【文章內(nèi)容簡介】 施和建議。有限元法在橋殼設(shè)計過程中的應(yīng)用主要有以下幾個方面：(1) 橋殼垂直彎曲的靜力分析：主要是計算橋殼的垂直彎曲強度和剛度。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，，橋殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形[8]。(2) 橋殼模態(tài)分析:通過計算，得到整個橋殼在自由狀態(tài)下的固有頻率和固有振型，以分析橋殼的動態(tài)特性。(3) 橋殼動載荷分析:求得橋殼和彈簧系統(tǒng)在垂直激勵作用下的響應(yīng)以及動應(yīng)力，找到驅(qū)動橋殼典型部位以及破壞的確切位置。(4) 橋殼隨機振動分析:在兩側(cè)車輪的垂直方向輸入標(biāo)準(zhǔn)路譜，計算橋殼關(guān)鍵部位處的功率譜。(5) 橋殼疲勞壽命分析:應(yīng)用有限元法預(yù)測橋殼疲勞危險點的位置，或者比較在給定載荷下部件的不同設(shè)計造成疲勞壽命的差異。受力與約束條件處理恰當(dāng)，就可以得到較理想的計算結(jié)果，且可以得到比較詳細的應(yīng)力和變形分布情況，以及應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力變化趨勢，這些都是傳統(tǒng)設(shè)計方法難以做到的。第三章 驅(qū)動橋橋殼結(jié)構(gòu)受力及強度分析 本商用車主要參數(shù)本文主要對中型商用車驅(qū)動橋殼強度進行分析。整備質(zhì)量（ kg）4850裝載質(zhì)量（ kg）5000最高車速（km/h）90軸距（mm）2500輪距(mm)1740最大功率（Kw）117最大扭矩(NM)560減速器傳動比 輪胎規(guī)格 驅(qū)動橋橋殼受力的典型計算工況汽車的行駛條件如道路情況以及汽車的運動狀態(tài)是復(fù)雜多變的，在實際行駛過程中的工況極其復(fù)雜，對于全浮式半軸的驅(qū)動橋橋殼的強度計算與半軸強度計算的三種載荷工況相同：1．汽車滿載行駛通過不平路面承受沖擊荷載時，車輪承受最大鉛垂力工況；2．汽車滿載并以最大牽引力行駛或緊急制動時，車輪承受最大切向力工況：3．汽車滿載側(cè)滑時，車輪承受最大側(cè)向力工況[3,20]；只要在這三種典型工況下，橋殼的強度得到保證，就認為該橋殼在汽車的各種行駛條件下是可靠的， 受力簡圖： 橋殼受力簡圖圖中 Fx2i，F(xiàn)x2o——左右側(cè)車輪在水平面內(nèi)的牽引力或制動力；Fy2i，F(xiàn)y2o——內(nèi)外側(cè)車輪所受的側(cè)向力；Fz2i，F(xiàn)z2o——左右側(cè)車輪的地面垂直反力；hg，rr——分別為滿載質(zhì)心高度和車輪滾動半徑； 橋殼承受最大垂向力工況 此處省略NNNNNNNNNNNN字。扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯根據(jù)這種典型工況即汽車滿載通過不平路面承受沖擊荷載時，車輪承受最大鉛垂力的極限工況進行靜力分析。汽車在此工況下受垂向動載荷。根據(jù)文獻。ZL=b/(a+b) (31)ZR=a/(a+b) (32) 式中：ZL， ZR——分別是施加在左、右鋼板彈簧座上的載荷，N；G——后橋殼滿載軸荷，N；a——左邊鋼板彈簧座中點與橋殼中央點的距離，m；b——右邊鋼板彈簧座中點與橋殼中央點的距離，m；對于左右對稱的橋殼(本文所研究的橋殼模型為左右對稱結(jié)構(gòu)，a=b)ZL= ZR=(33)由查文獻得，該車滿載時后軸的重量為整車重量的70%，故：ZL= ZR=（4850+5000）P=F/S=104/(10080106 )= MPa 橋殼承受最大牽引力工況汽車滿載在以最大牽引力行駛時，發(fā)動機以最大轉(zhuǎn)矩工作，橋殼主要承受垂向力和最大牽引力。為使計算簡化，不考慮側(cè)向力，僅按汽車作直線運動計算，另從安全系數(shù)方面作適當(dāng)考慮。此時左右驅(qū)動輪除作用有垂向反力外, 還作用有地面對驅(qū)動車輪的最大切向反作用力(及牽引力) , 最大牽引力大小為:Pmax= Tmax ig1ig0ηt/rr (34)式中：Tmax——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，Nm；ig1——變速器I擋傳動比；ig0——驅(qū)動橋的主減速比；ηt——傳動系的傳動效率；rr——驅(qū)動車輪的滾動半徑。