【正文】 究方面也做了大量工作。對(duì)橋殼進(jìn) 行輕量化設(shè)計(jì)，一個(gè)很重要的方法就是采用 CAE 技術(shù)，在對(duì)橋殼進(jìn)行靜力分析，動(dòng)態(tài)分析以及疲勞分析。其中，當(dāng)前主要的汽車輕量化措施是采用輕質(zhì) 材料 。如鋁、 塑料 、 陶瓷 、 玻璃纖維 或 碳纖維復(fù)合材料 等；③采用計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。有實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。 橋殼輕量化國(guó)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(dòng)力性 ，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，降低 排氣污染 。根據(jù)可靠性優(yōu)化的基本理論 ,對(duì)橋殼的關(guān)鍵部位進(jìn)行了可靠性優(yōu)化，將橋殼本體的鋼板厚度減至10mm。 南京理工大學(xué)的孫忠云 [8]在其碩士畢業(yè)論文中進(jìn)行了基于可靠性優(yōu)化的汽車驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)研究。 國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)很多利用有限元分析軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼模型并進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算的例子。在國(guó)外，上世紀(jì)七十年代前后 ,有限元法就逐漸地應(yīng)用于汽車零部件的開發(fā)和設(shè)計(jì)工作中 [7]。但是這種試驗(yàn)的方法只有在生產(chǎn)出橋殼樣品時(shí)才可使用，具有相當(dāng)?shù)拿つ啃院途窒扌?。運(yùn)用有限元分析軟件（如 ANSYS軟件）對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行分析，可使驅(qū)動(dòng)橋殼在滿足強(qiáng)度、剛度、動(dòng)態(tài)特性和疲勞壽命等要求的同時(shí)， 最大限度的減輕重量。降低燃油消耗，減少?gòu)U氣排放成為汽車工業(yè)研究的熱點(diǎn) [5]。這不僅能夠解決企業(yè)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，為企業(yè)對(duì)其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和優(yōu)化改造提供實(shí) 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(jì)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(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。有限元分析方法帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。通過(guò)建立汽車驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元仿真模型，對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)分析、模態(tài)分析、疲勞壽命分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以進(jìn) 一步修正模型，使驅(qū)動(dòng)橋殼在滿足強(qiáng)度、剛度、動(dòng)態(tài)特性和疲勞壽命等要求的同時(shí)，最大限度的減輕重量，減少材料消耗 [3]。 隨著汽車工業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，分析仿真技術(shù)高效率低成本的優(yōu)勢(shì)日益凸顯，在汽車設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的驅(qū)動(dòng)橋殼，往往采用傳統(tǒng)材料，用料多，重量大，結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度往往很富裕，而可靠性卻沒(méi)有把握。目前，國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分驅(qū)動(dòng)橋殼制造商普遍采用力學(xué)簡(jiǎn)化計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法對(duì)橋殼進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)汽車驅(qū)動(dòng)橋殼的過(guò)程中，最重要的任務(wù)和要求就是在保證驅(qū)動(dòng)橋殼具有足夠的強(qiáng)度、剛度、動(dòng)態(tài)特性和疲勞壽命的情況下，采用合理的結(jié)構(gòu)，減輕驅(qū)動(dòng)橋殼的重量，提高材料的利用效率，減少材料的消耗。因此，必須要求汽車驅(qū)動(dòng)橋殼具有足夠的強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命。汽車驅(qū)動(dòng)橋殼使用頻率很高，使用工況復(fù)雜，故障率較高。 Firstly， the simplified threedimensional model and finite element model of the drive axle shell were the stress distribution and deformation in four typical loading cases were obtained in the static analysis,in which the drive axle shell worked in the conditions of the maximum vertical force,the maximum traction force,the maximum braking force and the maximum lateral modal analysis was also performed , the 1th to 12th natural frequencies under the free condition and 1th to 6th natural frequencies under the constraint condition were ,in order to reduce the consumption of material,the design of the drive axle shell was optimized on the condition that its strength and stiffness were qualified. Keywords： drive axle shell； FEM； static analysis； modal analysis； lightweight 3 1 緒 論 課題研究的背景和意義 驅(qū)動(dòng)橋殼在汽車上是關(guān)鍵的傳力件和承載件，它與從動(dòng)橋殼一同支承各總成重量，承受車輪傳來(lái)的來(lái)自路面的反作用力和力矩。然后在最大垂向力工況、最大牽引力工況、最大制動(dòng)力工況和最大側(cè)向力工況等四種典型工況下對(duì)橋殼進(jìn)行了靜力分析 ,得到橋殼在四種典型工況下的應(yīng)力分布和變形情況；對(duì)橋殼進(jìn)行模態(tài)分析 ,得到橋殼在自由狀態(tài)下的前 12 階固有頻率和振型及在約束狀態(tài)下的前 6 階固有頻率和振型；對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證橋殼強(qiáng)度和剛度合格的條件下減少了材料的用量。