車(chē)輛工程論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文) 作 者： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 系(專業(yè))： 車(chē)輛工程 題 目： 輕型汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋建模與強(qiáng)度分析 指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2012年 6 月 9日畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要越野車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析摘要：為了便于對(duì)主減速器、差速器等的拆裝和調(diào)整，同時(shí)還要起到保護(hù)作用，驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)該具有足夠的剛度和強(qiáng)度，并且盡量減小橋殼質(zhì)量以減小整車(chē)質(zhì)量和提高汽車(chē)的靈活性。為了使體型較大的驅(qū)動(dòng)橋殼便于制造加工，應(yīng)該盡量?jī)?yōu)化橋殼的結(jié)構(gòu)形式。從對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的實(shí)體建模再到有限元分析階段，得到了橋殼在四種工況下的應(yīng)力分布情況和應(yīng)力變形結(jié)果：最大鉛垂力工況、最大牽引力工況、最大制動(dòng)力工況、最大側(cè)向力工況。從

2、實(shí)體建模到有限元分析階段大致可以總括為三部分：1、 分析驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用三維實(shí)體造型軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行建模，并適當(dāng)進(jìn)行簡(jiǎn)化操作。2、對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的三維實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，定義三維模型材料屬性和約束，添加外力情況，建立好實(shí)體的有限元分析模型。3、根據(jù)預(yù)先分析好的四種工況對(duì)橋殼模型進(jìn)行強(qiáng)度分析，得出分析結(jié)果。關(guān)鍵詞：越野車(chē) 驅(qū)動(dòng)橋 橋殼 強(qiáng)度分析 有限元分析畢業(yè)設(shè)計(jì)外文摘要title the finite element analysis of stress strenght of the automotive drive axle housing abstract: in order t

3、o facilitate disassemblying and adjustmenting the main gear box and differential and protect them, axle should have sufficient stiffness and strength . reducing the vehicle mass and improve the vehicles flexibility should minimize the bridges .in order to processing the large size bridges,we should

4、try to opitimize the bridges structure . from the axle of the finite element analysis modeling phase and then to get the bridge shell. we get four conditions of stress distribution and deformation : the maximum vertical force conditions ,the maximum traction conditions, the maximum braking force con

5、ditions, the maximum lateral force conditions.from solid modeling to finite element analysis stage can be roughly summarized as three parts:1: analysis of structural characteristics of axle and the use of three-dimensional solid modeling software to drive axle .shell model and the proper conduct of

6、streamlined operations.2: on the axle of the three-dimensional solid model grid division, the definition of three-dimensional. model material properties and constraints, add external circumstances, the establishment of a good finite element entities,analysis mode.3: according to the four pre-conditi

7、ons of a good shell model of the strength of the bridge and get the results.keywords： suv , the drive axle , bridge ，strength analysis, finite element analysis目 次摘要abstract目錄第一章 緒論1.1引言1.2選題的研究背景、目的和意義1.2.1選題研究的背景1.2.2選題研究的目的和意義1.3所選研究課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.3.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1.3.2國(guó)外研究現(xiàn)狀1.4課題研究的內(nèi)容和方法1.4.1課題研究的內(nèi)容1.4.2課題

8、研究的方法1.5本章小結(jié)第二章 有限元法的基本原理及應(yīng)用2.1有限元法基本概述2.2有限元法基本原理、分析步驟、相關(guān)軟件介紹2.2.1有限元法基本原理2.2.2有限元法分析步驟2.2.3有限元分析相關(guān)軟件介紹2.3有限元法在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用第三章 驅(qū)動(dòng)橋殼相關(guān)介紹及力學(xué)分析計(jì)算3.1第四章 驅(qū)動(dòng)橋殼實(shí)體模型和有限元模型的建立第五章 驅(qū)動(dòng)橋殼在四種典型工況下的有限元分析第六章 結(jié)論參考文獻(xiàn)40致謝42 第一章緒論1.1引言汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋與從動(dòng)橋統(tǒng)稱為車(chē)橋。汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，并使左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪具有汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要

9、求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車(chē)架或承載式車(chē)身之間的鉛垂力、縱向力和橫向力及其力矩1。驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)中要求有足夠的強(qiáng)度和剛度,質(zhì)量小,有足夠的疲勞壽命等。合理地設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼也是提高汽車(chē)平順性和舒適性的重要措施。許多廠家在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和類(lèi)比,設(shè)計(jì)出汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼,然后進(jìn)行試產(chǎn),并進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋殼臺(tái)架試驗(yàn),以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。這是一個(gè)反復(fù)修改和調(diào)整的過(guò)程,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果在設(shè)計(jì)中,建立驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元模型,在計(jì)算機(jī)上對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行典型工況下的模擬受力分析試驗(yàn),則會(huì)使設(shè)計(jì)過(guò)程縮短,降低設(shè)計(jì)成本,產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益2。因此本文使用ug和 nastran軟件分別對(duì)橋殼進(jìn)行建模和強(qiáng)度分

