【導(dǎo)讀】由于驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車的重要部件，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。本論文首先利用Unigraphics軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行合理地三維建模，然后將其以Parasolid的格式導(dǎo)入ANSYS軟件并以靜、動(dòng)態(tài)分析理論為基礎(chǔ)做有限元分析，得出橋殼在三種典型工況下的應(yīng)力分布和變形結(jié)果以及在自由狀態(tài)下的14階固有頻率和振型。通過對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的力分析，找到了驅(qū)動(dòng)橋殼最大應(yīng)力和最容易引起斷裂的部位。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)橋殼斷裂問題。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。目前，汽車每年的石油消耗量約占世界每年石油產(chǎn)量的一半以上。隨著汽車保有量的增加，能源問題、公害問題、安全問題己成為汽車工業(yè)面臨的三大問題

　　

【正文】 陣的求解問題，例如流體結(jié)構(gòu)相同作用的情況。本設(shè)計(jì)采用分塊法，進(jìn)行自由模態(tài)分析，來(lái)確定該橋殼的固有頻率和振型。： 十四階各固有頻率從上圖中可以看到，前六階固有頻率為0或幾乎為0，所以前六階為剛體模態(tài)。 第七階固有頻率及位移云圖第七階模態(tài)振型， Hz。第七階模態(tài)主要是沿Z的正方向垂直彎曲振動(dòng)，和臺(tái)架垂直彎曲試驗(yàn)的彎曲方向一致，同時(shí)也比較接近汽車在正常使用中的受載工況。 第八階頻率及位移云圖第八階模態(tài)振型， Hz。第八階模態(tài)振型表現(xiàn)為橋沿Y軸方向上下彎曲振動(dòng)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。 第九階固有頻率及位移云圖第九階模態(tài)振型， Hz。第九階模態(tài)振型表現(xiàn)為橋殼繞Y軸的扭動(dòng)，和臺(tái)架試驗(yàn)的振動(dòng)方向一致。 第十階固有頻率及位移云圖第十階模態(tài)振型。其模態(tài)振型表現(xiàn)為橋殼沿X軸向方向左右的拉伸振動(dòng)，和臺(tái)架試驗(yàn)的振動(dòng)方向一致。 第十一階固有頻率及位移云圖第十一階模態(tài)振型。其模態(tài)振型表現(xiàn)為橋殼沿Z軸向方向前后扭動(dòng)，和彎曲試驗(yàn)的振動(dòng)方向一致。 第十二階固有頻率及位移云圖第十二階模態(tài)振型，其模態(tài)振型表現(xiàn)為沿X軸的扭轉(zhuǎn)，和臺(tái)架試驗(yàn)的振動(dòng)方向一致。 第十三階固有頻率及位移云圖第十三階模態(tài)振型，固有頻率為1374Hz，其模態(tài)振型表現(xiàn)為沿Z軸的彎曲和X軸的壓縮的疊加振動(dòng)，和臺(tái)架試驗(yàn)的振動(dòng)方向一致。 第十四階固有頻率及位移云圖第十四階模態(tài)振型，在垂直Z軸的平面內(nèi)扭動(dòng)和Y向的上下彎曲，也和臺(tái)架試驗(yàn)的振動(dòng)方向一致。由于汽車在正常行駛中振動(dòng)系統(tǒng)主要承受050Hz的頻率振動(dòng)，該系列橋殼在第一階模態(tài)中，已經(jīng)遠(yuǎn)大于50Hz，說(shuō)明該系列橋殼理論不會(huì)和路面激振有發(fā)生共振。而其他模態(tài)的固有頻率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于50Hz更不會(huì)引起橋殼共振，并以上都與臺(tái)架試驗(yàn)的振動(dòng)方向一致。 本章小結(jié)本章的模態(tài)分析是用來(lái)確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性的一種技術(shù)，通過它可以得到固有頻率和振型等振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。固有頻率表明在哪幾階頻率下會(huì)產(chǎn)生共振，固有振型則表明在各階頻率下結(jié)構(gòu)的相對(duì)變形，它們是進(jìn)行各項(xiàng)動(dòng)力分析的前提和基礎(chǔ)，為振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)以及故障診斷提供了依據(jù)，是該系列橋殼做動(dòng)態(tài)分析必不可少的前提。通過對(duì)固有頻率的分析發(fā)現(xiàn)對(duì)于橋殼理論上不會(huì)在汽車正常行駛過程中和路面激振發(fā)生共振，橋殼設(shè)計(jì)的比較合理。當(dāng)然我們進(jìn)行的約束模態(tài)計(jì)算是采取了臺(tái)架試驗(yàn)中的約束情況，而真實(shí)的汽車行駛時(shí)的橋殼工況比較復(fù)雜，包括與后懸掛系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等多系統(tǒng)綜合力系的作用，所以建議應(yīng)對(duì)整個(gè)后懸掛進(jìn)行模態(tài)有限元計(jì)算。