【正文】 章 驅(qū)動橋殼靜力分析汽車驅(qū)動橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，其形狀復(fù)雜，而且汽車的行駛條件如道路情況、氣候條件及車輛的運動狀態(tài)等又是千變?nèi)f化的，因此要精確地計算汽車行駛時作用于橋殼各處應(yīng)力的大小是很困難的。這些方法都是在橋殼有樣品的情況下才能采用，而且還都需要付出相當(dāng)大的人力、物力和時間。強度是指構(gòu)件或零部件在確定外力作用下，不發(fā)生破裂或過量塑性變形，即構(gòu)件或零件抵抗破壞的能力。機械零件在工作時，不容許出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂或者塑性變形，也不允許發(fā)生表面損壞。零件強度分體積強度和面積強度。后者是指擠壓、接觸等涉及零件表面層的強度。靜強度是指靜力時的強度；動強度是指動載荷作用下的強度。汽車在行駛過程中，受到的載荷情況是比較復(fù)雜的，其中彎曲和扭轉(zhuǎn)對驅(qū)動橋殼的壽命影響很大。 靜力分析典型工況 驅(qū)動橋殼在行駛中受力情況比較復(fù)雜，承受的力主要有垂直力、切向力（牽引力和制動力）和側(cè)向力。只要在這幾種載荷計算工況下橋殼的強度得到保證，就認(rèn)為橋殼在汽車各種行駛條件下是可靠的。此時不考慮側(cè)向力和切向力，載荷均勻施加在兩個鋼板彈簧座上面。此時左右驅(qū)動輪除作用有垂向反作用力外，還作用有地面對驅(qū)動輪的最大切向反作用力。3）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，即側(cè)向力。側(cè)向力一旦超過側(cè)向附著力，汽車就會發(fā)生側(cè)滑。側(cè)翻工況時驅(qū)動橋的全部載荷由外側(cè)車輪承擔(dān)。 幾何模型導(dǎo)入 在將UG軟件中建模生成的驅(qū)動橋殼CAD模型導(dǎo)入到ANSYS的過程中，由于兩個軟件之間存在數(shù)據(jù)交換差異，免不了會產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，以至于幾何特征缺失的情況。將UG幾何模型以IGES的格式導(dǎo)出保存，IGES信息保留較完整，減少了模型的修復(fù)工作，為有限元模型的建立提供更好的基礎(chǔ)。圖 Ansys中的幾何模型 ，密度7800kg/m3GUI: Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models,出現(xiàn)Define Material Model Behavior窗口，依此雙擊StructuralLinearElastic，雙擊Isotropic，單擊OK。采用的是“Tet Dominant”，即四面體網(wǎng)格劃分的方法，采用智能劃分方法，smart size選擇8。劃分成功，共生成42744個節(jié)點，81808個單元，如圖。兩端半軸套管施加約束。分別將載荷加載到兩板簧座表面。約束左側(cè)半軸套管三個方向自由度，右側(cè)Y和Z方向自由度。右側(cè)約束同理，但是在對話框中選擇UY，UZ。圖 圖 求解 GUI:：Main MenuSolutionSolveCurrent LS,對當(dāng)前載荷進(jìn)行求解，完成后，出現(xiàn)文本框，單擊close完成求解。這是因為約束位置在兩端半軸套管，載荷加在中間鋼板彈簧座上，使得橋殼中段結(jié)構(gòu)以半軸套管為中心向下發(fā)生變形，從而造成中間位置變形量較大。因此可以看出，該型橋殼的每米輪距變形量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，其彎曲剛度滿足要求。最大應(yīng)力值出現(xiàn)在半軸套管靠近鋼板彈簧座區(qū)域，其值為547MPa。并且在臺階處出現(xiàn)了材料厚度的變化，造成了其附近較薄區(qū)域的應(yīng)力相對比較大。但是，從驅(qū)動橋殼整體的應(yīng)力分布情況來看，各處的應(yīng)力均值小于材料的許用應(yīng)力值，分布也比較符合實際的加載和約束情況。此時主要考慮橋殼承受的垂直力和輪胎切向最大牽引力。根據(jù)式（），由,。約束左右側(cè)板簧座三個方向自由度，左側(cè)Y和Z方向自由度。最大應(yīng)力點出現(xiàn)在鋼板彈簧座外側(cè)尖角處。對于這種個別點的應(yīng)力奇異，在有限元分析中可以通過“不選擇該區(qū)域”的方式，消除應(yīng)力奇異帶來的不良影響。此工況下，載荷通過作用力偏置距離為輪胎半徑的方式加在側(cè)滑端半軸套管上（水平方向為沿X軸的橫向力），仍然約束鋼板彈簧座。另外，從局部應(yīng)力圖可以看出，在橋殼中央及過渡圓弧區(qū)域應(yīng)力也較大，在218327MPa間。實際工作狀態(tài)中，由于輪胎彈性，汽車行駛過程中產(chǎn)生這種極限情況的可能性很小。觀察應(yīng)力圖，橋殼在鋼板彈簧座附近、半軸套管與橋殼連接及圓弧過渡處應(yīng)力相對集中，在橋殼設(shè)計中，應(yīng)該考慮這幾個部位的設(shè)計要求。因此研究驅(qū)動橋殼是驅(qū)動橋設(shè)計的重要研究項目，也是研究汽車傳動系振動、噪聲控制和故障診斷的基礎(chǔ)。模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)的振動特性的一種方法，通過它可以得到固有頻率和振型等系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。