10、析。1.2選題的研究背景、目的和意義 1.2.1選題研究的背景能源是人類(lèi)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源作為全球性戰(zhàn)略物資，關(guān)系到全球經(jīng)濟(jì)安全和軍事安全。面對(duì)全球能源緊缺的形勢(shì)，各種節(jié)能技術(shù)和節(jié)能措施已成研究熱點(diǎn)。我國(guó)的能源形勢(shì)十分嚴(yán)峻，節(jié)能更是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針。目前，節(jié)能已引起我國(guó)社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，中央政府把節(jié)能減排列為國(guó)家經(jīng)濟(jì)工作的八大任務(wù)之一和考核政府領(lǐng)導(dǎo)的重要指標(biāo)，以此來(lái)推動(dòng)全社會(huì)節(jié)能降耗，緩解能源瓶頸制約。 汽車(chē)的主要能源是石油產(chǎn)品汽油和柴油。據(jù)推測(cè)，全世界石油的儲(chǔ)藏量約為 3000 億噸，其中 600 億噸已經(jīng)開(kāi)采，1000 億

11、噸已經(jīng)探明。20 世紀(jì) 70 年代末期，全世界石油的年總產(chǎn)量為 33 億噸，目前已經(jīng)增長(zhǎng)到 50 億噸。照此計(jì)算，已探明的石油僅能開(kāi)采 20年左右，到 2085年世界石油將枯竭。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（iea）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2001 年全球 57% 的石油消費(fèi)在交通領(lǐng)域（其中美國(guó)達(dá)到 67），預(yù)計(jì)到 2020 年交通用油占全球石油總消耗的 62以上。而交通用油中又以汽車(chē)所占的比重最大。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，2020 年后，全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)凈缺口，2050年的供需缺口將相當(dāng)于2000 年世界石油總產(chǎn)量的兩倍。我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致對(duì)石油的需求大增。目前，我國(guó)汽車(chē)的汽油消費(fèi)量約占汽油生

12、產(chǎn)量的86，汽車(chē)消費(fèi)的柴油約占柴油生產(chǎn)量的24；我國(guó)汽車(chē)耗油約占整個(gè)石油消費(fèi)量的1/3，預(yù)計(jì)到2020年這個(gè)比例將上升到57我國(guó)已成為世界第二大石油消費(fèi)國(guó)和第三大石油進(jìn)口國(guó)，2006年石油消費(fèi)量為3.54億噸，同比增長(zhǎng)9.3。石油凈進(jìn)口16287萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)19.6。其中，成品油凈進(jìn)口2403萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)37.9。2006年我國(guó)石油對(duì)外依存度達(dá)47，比2005年提高4.1個(gè)百分點(diǎn)(表1.3為我國(guó)石油對(duì)外依存狀況及預(yù)測(cè))。石油進(jìn)口依存度的不斷增加和國(guó)際油價(jià)的居高不下，不僅使我國(guó)的能源安全問(wèn)題變得日益突出，而且對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展影響越來(lái)越大。據(jù)有關(guān)部門(mén)預(yù)測(cè)，國(guó)際油價(jià)每桶增加1美元，將影響進(jìn)

13、口用匯46億元人民幣，直接影響我國(guó)gdp增長(zhǎng)0.043個(gè)百分點(diǎn)因此汽車(chē)節(jié)能迫在眉睫。汽車(chē)輕量化對(duì)于降低汽車(chē)燃油消耗效果非常顯著，圖1.1給出了車(chē)重與燃油里程數(shù)的關(guān)系： 關(guān)于減輕汽車(chē)自身質(zhì)量與燃油消耗下降之間的關(guān)系，國(guó)內(nèi)外不少機(jī)構(gòu)和專家對(duì)此都作了相應(yīng)的研究。歸納起來(lái)主要有以下5種觀點(diǎn)：1、是汽車(chē)質(zhì)量每減小100kg，則百公里油耗可減少0.20.8l，一般為4.5%左右。2、是汽車(chē)質(zhì)量每減輕3%，則可節(jié)油1%3%。3、是汽車(chē)質(zhì)量減小1%，其油耗可減少0.7%；汽車(chē)質(zhì)量減小330440kg，可節(jié)約燃油費(fèi)用20%左右。4、是汽車(chē)質(zhì)量每減小50kg，則每升燃油行駛的距離可增加1km；若質(zhì)量減小10%，則

14、燃油經(jīng)濟(jì)性可提高5.5%左右。5、是轎車(chē)質(zhì)量每減小10%，則油耗可下降8%10%。對(duì)于1620噸級(jí)載貨汽車(chē)而言，每減小質(zhì)量1000kg，則油耗可降低6%7%。上述說(shuō)法表明，汽車(chē)輕量化對(duì)節(jié)省燃油的效果是非常巨大的。2）、汽車(chē)環(huán)保與汽車(chē)輕量化：由于汽車(chē)保有量的劇增，汽車(chē)尾氣對(duì)大氣環(huán)境、人類(lèi)健康也造成了嚴(yán)重的危害，成為當(dāng)今城市生活中最為嚴(yán)重的流動(dòng)污染源。事實(shí)上汽車(chē)所產(chǎn)生的空氣污染量比任何其他單一的人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的污染量都多，在城市大氣污染中,來(lái)自汽車(chē)尾氣排放的有害氣體主要為co、nox、hc、so2和微粒等,其比例分別為82%、48%、58%、1.3%和8%。隨著機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)污染