第七章 全文總結(jié)本文主要對(duì)某中型商用車整體式后橋橋殼的靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行分析和研究。在利用UG軟件建立三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，使用有限元軟件ANSYS對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度計(jì)算以及自由條件下的模態(tài)分析，獲得橋殼的靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)橋殼進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，為橋殼設(shè)計(jì)提供一些的建議和改進(jìn)措施。全文主要工作如下：1．三維實(shí)體造型：依照結(jié)構(gòu)CAD圖紙，在UG軟件中建立橋殼的三維實(shí)體模型。2．有限元分析：主要完成了橋殼的強(qiáng)度計(jì)算和自由條件下的模態(tài)分析。將UG模型導(dǎo)入ANSYS中，進(jìn)行有限元模型的建立、邊界條件的確定、載荷計(jì)算是強(qiáng)度分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行最大鉛垂力工況、最大牽引力工況、最大制動(dòng)力工況和最大側(cè)向力工況四種典型工況的強(qiáng)度計(jì)算，找到結(jié)構(gòu)易于發(fā)生破壞的薄弱環(huán)節(jié)，并對(duì)橋殼進(jìn)行自由工況的模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)前14階固有頻率和相應(yīng)的振型模態(tài)，發(fā)現(xiàn)橋殼的振動(dòng)規(guī)律。3．建議改進(jìn)方案：由分析結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，但橋殼結(jié)構(gòu)上的半軸套管處內(nèi)軸承位置應(yīng)力較大。建議適當(dāng)加粗其截面尺寸或使用屈服強(qiáng)度更高的材料。月牙口出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)斷裂。建議制造時(shí)從工藝流程改進(jìn)，采用弧線過渡，消除應(yīng)力集中。加強(qiáng)圈處相對(duì)變形稍大，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)通過適當(dāng)加厚加寬來(lái)減少變形。橋殼后蓋、半軸套管內(nèi)端直徑漸變處和鋼板彈簧座附近應(yīng)力值和變形均不大，可以在保證足夠的強(qiáng)度和剛度條件下，適當(dāng)縮小部分尺寸，以減小橋殼質(zhì)量。致 謝本設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師文少波老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的工作中無(wú)不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，特別是對(duì)ANSYS軟件的運(yùn)用，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、系領(lǐng)導(dǎo)和汽車教研室老師的熱情關(guān)心和幫助。在日常學(xué)習(xí)和生活中，我的同學(xué)和朋友都給予了我很大幫助。特別是謝峰，丁盛同學(xué)在本課題上給予了本人很寶貴的意見，在此致以深深地謝意。我也要感謝我的父母和親人，他們?cè)谖疫@么多年學(xué)業(yè)中給了我莫大的鼓勵(lì)、關(guān)愛和支持。最后，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意，并衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱我的設(shè)計(jì)和參加答辯的各位老師! 趙 張 鋒 2011 年6 月 參 考 文 獻(xiàn)[1] 陳家瑞．汽車構(gòu)造 [M] (第三版）（下冊(cè)）．北京：機(jī)械工業(yè)出 版社，2009．[2] 梁玲，張浩．UGNX6 基礎(chǔ)教程[M] ．北京：清華大學(xué)出版社，2009.[3] 王望予．汽車設(shè)計(jì)[M]（第四版）．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[4] 余志生．汽車?yán)碚揫M] （第五版）．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.[5]康淵，陳信潔．Ansys入門[M] （第三版）．北京：中國(guó)電力出 版社，2007.[6] 張朝暉． 結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實(shí)例解析[M] （第二版）．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008[7] 王錦俞．英漢汽車工程詞典[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.