【正文】 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)濟價值。有限元分析方法帶來的經(jīng)濟效益十分可觀。通過建立汽車驅(qū)動橋殼的有限元仿真模型，對其進行靜態(tài)分析、模態(tài)分析、疲勞壽命分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以進一步修正模型，使驅(qū)動橋殼在滿足強度、剛度、動態(tài)特性和疲勞壽命等要求的同時，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)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，分析仿真技術(shù)高效率低成本的優(yōu)勢日益凸顯，在汽車設(shè)計中發(fā)揮了重要的作用。這樣設(shè)計出來的驅(qū)動橋殼，往往采用傳統(tǒng)材料，用料多，重量大，結(jié)構(gòu)的靜強度往往很富裕，而可靠性卻沒有把握。目前，國內(nèi)相當(dāng)一部分驅(qū)動橋殼制造商普遍采用力學(xué)簡化計算與經(jīng)驗設(shè)計相結(jié)合的方法對橋殼進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計汽車驅(qū)動橋殼的過程中，最重要的任務(wù)和要求就是在保證驅(qū)動橋殼具有足夠的強度、剛度、動態(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)動橋殼具有足夠的強度、剛度和疲勞壽命。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。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 1 緒論 課題研究的背景和意義驅(qū)動橋殼在汽車上是關(guān)鍵的傳力件和承載件，它與從動橋殼一同支承各總成重量，承受車輪傳來的來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、最大制動力工況和最大側(cè)向力工況等四種典型工況下對橋殼進行了靜力分析,得到橋殼在四種典型工況下的應(yīng)力分布和變形情況；對橋殼進行模態(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；對驅(qū)動橋殼進行了優(yōu)化設(shè)計，在保證橋殼強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、動態(tài)分析及機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論為基礎(chǔ)，以某載貨車的驅(qū)動橋殼為研究對象，綜合運用了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)動橋殼三維建模，有限元分析到輕量化設(shè)計的整個過程。 畢業(yè)論文設(shè)計題目 某載貨車驅(qū)動橋殼的有限元分析 學(xué)生姓名 學(xué) 號 20101044 專業(yè)班級 車輛工程102班 指導(dǎo)教師 院系名稱 機械與汽車工程學(xué)院 2014年6月3日 目 錄摘要 1Abstract 21緒論 2 課題研究的背景和意義 3 橋殼有限元分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 4 橋殼輕量化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5 62 驅(qū)動橋殼的相關(guān)介紹及力學(xué)計算 7 7 驅(qū)動橋殼的受力計算 8 9 10 11 11 123 驅(qū)動橋殼幾何模型與有限元模型的建立 13 驅(qū)動橋殼幾何模型的建立 13 有限元分析方法 15 有限元分析簡介 15 有限元分析在汽車設(shè)計中的應(yīng)用 17 ANSYS簡介 18 ANSYS中建立橋殼的有限元模型 194 驅(qū)動橋殼的靜力分析 23 23 23 24 25 26 275驅(qū)動橋殼的模態(tài)分析 28 28 29 31 346驅(qū)動橋殼的輕量化設(shè)計 34 35 35 35 36 377總結(jié)與展望 38 38 38謝辭 39[參考文獻] 40 某載貨車驅(qū)動橋殼有限元分析摘要：汽車驅(qū)動橋殼是汽車上的關(guān)鍵部件之一,不僅是承載件與傳力件,同時也是主減速器、差速器及半軸等裝置的外殼。汽車驅(qū)動橋殼必須具有足夠的強度、剛度、動態(tài)特性和疲勞壽命。首先建立了驅(qū)動橋殼的三維簡化模型和有限元模型。 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 Abstract :Automobile drive axle shell is one of the key ponents of the not only serves as the loadbearing and forcetransmitting part,but also the crust of the main reducer,differential,driving half shaft and some other drive axle shell must have enough strength, stiffness, dynamic characteristics and fatigue on the theories of FEM static analysis,modal analysis and mechanical structure optimization,this thesis pleted the the whole process from threedimensional modeling, finite element analysis to the lightweight design of the drive axle shell by using CAD 、CATIA and ANSYS。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)起到了保護作用。驅(qū)動橋殼的設(shè)計和生產(chǎn)質(zhì)量直接關(guān)系到到整個車輛的使用性能[1]。另外，合理地設(shè)計驅(qū)動橋殼，不僅可以提高材料利用率，降低成本，改善車輛的燃油經(jīng)濟性，還能有效提高汽車的平順性和舒適性。汽車行駛條件復(fù)雜，工作環(huán)境多變，設(shè)計和生產(chǎn)驅(qū)動橋殼涉及到包括材料、力學(xué)、工藝和試驗等多個學(xué)科在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域[2]。同時，使用整車道路行駛試驗、臺架試驗等各種實驗方法來校核其應(yīng)力、變形量和疲勞壽命是否滿足要求。這導(dǎo)致車輛的材料成本增加，油耗高，排放污染嚴(yán)重，綜合使用性能差，與安全、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展方向背道而馳。ANSYS、Hypermesh等各種有限元分析軟件成為了CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用的工具。運用有限元分析軟件（如ANSYS軟件）對驅(qū)動橋殼進行分析，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時實現(xiàn)輕量化。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]。同時，隨著油氣資源趨于枯竭，環(huán)境污染問題日益突出，節(jié)能減排越來越受到全社會的重視。汽車輕量化是節(jié)能環(huán)保的有效措施，而作為載貨車重要構(gòu)件的驅(qū)動橋殼的輕量化設(shè)計更是研究的重點。 橋殼有限元分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 過去國內(nèi)為考核橋殼的強度和剛度，主要方法是對橋殼進行臺架試驗和整車行駛試驗，或者使用電測法，在汽車滿載行駛于典型路面上時測定橋殼的應(yīng)力[6]。有限元法是一種新興的結(jié)構(gòu)計算方法。在日本，汽車驅(qū)動橋殼的強度分析也較早地使用了有限元分析方法。借助以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代設(shè)計方法使驅(qū)動橋殼設(shè)計更豐富合理。,把三維模型導(dǎo)入HyperMesh中進行了預(yù)處理；在ANSYS中建立了橋殼的載荷和邊界條件，在四種典型工況下對橋殼進行了應(yīng)力分析；在HyperMesh中對橋殼進行了模態(tài)分析，獲取了其基本的動態(tài)特性；,得到了其疲勞特征。并對橋殼進行了厚度不變的拓?fù)鋬?yōu)化,然后對橋殼進行了自由尺寸優(yōu)化,通過局部補強的方法使得橋殼的性能達到了設(shè)計要求,最后確定了設(shè)計方案。汽車輕量化的基本指導(dǎo)思想是在穩(wěn)步提高汽車性能的條件下，節(jié)能化設(shè)計各總成零部件，持續(xù)優(yōu)化各車型[9]。汽車輕量化的主要途徑是[10]：①在保證規(guī)格主參數(shù)尺寸基本不變的前提下，持續(xù)優(yōu)化主流規(guī)格車型，不斷提升整車結(jié)構(gòu)強度，降低材料消耗；②采用輕質(zhì)材料。如采用有限元分析方法等；④采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。驅(qū)動橋殼質(zhì)量占整車質(zhì)量的比重較大，驅(qū)動橋殼