根據(jù)汽車的參數(shù)選得：以解放牌平頭式載貨汽車，車輛型號為CA1108PK212為例,發(fā)動機為CA4DF216，其額定功率：117KW 2300r/min。最大轉(zhuǎn)矩： 560NM， 1400r/min。汽車的輪胎規(guī)格：。Tmax為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩560NM, ig1為變速器I檔傳動比,。 ig0為 驅(qū)動橋的主減速比, 。 ηt為傳動系的傳動效率, 。 rr為驅(qū)動車輪的滾動半徑,代入得：Pmax= 560Fxi=Fxo=Pmax/2=20199 N 汽車緊急制動時的橋殼受力分析此工況為汽車滿載緊急制動時的工況, 不考慮側(cè)向力。汽車緊急制動時,左右驅(qū)動車輪除作用有垂直反力外, 還作用有地面對驅(qū)動車輪的制動力,最大制動力大小為:F =G m’φ/2 (35)式中: G —汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷。m’ —汽車制動時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù),對載貨汽車后驅(qū)動橋一般取0. 75～,取 0. 8。φ —驅(qū)動車輪與路面的附著系數(shù),計算時取0. 75～0. 8,取0. 8。代入得:F= 汽車受最大側(cè)向力時的橋殼受力分析最大側(cè)向力時，縱向力即為零，此時意味著汽車發(fā)生了側(cè)滑。外輪上的垂直反力Fx2o和內(nèi)輪上的垂直反力Fx2i分別為Fx2o=G（+φ1） (36)Fx2i=G Fx2o (37)式中: G ——汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷；φ1 ——輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù), 取1. 0；B2， hg——，汽車滿載質(zhì)心高度。外輪上的側(cè)向力Fy2o和內(nèi)輪上的側(cè)向力Fy2i分別為：Fy2i= Fx2oφ1 (38)Fy2o= Fx2iφ1 (39) 將具體數(shù)據(jù)代入上面四個式中求得內(nèi)側(cè)車輪上的垂直反力Fx2i=0，表明內(nèi)側(cè)車輪一翹起，所有的力都由外側(cè)車輪承受，則外側(cè)車輪的最大側(cè)向力Fx2o=Gφ1。第四章 驅(qū)動橋殼三維模型的建立和網(wǎng)格劃分 UG軟件簡介幾何模型的建立是整個有限元分析工作的第一步，也對以后的所有工作有著至關(guān)重要的作用，而建模的第一步則選用UG軟件進行三維建模。UG NX系統(tǒng)提供了一個基于過程的產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)從設(shè)計到加工真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計與制造。UG面向過程驅(qū)動的技術(shù)是虛擬產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),在面向過程驅(qū)動技術(shù)的環(huán)境中，用戶的全部產(chǎn)品以及精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開發(fā)全過程的各個環(huán)節(jié)保持相關(guān)，從而有效地實現(xiàn)了并行工程。不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計功能；而且，在設(shè)計過程中可進行有限元分析、機構(gòu)運動分析、動力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計的可靠性；同時，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機床。另外它所提供的二次開發(fā)語言UG/OPen GRIP，UG/open API件具有以下特點：(1) 具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實施并行工程。(2) 采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。(3) 用基于特征（如孔、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計辦法，并能用參數(shù)驅(qū)動。