[8] 龍馭球．有限元法概論[M]．北京：人民教育出版社，1979.[9] 鄭燕萍．汽車驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元?jiǎng)討B(tài)分析[J]．林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2005,32(5)：2225 [10] 盛宏玉．結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)[M]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005.[11] 王斌．汽車驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與模態(tài)的有限元法分析[J]．合肥工業(yè)大學(xué)，2007,16(4):15[12] YANG Zhao hui, WANG Feng yuan, MA Hao. Analysis on the Truck Dr ive Axle Housing with the Finite Element Simulation[J]. AGRICULTURAL EQUIPMENT amp。 VEHICLE ENGINEERING,2006,10:1921[13] 宋勇． [M]．北京：清華大學(xué)出版社，2004.[14] 譚繼錦．汽車有限元法[M]．北京：人民交通出版社，2005. [15] 薛風(fēng)先．[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[16] 王星，王國(guó)瑩．汽車驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)的有限元分析[J] ．北京汽車，2007,5（5）：57[17] 楊波羅，金橋．基于ANSYS汽車驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析[J] ．機(jī)械研究與應(yīng)用， 2005,12(6)：9091[18] 石光林，[J].廣西輕工業(yè)，2008，6（6）：4748[19] 姜武華， 某個(gè)重型商用車驅(qū)動(dòng)橋殼有限元分析[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用，2007,11（3）：3840[20] 劉維信．汽車設(shè)計(jì)[M] ．北京：清華大學(xué)出版社，2007，27540附錄A：英文資料附錄B：英文資料翻譯為開發(fā)車輛質(zhì)量在線估計(jì)系統(tǒng)的試驗(yàn)評(píng)價(jià)KJ Han1,IK Kim1，H Y Jo2,and KS Huh1*1. 韓國(guó)漢城漢陽(yáng)大學(xué)的機(jī)械工程學(xué)院2. 韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司京畿道南陽(yáng)研發(fā)中心在2008年8月18日收到稿件，并在2008年11月11日公布接受修訂后的件。分類號(hào)：10,1243/09544070JAUTO991摘要：由于主動(dòng)底盤控制器也日趨復(fù)雜和精密，這些控制器的性能對(duì)汽車的慣性參數(shù)是非常敏感的，如車輛質(zhì)量，質(zhì)心高度。此外，這些參數(shù)會(huì)隨乘客的數(shù)量和不同負(fù)載情況不同而不斷變化。在本文中，為了確定任意機(jī)動(dòng)車在運(yùn)行過程中的輛車輛質(zhì)量，網(wǎng)上評(píng)價(jià)體系，提出值得考慮的駕駛條件，其中包括兩個(gè)估計(jì)算法。一個(gè)是基于在干擾觀測(cè)技術(shù)方法下用來(lái)估計(jì)的車輛縱向運(yùn)動(dòng)的遞歸最小二乘法。另一個(gè)是基于通過估算橫向速度下汽車的橫向運(yùn)動(dòng)的方法。然后，把這兩個(gè)估計(jì)算法相結(jié)合，使用遞歸最小二乘方法提取車輛質(zhì)量信息。被推薦中的評(píng)估系統(tǒng)的性能是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明的。關(guān)鍵詞：汽車質(zhì)量，汽車動(dòng)力學(xué)，評(píng)估，實(shí)驗(yàn)1. 介紹機(jī)箱控制器[1]的性能，如電子穩(wěn)定控制和主動(dòng)翻覆預(yù)防是非常敏感的，包括車輛的質(zhì)量，質(zhì)心高度的車輛的慣性參數(shù)[2,3]，這些慣性參數(shù)會(huì)隨著乘客數(shù)量或載荷的不同而發(fā)生變化。特別是在運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（SUVs），它們的參數(shù)會(huì)隨著車頂?shù)呢?fù)荷而顯著改變并會(huì)影響到汽車的過渡傾向。調(diào)整現(xiàn)有控制器具有的最壞情況下的控制參數(shù)，以此能顯著降低處理性能。在汽車的慣性參數(shù)，如車輛的質(zhì)量，質(zhì)心高度估計(jì)方法已在相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[411]。例如，Bae 等人。