模態(tài)分析的應(yīng)用可歸結(jié)為以下幾個方面：（1）評價現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)特性 通過對結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，求得結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)參數(shù)，從而評價結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性是否符合要求，并檢驗理論計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。（5）識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的載荷 模態(tài)分析理論 橋殼的實際構(gòu)件是一個自由度無限多的系統(tǒng)。因此，橋殼就由無限多自由度系統(tǒng)變成有限多自由度系統(tǒng)。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析時，要求解的是機體的固有頻率和振型參數(shù)，固有頻率和外載荷無關(guān)，結(jié)構(gòu)阻尼對固有頻率影響很小。在自由振動時，結(jié)構(gòu)中各節(jié)點的振幅不可能全為零，因而式（）必有其系數(shù)行列式為零。劃分后，共有單元數(shù)42638，節(jié)點數(shù)81511，其模型圖。創(chuàng)建材料屬性時，模態(tài)分析與靜力分析的一個區(qū)別是模態(tài)分析要求輸入材料密度，靜力分析只有在需要考慮結(jié)構(gòu)自重的影響時才輸入材料的密度。GUI: SolutionAnalysis TypeNew analysis，出現(xiàn)對話框，選擇Modal。前三階頻率為零，3至6階，接近零。所以第七階模態(tài)頻率對應(yīng)的模態(tài)為實際的第一階模態(tài)，后面的依此類推。通常，路面不平度汽車振動的基本輸入，～25Hz[18]。 本章小結(jié)本章對橋殼有限元模型在自由狀態(tài)下的固有頻率進(jìn)行了分析，得出對應(yīng)的結(jié)構(gòu)振型圖。汽車振動系統(tǒng)承受路面作用的激勵多為0~50Hz的垂直振動，本文研究的驅(qū)動橋殼前幾階模態(tài)固有頻率不在此范圍內(nèi)，因此不會由路面激勵引起橋殼的共振，橋殼結(jié)構(gòu)設(shè)計比較合理。本論文的主要研究工作總結(jié)為以下幾點：1）詳細(xì)地介紹了大型CAD/CAM/CAE集成軟件UG的主要功能和模塊，并通過橋殼建模過程了解CAD建模的一些基本思路。在保證其工作性能的條件下，建模時可以適當(dāng)?shù)貏h除一些非重要結(jié)構(gòu)。這樣既能夠簡化建模過程，又為下一階段的模型分析奠定了很好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。這方面的經(jīng)驗還不夠充足，有待在將來的學(xué)習(xí)工作中積累。在課題的完成過程中，嘗試了多種方法來導(dǎo)入CAD模型，包括直接導(dǎo)入“*.prt”。通過實踐表明，對于經(jīng)典ANSYS版本，后者導(dǎo)入模型信息丟失比較少，效果更好一些。通過靜力分析的情況來看，可以了解到驅(qū)動橋殼的危險區(qū)域在鋼板彈簧座附近偏外側(cè)半軸套管的殼體部分，這也與實際中橋殼的損壞情況相似。除個別地方因為模型尖角及材料厚度變化引起的應(yīng)力集中情況外，整個橋殼的應(yīng)力分布和變形結(jié)果是滿足要求的。這一系列的分析，為我們在橋殼設(shè)計時提供了理論指導(dǎo)。學(xué)海無涯，由于本人的水平有限以及時間的限制，一方面本論文中必然仍有很多欠妥和錯誤之處，敬請各位老師和專家批評指正；另一方面很多工作還有待進(jìn)一步深化，如優(yōu)化設(shè)計等，在以后學(xué)習(xí)中應(yīng)進(jìn)一步研究。 Manufacture,2000(40):1691一1708[5] 蘇恩生．汽車驅(qū)動橋殼的有限元建模與分析：碩士學(xué)位論文[D]．吉林大學(xué)，2005[6] :合肥工業(yè)大學(xué),2010[7] ,2007[8] =[D].重慶:重慶交通大學(xué),2008[9] . 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Static and dynamic analysis of front axle housing of tractor using finite element Journal of Agricultural Engineering,2011，AJAE 2(2):4549致 謝 本論文是在丁志華老師的悉心教誨指導(dǎo)下完成的，在此我首先要對我的導(dǎo)師表示誠摯的敬意和由衷的感謝，丁老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、忘我的工作精神，讓我深受教育。這不僅幫助我順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，對于以后的學(xué)習(xí)工作態(tài)度也是一種良好的啟迪。我要感謝我的同學(xué)和朋友們，在我遇到困難和挫折的時候是他們給予我最大的鼓勵和信心，在此向他們表示我最誠摯的謝意！ 69