輕型汽車驅(qū)動橋建模與模態(tài)分析設(shè)計說明書

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2011屆本科畢業(yè)設(shè)計1 緒 論1.1 本次設(shè)計的目的和意義 隨著社會經(jīng)濟的繁榮發(fā)展及汽車產(chǎn)業(yè)的壯大，我國汽車擁有量越來越多。大力發(fā)展汽車工業(yè)成為必然趨勢。汽車驅(qū)動橋是汽車的重大總成，在整車中十分重要。它承載著汽車的滿載簧載重量及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動橋還傳遞著傳動系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對汽車的行駛性能如動力性、經(jīng)濟性、平順性、通過性、機動性和操動穩(wěn)定性等有直接影響。設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉的驅(qū)動橋殼，能降低整車

2、生產(chǎn)的總成本，推動汽車經(jīng)濟的發(fā)展。汽車驅(qū)動橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，其作用主要有：支撐并保護主減速器、差速器和半軸等，使左右驅(qū)動車輪的軸向相對位置固定；同從動橋一起支撐車架及其上的各總成質(zhì)量；汽車行駛時，承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩并經(jīng)懸架傳給車架等。驅(qū)動橋殼應(yīng)有足夠的強度和剛度且質(zhì)量小，并便于主減速器的拆裝和調(diào)整。由于橋殼的尺寸和質(zhì)量比較大，制造較困難，故其結(jié)構(gòu)型式應(yīng)在滿足使用要求的前提下應(yīng)盡可能便于制造。驅(qū)動橋殼分為整體式橋殼，分段式橋殼和組合式橋殼三類。整體式橋殼具有較大的強度和剛度，且便于主減速器的裝配、調(diào)整和維修，因此普遍應(yīng)用于各類汽車上。但是由于其形狀復(fù)雜，因此應(yīng)力計算

3、比較困難。根據(jù)汽車設(shè)計理論，驅(qū)動橋殼的常規(guī)設(shè)計方法是將橋殼看成一個簡支梁并校核幾種典型計算工況下某些特定斷面的最大應(yīng)力值，然后考慮一個安全系數(shù)來確定工作應(yīng)力，這種設(shè)計方法有很多局限性。因此近年來，許多研究人員利用有限元方法對驅(qū)動橋殼進行了計算和分析。在設(shè)計中，通過建立汽車零部件、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的有限元計算模型，或利用UG等CAD軟件建立3D參數(shù)化模型進行轉(zhuǎn)化，在CAE軟件中進行仿真分析和計算，可以降低設(shè)計開發(fā)成本，減少試驗次數(shù)，縮短設(shè)計開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，使得汽車在輕量化、舒適性和操縱穩(wěn)定性方面得到改進和提高，具有非常重大的實際意義。1.2 選題的背景和意義 本次設(shè)計的題目是輕型汽車驅(qū)動橋建模

4、與模態(tài)分析。目前，我國汽車業(yè)已經(jīng)步入高速發(fā)展階段，不僅要求我們設(shè)計出更安全更便捷更新穎的交通工具而且還要求降低企業(yè)生產(chǎn)成本。作為汽車重要總成的驅(qū)動橋，它的設(shè)計開發(fā)與制造階段至關(guān)重要。所以學(xué)習(xí)了解現(xiàn)階段驅(qū)動橋系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計最實用最方便的方法是我們車輛工程系學(xué)生所急需的。 本文介紹了應(yīng)用UG/NX軟件對汽車驅(qū)動橋殼進行參數(shù)化設(shè)計的方法，并對某輕型貨車建立了其驅(qū)動橋殼的動力學(xué)模型。在考察其變形、強度和剛度的基礎(chǔ)上，對影響橋殼強度和剛度的因素進行了設(shè)計研究,和傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，這種方法提高了精度和效率。另外，汽車驅(qū)動橋總成的輕量化和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也是當(dāng)代汽車發(fā)展的方向，在本次設(shè)計中我也會提出一些優(yōu)化的方

5、法。1.3 設(shè)計要求與主要問題本次設(shè)計的要求：1) 利用UG NX 軟件建立結(jié)構(gòu)的三維幾何數(shù)學(xué)模型；2) 根據(jù)已完成的三維幾何結(jié)構(gòu)建立適合的有限元模型；3) 根據(jù)結(jié)構(gòu)在實際工作狀態(tài)下的約束條件和承載情況施加合理的邊界條件；4) 完成有限元分析求解過程，獲得正確的計算結(jié)果；5) 總結(jié)工作過程，撰寫畢業(yè)論文；本次設(shè)計需解決的主要問題：1) 學(xué)習(xí)利用三維CAD 軟件對工程實際結(jié)構(gòu)進行建模的方法；2) 掌握有限單元法的基本原理；3) 熟悉利用有限元分析軟件對結(jié)構(gòu)進行建模、求解、結(jié)果分析等過程；4) 對本次畢業(yè)設(shè)計所針對的目標(biāo)結(jié)構(gòu)進行建模及分析并提交分析結(jié)果。1.4 設(shè)計的內(nèi)容與步驟1 驅(qū)動橋殼的建模