(4) 曲面設(shè)計采用非均勻有理B樣條作基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜的曲面，特別適合于汽車外形設(shè)計、汽輪機葉片設(shè)計等復(fù)雜曲面造型。(5) 出圖功能強，可十分方便地從三維實體模型直接生成二維工程圖。能按ISO標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說明等。并能直接對實體做旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測圖挖切生成各種剖視圖，增強了繪制工程圖的實用性。 (6) 提供了界面良好的二次開發(fā)工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（USER FUNCTION），并能通過高級語言接口，使UG的圖形功能與高級語言的計算功能緊密結(jié)合起來。(7) 具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過圖標(biāo)實現(xiàn)；進行對象操作時，具有自動推理功能；同時，在每個操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。 驅(qū)動橋殼三維建模的過程 驅(qū)動橋殼的簡化受力分析的前提下，可以對驅(qū)動橋殼的模型進行適當(dāng)?shù)暮喕?。首先在UG中建立起驅(qū)動橋殼的三維模型,在建立橋殼的有限元模型時,先對驅(qū)動橋殼實體作必要簡化,對主要承載件,均保留其原結(jié)構(gòu)形狀,以反映其力學(xué)特性,對非承載件進行一定程度的簡化,在本次的三維建模中將橋橋殼兩端的螺栓孔省去。 三維建模(1) 驅(qū)動橋橋殼進行草圖繪制。 驅(qū)動橋橋殼草圖 (2) 通過拉伸命令形成橋殼部分實體，拉伸距離為130mm。 部分橋殼實體(3)進一步形成橋殼兩端，小圓柱直徑為120mm，高度為80mm；大圓柱直徑為200mm，高度為10mm。 形成橋殼兩端(4) 挖孔，大孔直徑為370mm，小孔直徑為70mm。 挖孔(5)做邊倒圓過度 邊倒圓過度(6)建出彈簧幾座長100mm，寬80mm，高15mm，并倒圓角形成所需的三維模型。 做邊倒圓模型 將模型導(dǎo)入ANSYS進行網(wǎng)格劃分 驅(qū)動橋有限元模型的建立在有限元法中，連續(xù)體結(jié)構(gòu)被看作是由有限個單元通過有限個節(jié)點連接而成的計算模型。每一個單元都相應(yīng)地代表著結(jié)構(gòu)某些力學(xué)性質(zhì)的局部小塊。顯然，如果每個單元所代表的力學(xué)特性與實際結(jié)構(gòu)受力后這一小塊的力學(xué)特性越近似，計算出來的精確性就越高。為了得到較好的解答結(jié)果，所使用的單元應(yīng)盡可能地反映出實際中各種因素對其結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響。這樣不僅要求每個單元與對應(yīng)的實際結(jié)構(gòu)之間幾何類型(即幾何的逼真性)一致，而且要求單元傳遞力和傳遞運動的力學(xué)特性(即力學(xué)特性的逼真性)相一致。在橋殼幾何模型的基礎(chǔ)上，進行模型的離散化，建立有限元模型，并最終形成計算數(shù)據(jù)文件。所謂離散化，就是假想把被分析的彈性連續(xù)體分割成由有限個單元組成的幾何體，連續(xù)體的離散化又稱為網(wǎng)格劃分。離散而成的有限元集合體將代替原來的彈性連續(xù)體，所有的計算分析都將在這個計算模型上進行。因此，有限元分析的計算速度和結(jié)果準(zhǔn)確度直接受分析模型與實際工程結(jié)構(gòu)力學(xué)特性符合程度的影響[18,19]。 定義橋殼單元材料屬性該驅(qū)動橋橋殼的材料為QT40015, 彈性模量EX= MPA，泊松比PRXY=，許用應(yīng)力[]=400 MPA。 有限元模型網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分是建立有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題較多，需要的工作量較大，所劃分的網(wǎng)格形式對計算精度和計算規(guī)模產(chǎn)生直接影響。