【正文】 汽車緊急制動時的受力簡圖則 （26）式中：g—重力加速度，m/s2 a—制動加速度，m/s2因，故制動加速度a為 a=g （27）其中表示制動強(qiáng)度，當(dāng)汽車以最大的強(qiáng)度制動時，該值取地面的附著系數(shù)，.由上面兩式，可求得橋殼的垂向力和縱向力。對橋殼模型進(jìn)行簡化，一方面，可以減小建模的難度，另一方面也有利于對橋殼進(jìn)行網(wǎng)格劃分，節(jié)省計算資源。在樣品的測試實驗階段，甚至是產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)之后，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品不合格，就要重新對產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。有限元分析在汽車結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用實踐證明其可以從根本上提高車身設(shè)計水平，并降低研制成本。（5）ANSYS耦合場分析，主要考慮兩個和多個物理場之間的相互作用，例如，在壓電力分析中，需要同時求解電壓分布（電場分析）和應(yīng)變（結(jié)構(gòu)分析）。(4)網(wǎng)格質(zhì)量：網(wǎng)格質(zhì)量指的是網(wǎng)格幾何形狀的合理性。施加載荷和約束對計算結(jié)果的準(zhǔn)確性影響很大。橋殼中部和板簧座附近應(yīng)力較為集中，但都在143MPa以下，遠(yuǎn)小于橋殼本體的屈服強(qiáng)度。由于結(jié)構(gòu)的振動特性決定了結(jié)構(gòu)對于不同動力載荷的響應(yīng)情況，所以在進(jìn)行其它動力學(xué)分析之前首先要進(jìn)行模態(tài)分析[21]。汽車行駛時,驅(qū)動橋殼的振動主要取決于車輪與路面間的相互作用力和汽車的振動,而路面不平度是引起橋殼振動的主要原因。按照第四章中的形式對橋殼施加載荷和約束，經(jīng)ANSYS計算得到Mises 應(yīng)力分布云圖和等效位移分布云圖如下所示： Mises 應(yīng)力分布云圖 等效位移分布云圖由上圖可以看出，橋殼本體厚度減薄后，最大應(yīng)力仍然發(fā)生在左側(cè)半軸套管輪距處，大小為362MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于半軸套管的屈服強(qiáng)度。（5）應(yīng)對優(yōu)化后的模型進(jìn)行其他工況下的分析以及疲勞壽命分析。學(xué)術(shù)研究中沒有坦途。 后續(xù)研究展望由于時間倉促，個人能力不足，研究內(nèi)容存在一些缺憾，另外還有很多工作沒有進(jìn)行，主要包括：（1）橋殼的三維模型經(jīng)過了較多的簡化處理，結(jié)果可能不夠精確，所以模型的建立應(yīng)更加精細(xì)。也可以使用經(jīng)驗設(shè)計的方法，在綜合分析的基礎(chǔ)上，主觀選取設(shè)計變量的值，對改進(jìn)后的模型的進(jìn)行有限元分析，驗證該方案的可行性。這是因為，受到約束以后，橋殼的整體自由度比受約束之前的自由度低，橋殼的剛度提高，使得約束模態(tài)固有頻率相對于自由固有模態(tài)偏高。幾種工況中，最大應(yīng)力發(fā)生在橋殼承受最大垂向力的工況下，為335MPa，此值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于半軸套管的屈服強(qiáng)度。另外，ANSYS還允許查看橋殼上特定位置處的應(yīng)力大小，這為分析焊縫處的強(qiáng)度情況提供了方便。關(guān)于橋殼材料，鑄造整體式、可分式及組合式橋殼的鑄件多采用可鍛鑄鐵（KT35010，KT37012）、球墨鑄鐵（QT40018）、鑄鋼（ZG45，多用于重型汽車的橋殼鑄件）；對于鋼板沖壓焊接整體式橋殼，多采用16MN、09SIV、35或40中碳鋼板。如果結(jié)構(gòu)、應(yīng)力分布或變形較為復(fù)雜，可以優(yōu)先選用高階單元。（3）ANSYS電磁分析。運(yùn)用CAE技術(shù)，新產(chǎn)品開發(fā)涉及到的疲勞、壽命、振動、噪聲等強(qiáng)度、剛度和振動問題，可較好地在設(shè)計階段解決，這樣就可以大幅度提高設(shè)計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，節(jié)省大量開發(fā)費用。有限元分析方法的進(jìn)步誕生了新興的跨專業(yè)和跨行業(yè)的學(xué)科。半軸套管變截面的臺階結(jié)構(gòu)用于安裝兩對圓錐滾子軸承。