15、物排放總量持續(xù)攀升。2003年全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)hc、co、nox的排放量是1995年相應(yīng)污染排放總量的2.51、2.05、3.01倍。另外隨著汽車(chē)石油消耗量的增加汽車(chē)每年向大氣中排入的co2量多達(dá)40億噸，占世界上全部co2排放量的25%。汽車(chē)尾氣排放出大量的c02是造成溫室效應(yīng)的重要原因。圖1.2給出了油耗量與c02排放之間的關(guān)系。 汽車(chē)輕量化能有效減少汽車(chē)尾氣排放總量，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率、石油質(zhì)量、點(diǎn)火系統(tǒng)狀態(tài)條件不變的前提下，降低汽車(chē)油耗，汽車(chē)尾氣排放量將相應(yīng)減少，從而減輕對(duì)環(huán)境的危害。面對(duì)石油儲(chǔ)量逐漸減少，終將枯竭的嚴(yán)峻前景和汽車(chē)排放嚴(yán)重破壞地球環(huán)境的現(xiàn)實(shí)威脅，各國(guó)都制定了相應(yīng)的法規(guī)和提出了有

16、效的改進(jìn)措施。汽車(chē)輕量化，對(duì)節(jié)能減排有著重要意義，關(guān)系到國(guó)家能源規(guī)劃戰(zhàn)略，一般的汽車(chē)質(zhì)量每減少10，可節(jié)油810。努力減輕客車(chē)質(zhì)量、節(jié)約燃耗、減少排放污染己成為汽車(chē)技術(shù)進(jìn)步的重要而緊迫的課題。此外，在汽車(chē)的燃耗和排放方面，我們與發(fā)達(dá)國(guó)家相比也存在不少差距。因此，減輕客車(chē)質(zhì)量和降低燃耗的任務(wù)就更為艱巨，為使我國(guó)汽車(chē)工業(yè)盡快趕上國(guó)際先進(jìn)水平，必須高度重視這個(gè)問(wèn)題。1.2.2選題研究的目的和意義驅(qū)動(dòng)橋位于汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)末端，是汽車(chē)總成中的主要承載件之一。在一般的汽車(chē)結(jié)構(gòu)中，用于支承并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等功用的驅(qū)動(dòng)橋橋殼，被用來(lái)將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到左、右驅(qū)動(dòng)輪。當(dāng)汽車(chē)行駛時(shí)，由于輪胎與

17、不平路面相撞擊使簧下質(zhì)量(對(duì)于普通的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋來(lái)說(shuō)，整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋總成及一端與其相連并支承其上的傳動(dòng)軸的部分質(zhì)量，與左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪一起均屬于汽車(chē)的簧下質(zhì)量)產(chǎn)生沖擊載荷經(jīng)懸掛的彈性元件減緩后傳給車(chē)架、車(chē)廂。這種沖擊載荷除了隨車(chē)速的提高和路面不平度的增大而增大外，還隨汽車(chē)的簧下質(zhì)量的增大而增大。沖擊載荷的增大將必然降低汽車(chē)的可靠性、行駛平順性和縮短汽車(chē)的使用壽命。橋殼的質(zhì)量占簧下質(zhì)量的絕大部分比例，在強(qiáng)烈的沖擊載荷作用下，來(lái)自橋殼內(nèi)部零部件和外部環(huán)境的激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)，也將影響到整個(gè)車(chē)身的動(dòng)態(tài)性能，甚至?xí)饦驓ぎa(chǎn)生很高的動(dòng)應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，嚴(yán)重影響了行車(chē)安全。 驅(qū)動(dòng)橋橋殼作為汽車(chē)的主要傳

18、力件和承載件，使用頻繁，故障率較高，其生產(chǎn)質(zhì)量和性能直接影響到車(chē)輛的整體性能和有效使用壽命。因此橋殼必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的動(dòng)態(tài)特性。合理地設(shè)計(jì)橋殼也是提高汽車(chē)平順性和舒適性的重要措施。由于還必須保證車(chē)輛在加速、緊急制動(dòng)和各種不同路面條件下的正常工作，所以橋殼是車(chē)輛上工作環(huán)境最?lèi)毫拥牟考?。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，它們的損壞大部分都是由于外界激勵(lì)的頻率達(dá)到車(chē)橋固有頻率產(chǎn)生的共振引起的較大動(dòng)應(yīng)力而造成的。因此，關(guān)于橋殼強(qiáng)度的研究就成了車(chē)輛零部件破壞研究的重中之重。汽車(chē)的行駛狀態(tài)是復(fù)雜的，車(chē)橋要經(jīng)受各種復(fù)雜工況所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷，這些動(dòng)態(tài)載荷產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力往往比靜態(tài)應(yīng)力大出很多倍，它們才是導(dǎo)致橋殼破壞的危險(xiǎn)因素。研究驅(qū)動(dòng)橋殼靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，有利于合理地減