【導(dǎo)讀】驅(qū)動橋殼支承汽車重量，并將載荷傳給車輪。其設(shè)計的成功與否決定著車輛的。動力性、平順性、經(jīng)濟性等多方面的設(shè)計要求。因此，驅(qū)動橋殼應(yīng)具有足夠的強度、剛度和良好的動態(tài)特性，合理地設(shè)計驅(qū)動橋殼也是提高汽車平順性的重要措施。驅(qū)動橋的總體方案確定和半軸的設(shè)計校核；橋殼模型的簡化和Pro/E建模；運用ANSYS軟件對橋殼進行多工況分析，驗證設(shè)計的合理性。限元分析的整個過程，并對其進行了強度和剛度的校核。

　　

【正文】 承承受力最大的情況是發(fā)生在汽 車側(cè)滑 23 時，所以輪軸（即半軸套管）也是在汽車滿載側(cè)滑時承受最大的彎矩及應(yīng)力 ， 如圖 所示 。半軸套管的危險斷面位于輪轂內(nèi)軸承的里端處，該處彎矩為： mNlSlbaSM RR ?????? 0 8 4 5 3 6)( 12 （ ） 式中： l —— 為輪轂內(nèi)軸承支承中心至該軸承內(nèi)端支承面間的距離 mm11 。 圖 汽車向右側(cè)滑時驅(qū)動橋殼所受垂直力及彎矩 彎曲應(yīng)力 M P aDdDMw 26 6. 72 3610)1(3233443 ?????? ?? （ ） 剪切應(yīng)力 M P adDS R )901 2 6(1 9 4 2 1 7)(4 22222 ????? ?? （ ） M P aw 22 ???? ??? （ ） 半軸套管處的應(yīng)力均不超過 MPa490 ，滿足使用要求。 經(jīng)過計算 得知 各種 工況 下校核 結(jié)果 均滿足橋殼的許用彎曲應(yīng)力 300~500MPa，許用扭轉(zhuǎn) 應(yīng)力 150~400 MPa，所以驅(qū)動橋殼 滿足 各種種條件下使用 度要求 。 [2] 本章小結(jié) 本章選擇了整體驅(qū)動橋橋殼，并 參考劉惟信版汽車設(shè)計 進行了橋殼的受力分析和強度計算。在靜彎曲應(yīng)力下，不同路面沖擊載荷作用下和汽車以最大牽引力行駛時及汽車緊急制動時的 四 種情況下橋殼受力和強度進行了校核，滿足設(shè)計要求。 24 第 5 章 驅(qū)動橋橋殼幾何模型的建立 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，幾 何模型的好壞直接決定著有限元模型的優(yōu)劣乃至分析工作的進展程度。另外，在保證模型正確及幾何元素相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，也要提高建模效率，能簡化的盡量簡化，以達到事半功倍的效果。 ： 1985 年， PTC 公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。 1988 年， 的 Pro/ENGINEER 誕生了。經(jīng)過 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER 。 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)計等方面的 多項 功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等 。 Pro/ENGINEER 還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 幾何模型的簡化 幾何模型是有限元分析模型的基礎(chǔ)，我們在考慮幾何模型的簡化問題時，既要考慮到幾何模型建立的特點，也要考慮有限元模型建立的特點。 有限元模型是進行有限元分析的最終模型，它既要如實反映實際結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)特征和重要力學(xué)特征，又要采用盡量少的單元和簡單的單元類型，以較少的時間和運算量，保證較高的計算精度。本次所建有限元模型為實體模型，模型要能反映危 險部位具體結(jié)構(gòu)對橋殼應(yīng)力的影響，因此有限元模型要盡量保留原結(jié)構(gòu)的細節(jié)。但為了減少有限元模型節(jié)點數(shù)量、節(jié)約機時、避免不必要的浪費，需要 把 非危險部位的細節(jié)進行結(jié)構(gòu)簡化。 簡化原則： 在保證計算結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下 ， 盡量減少節(jié)點數(shù)量以減少計算量；保持總體結(jié)構(gòu)不變；保留危險部位的細節(jié)結(jié)構(gòu)。 簡化方法： （ 1） 略去不必要的圓角； （ 2） 略去工藝結(jié)構(gòu)； （ 3） 忽略細節(jié)特征，如倒角，不重要區(qū)域的小孔及小尺寸細節(jié)結(jié)構(gòu)等； （ 4） 簡化非危險區(qū)域的小尺寸細節(jié)結(jié)構(gòu)。 