【正文】 理性[2,3]。文中利用UG軟件建立力學(xué)分析模型，利用基于ANSYS軟件的有限元方法對(duì)橋殼進(jìn)行了靜力計(jì)算(垂直彎曲強(qiáng)度和剛度計(jì)算)和模態(tài)分析(計(jì)算橋殼的固有頻率及振型)。 課題的來(lái)源和主要研究?jī)?nèi)容綜上所述，驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)分析水平對(duì)整車(chē)性能具有很大的影響，應(yīng)用有限元法進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及模態(tài)等分析更是當(dāng)今分析方法的必然選擇。本課題研究的目標(biāo)是通過(guò)對(duì)某中型貨車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析、模態(tài)分析，校核橋殼結(jié)構(gòu)在多種工況下的應(yīng)力強(qiáng)度和變形剛度，計(jì)算出橋殼的固有頻率和振型，獲取結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性；針對(duì)橋殼強(qiáng)度不足導(dǎo)致易發(fā)生塑性變形，強(qiáng)度儲(chǔ)備較低，應(yīng)力分布不合理等問(wèn)題進(jìn)行研究，為完善驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)提供一些數(shù)據(jù)參考。汽車(chē)的行駛狀態(tài)是復(fù)雜的，車(chē)橋要經(jīng)受各種復(fù)雜工況所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷，這些動(dòng)態(tài)載荷產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力往往比靜態(tài)應(yīng)力大出很多倍，它們才是導(dǎo)致橋殼破壞的危險(xiǎn)因素。合理地設(shè)計(jì)橋殼也是提高汽車(chē)平順性和舒適性的重要措施。 課題研究的意義和目的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼(汽車(chē)后橋) 是汽車(chē)上的主要承載構(gòu)件之一,其作用要有:支撐并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等,使左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的軸向相對(duì)位置固定。提高橋殼抵抗破壞的能力。例如，各斷面(彈簧座處、橋殼與半軸套管焊接處、輪轂內(nèi)軸承根部圓角處)的應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)其材料的屈服極限。有限元設(shè)計(jì)方法是迄今為止國(guó)內(nèi)、外使用最為普遍、最為經(jīng)濟(jì)有效的輔助手段，它所包括的有限元輔助設(shè)計(jì)、有限元輔助分析等一系列內(nèi)容，可極大地減少資源投入、縮短工作周期，而且在工作者認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)下，可保證較高的準(zhǔn)確性和與實(shí)際情況十分理想的吻合程度。這一方面造成局部材料強(qiáng)度余量較大而又無(wú)法及早判斷出材料浪費(fèi)程度的情況；另一方面對(duì)車(chē)輛實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的局部強(qiáng)度不足的闖題，只能采取“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的局部加強(qiáng)方案，而且需要進(jìn)行多次全面的實(shí)車(chē)試驗(yàn)才能確定其有效性。 研究背景過(guò)去我國(guó)主要采用對(duì)橋殼樣品進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和整車(chē)行駛試驗(yàn)來(lái)考核其強(qiáng)度和剛度，有時(shí)采用橋殼上貼應(yīng)變片的電測(cè)方法，讓汽車(chē)在選定的典型路段上滿載行駛，以測(cè)定橋殼的應(yīng)力；但這些方法都是在有橋殼樣品的情況下才能采用。驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)中的重要部件，它承受著來(lái)自路面和懸架之間的一切力和力矩，是汽車(chē)中工作條件最惡劣的總成之一，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成嚴(yán)重的后果。后一種途徑能夠在應(yīng)用現(xiàn)有材料(主要是鋼材)、工藝條件基本不變或新工藝技術(shù)易于獲得的情況下有效減輕質(zhì)量，因此更具有實(shí)際意義。因此如何采用新技術(shù)、新材料、新工藝降低汽車(chē)耗油量，同時(shí)保證其良好的動(dòng)力性、安全性和經(jīng)濟(jì)性己成為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的核心問(wèn)題車(chē)輛輕量化是降低能量消耗，減少排放的最有效措施之一，并且減輕車(chē)輛自重還能夠減少原材料的消耗，降低車(chē)輛的生產(chǎn)成本。面對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展，人類在使用汽車(chē)工具的同時(shí)也面臨著隨之而來(lái)的問(wèn)題。汽車(chē)工業(yè)的振興能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又支撐著汽車(chē)工業(yè)的振興。s effective service life is directly influenced by the driving axle housing. So it should have enough intensity, rigidity and dynamic characteristic.Firstly, the Unigraphics software is used to create a reasonable threedimensional 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 stress 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. Finally, 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。最后，利用研究成果對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)和材料要求提出改進(jìn)措施，并解決驅(qū)動(dòng)橋殼斷裂問(wèn)題。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）摘 要由于驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車(chē)的重要部件，所以驅(qū)動(dòng)橋殼的使用壽命會(huì)直接影響汽車(chē)的有效使用壽命，故應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的動(dòng)態(tài)特性。結(jié)果表明，該橋殼具有足夠的靜強(qiáng)度和剛度；最小非零固有頻率大于50Hz，不會(huì)引起橋殼共振。 