6、利用UG NX軟件進行驅(qū)動橋殼的建模。2有限元分析1）部件處理，如去掉不影響分析的特征、商標(biāo)等；2）網(wǎng)格劃分；3）部件添加材料屬性；4）添加受力、約束等（根據(jù)選擇解算器情況）；5）分析；6）后處理；7）報告。3. 整理結(jié)果，撰寫論文。2 驅(qū)動橋總成簡介2.1 汽車驅(qū)動橋綜述汽車驅(qū)動橋位于傳動系的末端。其基本功用首先是增扭，降速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動車輪；其次，驅(qū)動橋還要承受作用于路面或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力矩等。驅(qū)動橋一般由主減速器，差速器，車輪傳動裝置和橋殼組成。設(shè)計驅(qū)動橋時應(yīng)當(dāng)滿足如下基本

7、要求：1.選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。2.外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的要求。3.齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。4.在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動效率。5.具有足夠的強度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。6.與懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動協(xié)調(diào)。7.結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下：1.中央單級減速驅(qū)動橋。此是驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)中最為簡單的一種，是驅(qū)動橋的基本形式， 在

8、載重汽車中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動比小于6的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級減速驅(qū)動橋。目前的中央單級減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪，主動小齒輪采用騎馬式支承， 有差速鎖裝置供選用。2.中央雙級驅(qū)動橋。在國內(nèi)目前的市場上，中央雙級驅(qū)動橋主要有2種類型：一類如伊頓系列產(chǎn)品，事先就在單級減速器中預(yù)留好空間，當(dāng)要求增大牽引力與速比時，可裝入圓柱行星齒輪減速機構(gòu)，將原中央單級改成中央雙級驅(qū)動橋，這種改制“三化”（即系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化）程度高， 橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類如洛克威爾系列產(chǎn)品，當(dāng)要增大牽引力與速比時，需要改制第一級傘齒輪后，再裝入第二級圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央

9、雙級驅(qū)動橋，這時橋殼可通用，主減速器不通用， 錐齒輪有2個規(guī)格。由于上述中央雙級減速橋均是在中央單級橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時，作為系列產(chǎn)品而派生出來的一種型號，它們很難變型為前驅(qū)動橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅(qū)動橋存在。3.中央單級、輪邊減速驅(qū)動橋。輪邊減速驅(qū)動橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當(dāng)前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動橋。(1)圓錐行星齒輪式輪邊減速橋。由圓錐行星齒輪式傳動構(gòu)成的輪邊減速器，輪邊減速比為

10、固定值2，它一般均與中央單級橋組成為一系列。在該系列中，中央單級橋仍具有獨立性，可單獨使用，需要增大橋的輸出轉(zhuǎn)矩，使?fàn)恳υ龃蠡蛩俦仍龃髸r，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級橋。這類橋與中央雙級減速橋的區(qū)別在于：降低半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，把增大的轉(zhuǎn)矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上 ，其“三化”程度較高。但這類橋因輪邊減速比為固定值2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車。(2)圓柱行星齒輪式輪邊減速橋。單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋，一般減速比在3至4.2之間。由于輪邊減速比大，因此，中央主減速器的速比一般均小于3，這樣大錐齒輪就可取較小的直

11、徑，以保證重型汽車對離地問隙的要求。這類橋比單級減速器的質(zhì)量大，價格也要貴些，而且輪穀內(nèi)具有齒輪傳動，長時間在公路上行駛會產(chǎn)生大量的熱量而引起過熱；因此，作為公路車用驅(qū)動橋，它不如中央單級減速橋。由于隨著我國公路條件的改善和物流業(yè)對車輛性能要求的變化，汽車驅(qū)動橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級化發(fā)展的趨勢，主要是單級驅(qū)動橋還有以下幾點優(yōu)點：(1) 單級減速驅(qū)動橋是驅(qū)動橋中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，制造工藝簡單，成本較低， 是驅(qū)動橋的基本類型，在貨車汽車上占有重要地位；(2) 貨車汽車發(fā)動機向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢，使得驅(qū)動橋的傳動比向小速比發(fā)展；(3) 隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，汽車使用條件對汽車