則靜彎曲應(yīng)為: (22) 式中： M— 見式（21）； —危險斷面處（鋼板彈簧座附近）橋殼的彎曲截面系數(shù)；當(dāng)汽車在不平路面上高速行駛時,橋殼除承受靜止?fàn)顟B(tài)下那部分載荷外,還承受附加的沖擊載荷。其中整體式橋殼強(qiáng)度和剛度較大,主減速器拆裝調(diào)整方便，適用的貨車類型較廣。 （3）過度依賴經(jīng)驗設(shè)計,或者按照主觀經(jīng)驗修改部件尺寸參數(shù),僅僅校核靜態(tài)條件下的強(qiáng)度和剛度就確定方案，對疲勞壽命和可靠性的研究較少，盲目性大。并對橋殼進(jìn)行了厚度不變的拓?fù)鋬?yōu)化,然后對橋殼進(jìn)行了自由尺寸優(yōu)化,通過局部補(bǔ)強(qiáng)的方法使得橋殼的性能達(dá)到了設(shè)計要求,最后確定了設(shè)計方案。以某載貨車的驅(qū)動橋殼作為研究對象，使用有限元仿真軟件ANSYS對橋殼進(jìn)行全面的分析和校核，以確保橋殼在各種復(fù)雜工況下都能安全使用[4]。驅(qū)動橋殼在汽車傳動系統(tǒng)中處于末端，作為主減速器、差速器和驅(qū)動車輪等傳動裝置的外殼，它對汽車傳動系統(tǒng)起到了保護(hù)作用。汽車驅(qū)動橋殼使用頻率很高，使用工況復(fù)雜，故障率較高。這不僅能夠解決企業(yè)在設(shè)計和生產(chǎn)過程中的實際問題，為企業(yè)對其產(chǎn)品的設(shè)計、制造、檢驗和優(yōu)化改造提供實際的參考和指導(dǎo)，還能夠幫助企業(yè)提高產(chǎn)品的設(shè)計水平，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，為企業(yè)在提高核心競爭力方面提供思路和方法，具有較大的實際意義和經(jīng)濟(jì)價值。 橋殼輕量化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀汽車的輕量化，就是在保證汽車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全性能的基礎(chǔ)上，最大限度地降低整車質(zhì)量，以提高汽車的動力性，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排氣污染。 研究內(nèi)容與技術(shù)路線本課題研究目標(biāo)是學(xué)習(xí)ANSYS軟件，掌握有限元分析方法，對某載貨車的驅(qū)動橋殼進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)分析，并對該驅(qū)動橋殼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。由于制造工藝不同，整體式橋殼又可分為鑄造整體式、鋼板沖壓焊接式和鋼管擴(kuò)張成形式三種。不考慮切向力和側(cè)向力,在這兩種載荷總的作用下,橋殼承受的力為（），橋殼所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為 （23）式中： —動載荷系數(shù),對轎車、。為了便于在有限元分析中對橋殼劃分模型劃分網(wǎng)格和定義材料屬性，驅(qū)動橋殼模型采用裝配設(shè)計，將鋼板彈簧座和驅(qū)動橋殼本體裝配在一起。作為一種新近發(fā)展起來的數(shù)值模擬分析技術(shù)，CAE越來越受到工程技術(shù)人員的重視和青睞。CAE分析范圍覆蓋了結(jié)構(gòu)、流體力學(xué)、多體動力學(xué)、被動安全、工藝、整機(jī)和整車性能等方方面面。磁場分析的類型包括靜磁場分析、交變磁場分析、瞬態(tài)磁場分析、電場分析、高頻電磁場分析等。但高階單元的節(jié)點數(shù)較多，會增大分析的計算規(guī)模。半軸套管多采用40Cr，40MnB等中碳合金鋼或者45中碳鋼的無縫鋼管或鍛件。 最大垂向力工況當(dāng)汽車在不平的道路上行駛時，經(jīng)ANSYS計算可得 Mises 應(yīng)力分布云圖和等效位移分布云圖： Mises 應(yīng)力分布云圖 等效位移分布云圖在模型兩側(cè)板簧座上加載垂直向下載荷，在靜載荷下，最大應(yīng)力發(fā)生在左側(cè)半軸套管的輪距處，大小為335MPa，半軸套管變截面處存在一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力值在145MPa至335MPa之間，遠(yuǎn)小于半軸套管屈服強(qiáng)度。橋殼本體部分的應(yīng)力均較小，材料的強(qiáng)度十分富余，說明橋殼主體的厚度大,存在浪費的可能性,有必要對其進(jìn)行更進(jìn)一步的分析，以達(dá)到輕量化的目的。