[6] 車輛行駛的道路的坡度從全球定位系統(tǒng)（GPS）的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的，再以縱向動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)來(lái)估計(jì)車輛的質(zhì)量和氣動(dòng)阻力系數(shù)。Vahidi 等。[7]使用順序遞推最小二乘法多遺留的因素來(lái)估計(jì)車輛的質(zhì)量和時(shí)間變化的公路等級(jí)。Wenzel等提出用四自由度車輛模型相結(jié)合使用來(lái)擴(kuò)展卡爾曼濾波技術(shù)來(lái)估計(jì)車輛狀態(tài)和慣性參數(shù)[9]。 介紹了一種自適式觀測(cè)器并利用四分之一的汽車縱向動(dòng)力學(xué)來(lái)估計(jì)車輛的簧載質(zhì)量 [10]。朱等人提出了遞推最小二乘算法在線估計(jì)汽車質(zhì)量和氣動(dòng)系數(shù)[11]。盡管上面的方法可以估算出車輛的質(zhì)量，但他們需要一個(gè)具體的進(jìn)行方案或一個(gè)復(fù)雜的車型，這樣會(huì)往往導(dǎo)致在執(zhí)行時(shí)自我的限制。例如，具有縱向動(dòng)力學(xué)模型的估計(jì)法只更新了在駕駛車輛的條件下的汽車質(zhì)量，而沒有轉(zhuǎn)向質(zhì)量估計(jì)算法。該擴(kuò)展卡爾曼濾波與組合使用車輛模型可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算負(fù)擔(dān)，并使其難以實(shí)時(shí)計(jì)算。在這項(xiàng)研究中，對(duì)車輛質(zhì)量在線和簡(jiǎn)單的估算系統(tǒng)的開發(fā)，使它可以應(yīng)用于在各種條件下的駕駛。擬議的車輛質(zhì)量評(píng)價(jià)體系包括兩個(gè)分別基于車輛的縱向和橫向運(yùn)動(dòng)的估計(jì)算法。在縱向運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上的第一個(gè)算法利用干擾觀測(cè)技術(shù)來(lái)提高對(duì)干擾的魯棒性遞推最小二乘法。第二種算法是基于橫向運(yùn)動(dòng)橫向質(zhì)量計(jì)算車輛使用橫向速度的估計(jì)。最后，這兩種算法相結(jié)合，再使用遞歸最小二乘方法提取車輛質(zhì)量信息。本節(jié)介紹了車輛質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了車輛的縱向和橫向運(yùn)動(dòng)兩種估計(jì)算法，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合提取的最佳車輛在各種駕駛狀況質(zhì)量信息。圖1顯示了該車輛的質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。汽車模型縱向動(dòng)力學(xué)橫向動(dòng)力學(xué) 技術(shù)方法帶擾動(dòng)觀測(cè)RLS卡爾曼濾波的RLS。統(tǒng)一的車輛質(zhì)量評(píng)估 圖1 車輛質(zhì)量在線估計(jì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)基于汽車縱向運(yùn)動(dòng)的車輛質(zhì)量評(píng)估算法是在車輛不具有轉(zhuǎn)向加速的條件下產(chǎn)生的。縱向運(yùn)動(dòng)可以用以下公式來(lái)描述 max=Fx － Faero － Frolling －Fgrade (1)縱向的力Fx可以從以下公式中的扭矩變流器的特性中的到。 Fx= (2)空氣動(dòng)力反作用力Faero根據(jù)以下公式可以用Cdf的整個(gè)參數(shù)來(lái)表達(dá)Faero= (3) 旋轉(zhuǎn)反力Frolling和地面級(jí)別的影響力Fgrade可以由以下公式求得F=rollingmg cosroad (4)Fgrade=mg sinroad (5)將等式(3)至(5)代入式(1)后，并考慮到由于俯仰運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的加速度計(jì)信號(hào)偏移，使的縱向運(yùn)動(dòng)可以回歸形式以體現(xiàn)。y=T (6)和y=Fx (7) T= [ax－g sinroad g ] (8) = (9)參數(shù)向量包括車輛質(zhì)量，也可使用測(cè)量向量并輸出y來(lái)估計(jì)?？v向力可以通過計(jì)算公式(2)，如該渦輪液力變矩器泵的縱向力可從扭矩和扭矩比獲得。該泵扭矩可使用性能系數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)近似。性能系數(shù)可以使用泵和渦輪轉(zhuǎn)速比的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算?？蓽y(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可從控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)的消息得到。公路等級(jí)也可從方程(9)來(lái)估計(jì)，但它的估算的給出不太有力。在低滑范圍內(nèi)的縱向速度Vx可近似為自由滾動(dòng)的車輪的速度。在前輪驅(qū)動(dòng)車的情況下，可測(cè)后輪速度從來(lái)自CAN