12、通過性的要求降低。因此，汽車不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過性；(4) 與帶輪邊減速器的驅(qū)動橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級減速驅(qū)動橋機械傳動效率提高，易損件減少，可靠性提高。單級橋產(chǎn)品的優(yōu)勢為單級橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計的角度看， 重型車產(chǎn)品在主減速比小于6的情況下，應(yīng)盡量選用單級減速驅(qū)動橋。2.2 主減速器主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。2.2.1 主減速器的齒輪類型主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。在此選用弧齒錐齒輪傳動，其特點是主、從動齒輪的軸線垂直交于一點。由于輪齒端面重疊的

13、影響，至少有兩個以上的輪齒同時嚙合，因此可以承受較大的負荷，加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動小。而弧齒錐齒輪還存在一些缺點，比如對嚙合精度比較敏感，齒輪副的錐頂稍有不吻合就會使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲增大；但是當(dāng)主傳動比一定時，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面齒輪比相應(yīng)的弧齒錐齒輪小，從而可以得到更大的離地間隙，有利于實現(xiàn)汽車的總體布置。另外，弧齒錐齒輪與雙曲面錐齒輪相比，具有較高的傳動效率，可達99%。2.2.2 主減速器的減速形式由于i6，一般采用單級主減速器，單級減速驅(qū)動橋產(chǎn)品的優(yōu)勢：單級減速驅(qū)動車橋是驅(qū)

14、動橋中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，制造工藝較簡單，成本較低，是驅(qū)動橋的基本型，在貨車汽車上占有重要地位。2.2.3 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算1. 主減速器計算載荷的確定（1）按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 （2-1）式中 發(fā)動機至所計算的主減速器從動錐齒輪之間的傳動系的最低擋傳動比；發(fā)動機的輸出的最大轉(zhuǎn)矩；傳動系上傳動部分的傳動效率；該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目在此取1；由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時的超載系數(shù)，對于一般的載貨汽車，礦用汽車和越野汽車以及液力傳動及自動變速器的各類汽車取=1.0，當(dāng)性能系數(shù)>0時可取=2.0；（2）按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 （

15、2-2）式中 汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷； 輪胎對地面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用車，取=0.85；對于越野汽車取1.0；對于安裝有專門的防滑寬輪胎的高級轎車，計算時可取1.25； 車輪的滾動半徑； ，分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率和傳動比，取0.9，如果沒有輪邊減速器取1.0。（3）按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定： （2-3）式中：汽車滿載時的總重量；所牽引的掛車滿載時總重量；道路滾動阻力系數(shù)，對于載貨汽車可取0.0150.020；汽車正常

16、行駛時的平均爬坡能力系數(shù)，對于載貨汽車可取0.050.09；汽車的性能系數(shù)；，n見式（2-1），（2-3）下的說明。 式（2-1）式（2-3）參考汽車設(shè)計。 2. 主減速器基本參數(shù)的選擇 主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動齒輪的齒數(shù)和，從動錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、主從動錐齒輪齒面寬和、中點螺旋角、法向壓力角等。(1) 主、從動錐齒輪齒數(shù)和選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(yīng)考慮如下因素：1）為了磨合均勻，之間應(yīng)避免有公約數(shù)。2）為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40。3）為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強度對于商用車一般不小于6。4）主傳動比較大時，盡量取得

17、小一些，以便得到滿意的離地間隙。5）對于不同的主傳動比，和應(yīng)有適宜的搭配。(2) 從動錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù) 對于單級主減速器，增大尺寸會影響驅(qū)動橋殼的離地間隙，減小又會影響跨置式主動齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝?？筛鶕?jù)經(jīng)驗公式初選，即 （2-4）直徑系數(shù)，一般取13.016.0； 從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，為Tce和Tcs中的較小者。(3) 主、從動錐齒輪齒面寬和 錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強度和壽命，反而會導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過窄及刀尖圓角過小，這樣不但會減小了齒根圓角半徑，加大了集中應(yīng)力，還降低了刀具的使用壽命。此外，安裝時有位置偏差或由于制造

18、、熱處理變形等原因使齒輪工作時載荷集中于輪齒小端，會引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會引起裝配空間減小。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強度會降低。 對于從動錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用： （2-5） 一般習(xí)慣使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常小齒輪的齒面加大10%較為合適。(4) 中點螺旋角 螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端螺旋角最小，弧齒錐齒輪副的中點螺旋角是相等的，選時應(yīng)考慮它對齒面重合度，輪齒強度和軸向力大小的影響，越大，則也越大，同時嚙合的齒越多，