本文以有限元靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析及機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，以某載貨車的驅(qū)動(dòng)橋殼為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用了 CAD、CATIA 等工程繪圖軟件和 ANSYS 等有限元分析軟件，完成了從驅(qū)動(dòng)橋殼三維建模，有限元分析到輕量化設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。 畢業(yè)論文 2022 年 6 月 3 日 設(shè)計(jì)題目 某載貨車驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 20221044 專業(yè)班級(jí) 車輛工程 102 班 指導(dǎo)教師 院系名 稱 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 目 錄 摘要 ............................................................... 1 Abstract .......................................................... 2 1緒論 .............................................................. 2 課題研究的背景和意義 ........................................ 3 橋殼有限元分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................ 4 ............................. 4 橋殼輕量化國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................. 5 .......................................... 6 2 驅(qū)動(dòng)橋殼的相關(guān)介紹及力學(xué)計(jì)算 ..................................... 7 ................................................ 7 驅(qū)動(dòng)橋殼的受力計(jì)算 .......................................... 8 ......................................... 9 ........................................ 10 ........................................ 11 ........................................ 11 ................................................... 12 3 驅(qū)動(dòng)橋殼幾何模型與有限元模型的建立 .............................. 13 驅(qū)動(dòng)橋殼幾何模型的建立 ..................................... 13 有限元分析方法 ............................................. 16 有限元分析簡(jiǎn)介 ....................................... 16 有限元分析在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ......................... 18 ANSYS 簡(jiǎn)介 ............................................ 19 ANSYS中建立橋殼的有限元模型 ............................... 20 4 驅(qū)動(dòng)橋殼的靜力分析 .............................................. 23 ................................... 24 況 ........................................ 24 ........................................ 25 ........................................ 26 ........................................ 27 ................................................... 28 5驅(qū)動(dòng)橋殼的模態(tài)分析 ............................................... 29 .............................................. 29 ..................................... 30 析 ..................................... 32 ................................................... 35 6驅(qū)動(dòng)橋殼的輕量化設(shè)計(jì) ............................................. 35 ........................................... 36 ..................................... 36 .................................. 36 .................................. 37 ................................................... 38 7總結(jié)與展望 ....................................................... 39 ............................................. 39 ............................................... 39 謝辭 .............................................................. 40 [參考文獻(xiàn) ] ........................................................ 40 1 某載貨車驅(qū)動(dòng)橋殼有限元分析 摘要 ： 汽車驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車上的關(guān)鍵部件之一 ,不僅是承載件與傳力件 ,同時(shí)也是主減速器、差速器及半軸等裝置的外殼。汽車驅(qū)動(dòng)橋殼必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度、動(dòng)態(tài)特性和疲勞壽命。首先建立了驅(qū)動(dòng)橋殼的三維簡(jiǎn)化模型和有限元 模型。 關(guān)鍵詞 ： 驅(qū)動(dòng)橋殼；有限元；靜力分析；動(dòng)態(tài)分析；輕量化 2 Finite Element Analysis of Vehicle Drive Axle Shell Abst