the minimal nonzero inherent frequency is greater than 50Hz which won’t cause bridge shell resonance. Key words：Drive axle housing；Unigraphics；ANSYS；The finite element analysis目 錄第一章 緒 論 1 引言 1 研究背景 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 課題研究的意義和目的 3 課題的來(lái)源和主要研究?jī)?nèi)容 4 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋橋殼概述 5 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋橋殼的分類特點(diǎn) 5 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的作用 5 驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)要求 6 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析要求 6 汽車(chē)后橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù) 7第二章 有限元法理論及其在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 8 有限元法的概述 8 有限元法的發(fā)展歷史 8 有限元方法的分析過(guò)程 8 有限元分析軟件ANSYS的簡(jiǎn)介 9 有限元方法在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用 10 有限元法在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用 10 有限元分析在驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 11第三章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)受力及強(qiáng)度分析 13 本商用車(chē)主要參數(shù) 13 驅(qū)動(dòng)橋橋殼受力的典型計(jì)算工況 13 橋殼承受最大垂向力工況 14 橋殼承受最大牽引力工況 14 汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼受力分析 15 汽車(chē)受最大側(cè)向力時(shí)的橋殼受力分析 15第四章 驅(qū)動(dòng)橋殼三維模型的建立和網(wǎng)格劃分 17 UG軟件簡(jiǎn)介 17 驅(qū)動(dòng)橋殼三維建模的過(guò)程 18 驅(qū)動(dòng)橋殼的簡(jiǎn)化 18 三維建模 18 將模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行網(wǎng)格劃分 20 驅(qū)動(dòng)橋有限元模型的建立 20 定義橋殼單元材料屬性 20 有限元模型網(wǎng)格劃分 20第五章 驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元靜力分析及其優(yōu)化 23 靜力分析介紹 23 23 驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)分析 24 最大垂向力工況 24 最大縱向力工況 29 結(jié)果優(yōu)化 33 最大側(cè)向力工況 38 42第六章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的模態(tài)分析 44 模態(tài)分析的作用 44 ANSYS模態(tài)分析的方法 45 45 本章小結(jié) 50第七章 全文總結(jié) 51致 謝 52參 考 文 獻(xiàn) 53附錄A：英文資料 54附錄B：英文資料翻譯 63附錄：畢業(yè)設(shè)計(jì)光盤(pán)（1張）VII第一章 緒 論 引言汽車(chē)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代生活中不可缺少的一種交通工具，問(wèn)世百余年來(lái)，特別是從汽車(chē)產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)及汽車(chē)工業(yè)大發(fā)展以來(lái)，已為世界經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無(wú)法估量的巨大影響，掀起了一場(chǎng)劃時(shí)代的革命。正是基于汽車(chē)工業(yè)的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大、時(shí)代性強(qiáng)，特別是快速的技術(shù)創(chuàng)新步伐和高投入、高產(chǎn)出的規(guī)模經(jīng)濟(jì)之特點(diǎn)，汽車(chē)工業(yè)已成為世界公認(rèn)的推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的火車(chē)頭。目前，汽車(chē)每年的石油消耗量約占世界每年石油產(chǎn)量的一半以上。其中底盤(pán)輕量化是整個(gè)車(chē)輛輕量化的重要環(huán)節(jié)，而作為主要支承汽車(chē)荷重的驅(qū)動(dòng)橋橋殼的輕量化研究是現(xiàn)在人們大量研究的課題之一。一般非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋、輪轂、制動(dòng)器及制動(dòng)鼓的總質(zhì)量，約占一般載貨汽車(chē)底盤(pán)質(zhì)量的1l％～16％(大致屬于帶雙級(jí)減速的驅(qū)動(dòng)橋)，％～5％，對(duì)于重型貨車(chē)，所占比例更大。當(dāng)今汽車(chē)制造業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買(mǎi)方市場(chǎng)的形成和產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度日益加快。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)橋橋殼設(shè)計(jì)方法，是將其看成簡(jiǎn)支梁并校核特定斷面的最大應(yīng)力值。過(guò)去，國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)橋橋殼設(shè)計(jì)主要采用的手段是參考傳統(tǒng)樣車(chē)或者舊車(chē)型的樣品模式，這種方法不僅費(fèi)用大、試制周期長(zhǎng)、經(jīng)驗(yàn)多于實(shí)踐、缺乏科學(xué)性，而且也不可能對(duì)多種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。因而在汽車(chē)設(shè)計(jì)制造和改進(jìn)過(guò)程中引入有限元法是十分必要的[6]。國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)很多利用有限元軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋橋殼建模并進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算的例子。提高橋殼的抗彎截面模量。同從動(dòng)橋一起支撐車(chē)架及其上的各總成質(zhì)量。由于還必須保證車(chē)輛在加速、緊急制動(dòng)和各種不同路面條件下的正常工作，所以橋殼是車(chē)輛上工作環(huán)境最惡劣的部件。研究驅(qū)動(dòng)橋殼靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性；有利于合理地減輕橋殼的質(zhì)量、降低動(dòng)載荷，提高汽車(chē)行駛的平順性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。