驅(qū)動橋殼的簡化 25 本文以新型驅(qū)動橋殼為例，應(yīng)用 Pro/E 軟件建立該驅(qū)動橋殼的幾何模型。根據(jù)驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)形式和工作特點，擬對該橋殼模型進行如下簡化： （ 1） 忽略掉加油口、放油口、固定油管和導(dǎo)線的金屬卡、橋殼中部的開口槽、板簧座處的中心孔等幾何特征； （ 2） 假設(shè)輪轂軸管（半軸套管）和驅(qū)動橋殼是一體的，它與驅(qū)動橋殼是剛性聯(lián)接而不是裝配的； （ 3） 簡化了受力小而又引起截面突變的部分，如忽略了輪轂軸管的臺階及臺階處的過渡倒角和圓角，將半軸套管視為兩段等直徑的套管，忽略掉橋殼兩端軸承座處的臺階； （ 4） 將一些不等厚度的結(jié)構(gòu)假設(shè)為等厚度的，以便于中截面的定位； （ 5） 省略 橋殼后蓋及主減速器對橋殼剛度的影響； （ 6） 略去通氣孔 擋 油罩、加油螺 栓 、放油螺 栓 以及各處螺紋孔。 [13] 驅(qū)動橋橋殼幾何模型的建立 由于本文擬采用實體單元生成驅(qū)動橋殼的有限元模型，所以，建立幾何模型時直接采用實體來建立橋殼的幾何模型。 圖中詳細尺寸請查閱橋殼的零件圖。 以下簡要介紹橋殼建模的創(chuàng)建步驟： （ 1） 打開 Pro/E 軟件，建立一個新的 .part 模型文件， Pro/E 中默認的單位為 mm； （ 2） 使用旋轉(zhuǎn)工具先完成橋殼兩端法蘭盤端； 其中 d=90mm， D=126mm 來源于 17頁的橋殼設(shè)計，總長度來源于所 選車型的軸距，建立過程如圖 。 圖 旋轉(zhuǎn)過程圖 26 （ 3） 利用 Pro/E 軟件中的拉伸功能對橋殼的主 減速器殼 體部分進行繪制 ，此過程的設(shè)計數(shù)據(jù)來源于所選車型的主減速器的外廓尺寸，建立過程如圖 。 圖 旋轉(zhuǎn)過程示意圖 （ 4） 利用拉伸減材料對主體進行減材料處理 過程如圖 。 圖 拉伸減材料過程 （ 5） 旋轉(zhuǎn)減材料處理 ，如圖 。 27 圖 旋轉(zhuǎn)減材料過程 （ 6） 新建面并使用拉伸命令及鏡像工具 進 行最后的繪制 ， 完成圖如 圖 。 圖 生成的橋殼基本模型 （ 7） 保存文件。 并導(dǎo)入 ANSYS 中的模型如 圖 。 圖 ANSYS 模型圖 本章小結(jié) 本章 先對橋殼模型進行了簡化處理 ， 以保證 既要如實反映實際結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)特征和重要力學(xué)特征，又采用盡量少的單元和簡單的單元類型 ， 參考 了 相關(guān) Pro/E 教材對模型進行了繪制 。 并成功導(dǎo)入 ，為以后的分析校核作了充分準(zhǔn)備。 28 第 6 章 驅(qū)動橋殼的有限元分析 本章將利用前面所建立的驅(qū)動橋橋殼的有限元模型及各項汽車參數(shù)，應(yīng)用 ANSYS軟件對它進行多工況的靜力強度分析，通過有限元仿真計算，研究驅(qū)動橋橋殼 的結(jié)構(gòu)性能。 驅(qū)動橋殼的靜力分析 驅(qū)動橋橋殼靜力分析的典型工況 驅(qū)動橋橋殼在車輛行駛中的受力狀況比較復(fù)雜，承受的力主要有垂向力、切向力（牽引力和制動力）和側(cè)向力，這里我們簡化為以下四種典型的工況進行計算： （ 1）橋殼承受最大垂向力工況 此工況為汽車滿載并通過不平路面，受沖擊載荷的工況，這時不考慮側(cè)向力和切向力。此時的橋殼猶如一個空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支承于車輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而沿左、右輪胎的中心線，地面給輪胎以反力 2G /2（雙胎時則沿雙胎的中心），橋殼則承受此力與車輪重力 wg 的差值，既 )2( 2wgG ?。 ?????? ??? wRR gGZZ 22 （ ） 式中， LZ ， RZ 分別為施加在左右鋼板彈簧座上的載荷， 2G 為汽車滿載靜止于水平路面時 驅(qū)動 橋 給地面的載荷為 72471N。 wg =700N。故根據(jù)公式（ ）可得LZ = RZ = ?????? ?700272471 =。 （ 2）橋殼承受最大牽引力工況 此工況為汽車滿載以最大牽引力作直線行駛時的工況，不考慮側(cè)向力，設(shè)地面對后驅(qū)動橋左、右車輪的垂向反作用力為 LZ2 ， RZ2 相等，則 ???????? ????? L hPL LGZZ gaRL m a x122 21 （ ） 式中： Ga—— 汽車滿載靜止于水平地面時給地面的總載荷， Ga=96971N； hg—— 汽車質(zhì)心的高度， hg=； L—— 為汽車的軸距， L=； 1L —— 重心到前軸的距離， 1L =； maxP —— 驅(qū)動 車輪的最大切向反力， maxP = 29 maxeT 為 —— 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 ， maxeT =450N? m。 此時左右驅(qū)動輪除作用有垂向力外，還作用有地面對驅(qū)動車輪的最大切向反作用力（即牽引力），最大牽引力大小為： rTge r iiTF ?01m a xm a x? （ ） 式中： 1gi 為變速器 Ⅰ 檔傳動比為 ； 0i 為驅(qū)動橋主減速比為 ； T? 為傳動系的傳動效率為 ； r 為驅(qū)動車輪的滾動半徑為 。 則根據(jù)（ ）和（ ）我們可以知道地面對后驅(qū)動橋左、右車輪的垂向反作用力為 LZ = RZ = ?????? ??? 1 0 1 6 9 7 121=， 最大牽引力為 NF 1 0 1 m a x ?????。 （ 3）橋殼承受最大制動力工況 此工況為汽車滿載緊急制動時的工況，不考慮側(cè)向力。 設(shè)地面對后驅(qū)動橋左、右車輪的垂向反作用力為 LZ2 ， RZ2 相等，則 ???????? ???? aghLLGZZ gaRL 122 21 （ ） 式中 a 為汽車的制動加速度， ga ? m/s 汽車緊急制動時，左右驅(qū)動車輪除了作用有垂直反力外，還作用有地面對驅(qū)動車輪的制動力，最大制動力大小為： 2/39。2 ?mGF? （ ） 式中， 39。m 為 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 — ；? 為驅(qū)動車輪與路面的附著系數(shù)，計算時取 — 。 計算時兩數(shù)都取 。 則根據(jù)（ ）和（ ）我們可以知道地面對后驅(qū)動橋左、右車輪的垂向反作用力為 LZ = RZ = ?????? ???? 6 9 7 121=， 最大動力 值為： NF ???? 。 （ 4）橋殼承受最大側(cè)向力工況 當(dāng)汽車滿載、高速急轉(zhuǎn)彎時，會產(chǎn)生一個作用 于質(zhì)心處的很大的離心力。汽車也會由于其他原因而承受側(cè)向力。當(dāng)汽車所承受的側(cè)向力達到地面給輪胎的側(cè)向反作用 30 力的最大值即側(cè)向附著力時，汽車處于側(cè)滑的臨界狀態(tài)，側(cè)向力一旦超過側(cè)向附著力，汽車則側(cè)滑。因此汽車驅(qū)動橋的側(cè)滑條件為 ： 12222 ?GYYP RL ??? （ ） 式中： P2—— 驅(qū)動橋所受的側(cè)向力， N； Y2L、 Y2R—— 地面給左、右驅(qū)動車輪的側(cè)向反作用力， N； ? —— 輪胎與地面間的側(cè)向附著系數(shù)，計算是取 ?? . 2G —— 汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷， 2G =96971N。 根據(jù)汽車發(fā)生側(cè)滑時的受力情況，我們可以得出驅(qū)動橋側(cè)滑時左、右驅(qū)動車輪的支承反力為： ???????? ??????????? ?????BhGZBhGZgRgL1221222121?? （ ） 當(dāng)它達到地面給輪胎的側(cè)向 反作用力的最大值即側(cè)向附著力時，汽車處于側(cè)滑的臨界狀態(tài)，側(cè)向力一旦超過側(cè)向附著力，汽車就側(cè)滑。此時驅(qū)動橋的全部載荷有側(cè)滑方向一側(cè)的驅(qū)動車輪承擔(dān)，驅(qū)動橋承受的側(cè)向力為： 12 ???GP （ ） 式中， P為驅(qū)動橋承受的側(cè)向力， N；則將各參數(shù)代入到公式（ ）和（ ）中我們可以求得 左、右驅(qū)動車輪的支承反力為： NBhGZ gL 0 0 1)21( 122 ??? ? NBhGZ gR 64739)21( 122 ??? ? 驅(qū)動橋承受的側(cè)向力 P=72471? 1=72471 N. 載荷與約束的處理 根據(jù)以上的計算方法，結(jié)合驅(qū)動橋橋殼的參數(shù)計算出驅(qū)動橋殼在以上四種工況下的受力狀況，將力直接施加到相應(yīng)的位置，約束方式也是直接施加到相應(yīng)的位置的。約束與載荷情況見下 表 [6]。 表 各工況橋殼的約束情況 工況 約束 施加載荷 最大垂向力 約束橋殼兩端輪距處的節(jié)點三個方向的平動，即將橋殼兩端輪距將垂向力施加在兩側(cè)鋼板彈簧座處的平面上。 31 處固定。 沖擊載荷 約束橋殼兩端輪距處的節(jié)點三個方向的平動，即將橋殼兩端輪距處固定。 將垂向力施加在兩側(cè)鋼板彈簧座處的平面上。 最大牽引力 約束兩側(cè)鋼板彈簧座