上的平移。同上，在ANSYS中设置好初始条件后，就可以进行货车在最大侧向力工况下静力分析，其位移变形云图和等效应力分布云图，分别如下图4.11和4.12所示：图4.11位移分布云图4.12等效应力分布云图由上述货车在最大侧向力工况下的有限元分析的结果分布云图可知，货车的驱动桥壳最大变形量发生在桥壳凸缘盘的侧向的部位，其最大的总的位移形变量为，则每米轮距变形量为，其满足国家标准规定满载荷时的要求，即规定的每米轮距最大变形不超过。应力最大的部位在货车行驶侧向方向的桥壳凸缘盘附近，且最大的应力数值大小为，是远小于400Mpa。于是。可知货车在最大侧向力工况下，受到的最大等效应力和最大位移形变都是在规定的范围内的。即货车在此工况的极限条件下，1083型货车驱动桥壳的可靠性是在安全范围内的。4.4分析小结综上所述，通过有限元法，采用ANSYS软件对江淮1083型货车的驱动桥壳的四种典型工况的进行了静力学分析。即进行了载荷计算和工况的应力、应变分析分析，通过对这四中典型工况下的分析，基本可以对该驱动桥壳的结构设计及可靠性做出合理的评估。可靠性评估结果分析如下:驱动桥壳在四种工况下的变形和应力分布合理，驱动桥壳在各种工况下稳定可靠。

总结本次毕业设计中，对机械制图、机械原理、汽车设计及生产制造等方面的基本理论知识又进行了大致的学习和回顾，从理论到实践的了解汽车和货车当中的驱动桥壳的设计和结构，同时也体现出对目前所掌握的知识的局限性。对于这次的论文题目为某1083型货车驱动桥壳的可靠性分析评估的研究中，首先，是查阅了关于这方面的很多资料和杂志，最终选取了江淮1083型货车的驱动桥壳作为研究对象，展开了对驱动桥壳的可靠性分析评估的研究，在这个过程中就很大的程度的培养了自己查阅资料的能力，在大量的资料中找到自己的需要，并加以分析很整理，再把它融入到自己的设计中去。其次，一定程度上培养了自己的动手能力。通过查阅的货车的驱动桥壳的资料，整理出关于驱动桥壳的设计参数，然后通过三维建模软件SolidWorks来对在驱动桥可进行三维建模。由于对结构刚开始都是比较陌生，在建模的过程中不断的遇到问题，又慢慢的去解决问题，无形之中锻炼了自己的动手能力。通过对实际驱动桥壳的研究，再参照很多的前人工作者的研究，进一步加深对它的认识。最后，为了得到1083型货车驱动桥壳的可靠性分析评估的研究结果，将建立的驱动桥壳三维模型导入有限元分析软件ANSYS进行有限元分析。通过对驱动桥壳在几种典型工况下的静态分析，得到分析云图，根据云图中颜色区域的分布，可以简单而清楚地观察到桥壳的应力分布和变形。将最大等效应力和最大位移与参考值进行比较。就可以得到1083型货车驱动桥壳的可靠性分析评估的最终结果。同时，此次毕业设计也是对四年所学过的知识的一个复习，将很多停留在理论上的知识运用到实践中去了，又有了更为深刻的认识。通过这次设计，对这四年的学习做了一个总结，对自己也做了一个总结，让自己感受到结果不是最重要的，享受的是这个慢慢努力的过程和认真的学习态度。当然对今后研究汽车方面的有限元仿真分析也有了一定了研究经验。致谢近两个月的毕业设计即将到此圆满结束，同时预示着大学四年生活即将画上一个完美的句号，更预示着美好的未来生活的马上就要开始！

首先，此次关于某1083型货车驱动桥壳的可靠性分析评估的毕业设计是对于大学本四年综合课程的一次重要检验和回顾。考验了牢固掌握了全部所学知识的熟练度，以及运用知识的能力。并且从另一个方面来考察了看待机械方面问题的一