本課題的意義在于能夠?yàn)槠髽I(yè)在降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，從而提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力方面提供思路和方法，具有較大的實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文對(duì)某中型商用車(chē)后橋橋殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模和數(shù)值分析，希望所得的分析數(shù)據(jù)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋橋殼的研發(fā)設(shè)計(jì)有一定的借鑒和指導(dǎo)作用。本課題開(kāi)展以下幾個(gè)方面的研究工作：(1)學(xué)習(xí)和掌握UG軟件并建立驅(qū)動(dòng)橋殼的幾何模型，熟悉和使用ANSYS操作界面，以驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分、定義材料屬性和系統(tǒng)約束，為建立橋殼的有限元模型奠定基礎(chǔ)。 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋橋殼概述驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的主要零件之一，作為主減速器、差速器和半軸的裝配基體，它是汽車(chē)的主要承載件和傳力件，支撐著汽車(chē)的荷重，并將載荷傳給車(chē)輪。 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋橋殼的分類特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)橋殼可分為整體式和分段式兩類。這種橋殼易于鑄造，但維護(hù)主減速器和差速器時(shí)必須把整個(gè)橋拆下來(lái)，否則無(wú)法拆檢主減速器和差速器[1]。 驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)要求驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)中主要總成之一。(3) 齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。(7) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。一般都是應(yīng)用有限元法對(duì)后橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析的內(nèi)容主要包括靜力分析、特征值分析以及瞬態(tài)動(dòng)力分析。根據(jù)固有頻率和固有振型，可以幫助設(shè)計(jì)人員分析、查找引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)的原因，并通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生共振。非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼相當(dāng)于受力復(fù)雜的空心梁，它必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還應(yīng)盡量減小其重量，在設(shè)計(jì)中應(yīng)妥善地解決這兩種之間的矛盾。(2) 降噪技術(shù)的應(yīng)用隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及汽車(chē)行駛速度的提高，降低汽車(chē)的噪音已成為汽車(chē)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要課題。驅(qū)動(dòng)橋也和其他汽車(chē)總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中日益朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織的專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。它誕生于20世紀(jì)中葉，是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理問(wèn)題的一種方法。在以后10年中有限單元法在國(guó)際上蓬勃發(fā)展起來(lái)。在應(yīng)用領(lǐng)域，有限元法理論己經(jīng)從結(jié)構(gòu)理論逐步改進(jìn)和推廣到連續(xù)力學(xué)的場(chǎng)問(wèn)題中，比如在熱、流體、場(chǎng)等領(lǐng)域中。由于單元能按不同的方式進(jìn)行組合，且單元本身又有不同的形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。這樣先離散再綜合的過(guò)程，就把連續(xù)體的計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單單元的分析與綜合問(wèn)題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車(chē)工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問(wèn)題。3. 結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。5. 熱分析程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無(wú)損檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析。(2) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析：這又分為兩類問(wèn)題。(5) 汽車(chē)的斷裂力學(xué)、接觸力學(xué)以及汽車(chē)碰撞和被動(dòng)安全性分析。 有限元分析在驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)橋橋殼工作受力情況復(fù)雜，而汽車(chē)的行駛條件如道路情況、氣候條件及車(chē)輛的行駛狀態(tài)等又是干變?nèi)f化的，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須對(duì)橋殼的應(yīng)力、變形、危險(xiǎn)部位的應(yīng)力等進(jìn)行計(jì)算和校核。方法是將橋殼兩端固定，在彈簧座處施加載荷，當(dāng)橋殼承受滿載軸荷時(shí)，橋殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形[8]。(5) 橋殼疲勞壽命分析:應(yīng)用有限元法預(yù)測(cè)橋殼疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)的位置，或者比較在給定載荷下部件的不同設(shè)計(jì)造成疲勞壽命的差異。M)560減速器傳動(dòng)比 輪胎規(guī)格 驅(qū)動(dòng)橋橋殼受力的典型計(jì)算工況汽車(chē)的行駛條件如道路情況以及汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是復(fù)雜多變的，在實(shí)際行駛過(guò)程中的工況極其復(fù)雜，對(duì)于全浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋橋殼的強(qiáng)度計(jì)算與半軸強(qiáng)度計(jì)算的三種載荷工況相同：1．汽車(chē)滿載行駛通過(guò)不平路面承受沖擊荷載時(shí)，車(chē)輪承受最大鉛垂力工況；