施加約束后，橋殼各階固有頻率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于050HZ的敏感頻率范圍，正常行駛工況下不會發(fā)生共振，說明橋殼的結(jié)構(gòu)較為合理。本文計劃將橋殼本體的厚度由原來的15mm改變?yōu)?4mm，并且對改進(jìn)后的模型進(jìn)行靜力分析和動態(tài)分析，驗證其是否符合各項要求。（2）網(wǎng)格劃分的精度可以提高。我將更加珍惜研究生階段的三年時光，始終恪守不怕困難，迎難而上的信念，爭取更大的進(jìn)步。（4）沒有對焊縫進(jìn)行分析。如果分析結(jié)果中，橋殼的受力狀況得到改善，且依然滿足強(qiáng)度和，、剛度和振動條件，則認(rèn)為改進(jìn)后的橋殼結(jié)構(gòu)較為合理，輕量化的方案是基本可行的。在各種不同的工況下，橋殼的固有頻率可能會發(fā)生一定的變化，但各階固有頻率應(yīng)接近于上面所求出的頻率范圍。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或者使結(jié)構(gòu)以特定的頻率進(jìn)行振動；可以了解結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力載荷是如何響應(yīng)的；有助于在其它動力分析中估算求解動力參數(shù)。 最大牽引力工況汽車以最大加速度加速行駛時，在板簧支座處加載垂直向下的載荷和水平向后的載荷,ANSYS計算可得 Mises 應(yīng)力分布云圖和等效位移分布云圖： Mises 應(yīng)力分布云圖 等效位移分布云圖加速工況下，最大應(yīng)力發(fā)生在左右輪距處，為214MPa，遠(yuǎn)小于半軸套管的屈服應(yīng)力。（4） 施加載荷與約束。在結(jié)構(gòu)的危險部位以及應(yīng)力較為集中或變化較快的部位，可將網(wǎng)格劃分密集一些；而在結(jié)構(gòu)的非關(guān)鍵部位及應(yīng)力變化較小的部位，可以將網(wǎng)格劃分得稀疏一些。流場分析的類型包括CFD、聲學(xué)分析、容器內(nèi)流場分析、流體動力學(xué)耦合分析。汽車結(jié)構(gòu)的有限元分析體現(xiàn)在：一，在汽車設(shè)計中對所有的結(jié)構(gòu)件、主要機(jī)械零部件的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析；二，在汽車結(jié)構(gòu)分析中普遍采用有限元法來進(jìn)行各構(gòu)件的模態(tài)分析，計算出各構(gòu)件的動態(tài)響應(yīng)，可以真實地描繪出各部件的動態(tài)過程；三，在靜力分析和動態(tài)分析的基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使結(jié)構(gòu)在保證使用要求的同時減少材料使用，降低產(chǎn)品成本。 傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計流程圖 從圖中可以看出，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計流程中充斥著大量重新設(shè)計的可能性。最終得到的驅(qū)動橋殼的三維模型如下圖： 驅(qū)動橋殼三維模型 由上圖可以看到，所建立的驅(qū)動橋殼三維模型是經(jīng)過簡化處理的。下圖為汽車以最大牽引力行駛時的受力簡圖。鋼板沖壓焊接整體式橋殼由橋殼本體、凸緣、半軸套管和鋼板彈簧座等組成。 （2）對橋殼在四種典型工況下進(jìn)行受力分析,確定橋殼在各工況下的約束和受載情況。有實驗結(jié)果表明，在汽車的整車重量降低10%的情況下，汽車的燃油消耗效率就可提高6%—8%，汽車輕量化所產(chǎn)生的巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，使其成為現(xiàn)代汽車技術(shù)中的熱點。降低燃油消耗，減少廢氣排放成為汽車工業(yè)研究的熱點[5]。因此，必須要求汽車驅(qū)動橋殼具有足夠的強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命。 關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋殼；有限元；靜力分析；動態(tài)分析；輕量化 Finite Element Analysis of Vehicle Drive Axle Shell Abstra