為了建立正確合理的有限元模型，劃分網(wǎng)格時應(yīng)遵循以下基本原則：(1)網(wǎng)格數(shù)量：網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計算結(jié)果的精度和計算規(guī)模的大小。一般來講，網(wǎng)格數(shù)量增加，計算精度會有所提高，但同時計算規(guī)模也會增加，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時應(yīng)權(quán)衡兩個因素綜合考慮。網(wǎng)格較少時增加網(wǎng)格數(shù)量可以使計算精度明顯提高，而計算時間不會有大的增加。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量增加到一定程度后，再繼續(xù)增加網(wǎng)格時，精度提高甚微，而網(wǎng)格劃分的時間以及有限元分析計算時間卻有大幅度增加。所以應(yīng)注意增加網(wǎng)格的經(jīng)濟性。實際應(yīng)用時可以比較兩種網(wǎng)格劃分的計算結(jié)果。如果兩次計算結(jié)果相差較大，可以繼續(xù)增加網(wǎng)格，相反則停止細分網(wǎng)格。在決定網(wǎng)格數(shù)量時應(yīng)考慮分析數(shù)據(jù)的類型。靜力分析時，如果僅僅考慮變形，網(wǎng)格數(shù)量可以少一些。如果計算應(yīng)力，則在精度要求相同的情況下應(yīng)取相對較多的網(wǎng)格。同樣在響應(yīng)計算中，計算應(yīng)力響應(yīng)所取的網(wǎng)格數(shù)應(yīng)比計算位移響應(yīng)多。在計算結(jié)構(gòu)固有動力特性時，若僅僅是計算少數(shù)低階模態(tài)，可以選擇較少的網(wǎng)格。如果計算的模態(tài)階次較高，則應(yīng)選擇較多的網(wǎng)格。在熱分析中，若結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度梯度不大，不需要大量的內(nèi)部單元，這時可劃分較少的網(wǎng)格。(2)網(wǎng)格疏密：網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格，這是為了適應(yīng)計算數(shù)據(jù)的分布特點。在計算數(shù)據(jù)變化梯度較大的部位(如應(yīng)力集中處)，為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。而在計算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位，為減小模型規(guī)模，則應(yīng)劃分相對稀疏的網(wǎng)格，這樣整個結(jié)構(gòu)便表現(xiàn)出疏密不同的網(wǎng)格劃分形式。采用疏密不同的，網(wǎng)格劃分，既可以保持計算精度，又可減少網(wǎng)格數(shù)量。因此，網(wǎng)格數(shù)量應(yīng)增加到結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。再次要部位增加網(wǎng)格是不必要的，也是不經(jīng)濟的。疏密不同的網(wǎng)格對于應(yīng)力分析非常重要。劃分疏密不同的網(wǎng)格主要用于應(yīng)力分析(包括靜應(yīng)力和動應(yīng)力)，而計算固有特性時，則趨于采用較均勻的網(wǎng)格形式，這是因為固有頻率和振型主要取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度分布，不存在類似應(yīng)力集中的現(xiàn)象，采用均勻網(wǎng)格可使結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的元素不致相差太大，可減小數(shù)值計算誤差。同樣，在結(jié)構(gòu)溫度場計算中也趨于采用均勻網(wǎng)格。(3)單元階次：許多單元都具有線性二次和三次等形式，其中二次或三次形式的單元稱為高階單元。選用高階單元可提高計算精度，因為高階單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結(jié)構(gòu)的曲線或曲面邊界，且高次插值函數(shù)可以更高精度地逼近復(fù)雜場函數(shù)，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、應(yīng)力分布或變形很復(fù)雜時，可以選用高階單元。但高階單元的節(jié)點數(shù)較多