19、傳動越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強度越高，應(yīng)不小于1.25，在1.52.0時效果最好，但過大，會導(dǎo)致軸向力增大。 汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°40°，而商用車選用較小的值以防止軸向力過大，通常取35°。(5) 螺旋方向 主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向，當(dāng)變速器掛前進擋時，應(yīng)使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時針運動，這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時針，驅(qū)動汽車前進。(6) 法向壓力角 加大壓力角可以提

20、高齒輪的強度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降。 此外，主減速器還應(yīng)進行圓弧錐齒輪的強度計算、軸承的計算等。2.3 差速器汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎時內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面上行駛時，由于路面波形不同也會造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會引起左、右車輪因滾動半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時不可

21、避免地會產(chǎn)生驅(qū)動輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運動學(xué)要求。差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動。差速器有多種形式，在此設(shè)計普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。 2.3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理圖2-1 差速器差速原理如圖3-1所示，對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機構(gòu)。差速器殼3與行星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪6固連在一起，固

22、為主動件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為和。A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中心點為C，A、B、C三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為。當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點的圓周速度都相等（圖2-1），其值為。于是，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時（圖2-1），嚙合點A的圓周速度為，嚙合點B的圓周速度為。于是即 （2-6）若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則 （2-7）式（2-7）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征方程式

23、，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。 有式（2-7）還可以得知:當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍;當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動器制動傳動軸時），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。 2.3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個半軸齒輪，四個行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖2-2所示。

24、由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點，故廣泛用于各類車輛上。圖2-2 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器1，12-軸承；2-螺母；3，14-鎖止墊片；4-差速器左殼；5，13-螺栓；6-半軸齒輪墊片；7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-行星齒輪墊片；11-差速器右殼 2.3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計由于在差速器殼上裝著主減速器從動齒輪，所以在確定主減速器從動齒輪尺寸時，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動齒輪軸承支承座及主動齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。1. 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇(1) 行星齒輪數(shù)目的選擇 載貨汽車采用4個行星

25、齒輪。(2) 行星齒輪球面半徑的確定圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強度。球面半徑可按如下的經(jīng)驗公式確定： (2-8) 式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.522.99，對于有4個行星 齒輪的載貨汽車取最小值； T計算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，N·m。(3) 行星齒輪與半軸齒輪的選擇為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用1425，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/在1.52.0的范

26、圍內(nèi)。差速器的各個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)，之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無法安裝。(4) 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角， 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m(5) 壓力角目前，汽車差速器的齒輪大都采用22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而

27、使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20°的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強度。(6) 行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L行星齒輪的安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。?（2-9） 式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m； 行星齒輪的數(shù)目； 行星齒輪支承面中點至錐頂?shù)木嚯x，mm， ， 是半 軸齒輪齒面寬中點處的直徑； 支承面的許用擠壓應(yīng)力。此外，還應(yīng)進行差速器齒輪的強度計算。2.4 驅(qū)動半軸驅(qū)動車輪的傳動裝置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器的半軸齒輪傳給驅(qū)動車輪。在一般的非斷

28、開式驅(qū)動橋上，驅(qū)動車輪的傳動裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車輪的輪轂聯(lián)接起來，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開式驅(qū)動橋的半軸，根據(jù)其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式，3/4浮式和全浮式。設(shè)計半軸的主要尺寸是其直徑，在設(shè)計時首先可根據(jù)對使用條件和載荷工況相同或相近的同類汽車同形式半軸的分析比較，大致選定從整個驅(qū)動橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對它進行強度校核。 計算時首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：縱向力（驅(qū)動力或制動力）最大時，其最大值為，附著系數(shù)在計算時取0.8，沒有側(cè)向力作用； 側(cè)向力最大時，其最大值為（發(fā)生于汽車側(cè)滑時

29、），側(cè)滑時輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)在計算時取1.0，沒有縱向力作用；垂向力最大時（發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時），其值為，其中為車輪對地面的垂直載荷，為動載荷系數(shù)，這時不考慮縱向力和側(cè)向力的作用。由于車輪承受的縱向力，側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即有 故縱向力最大時不會有側(cè)向力作用，而側(cè)向力最大時也不會有縱向力作用。2.5 驅(qū)動橋殼驅(qū)動橋殼的主要功用是支承汽車質(zhì)量，并承受有車輪傳來的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車身，它同時又是主減速器，差速器和半軸的裝配體。驅(qū)動橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計要求：(1)應(yīng)具有足夠的強度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常，并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力

30、；(2)在保證強度和剛度的情況下，盡量減小質(zhì)量以提高行駛的平順性；(3)保證足夠的離地間隙；(4)結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低；(5)保護裝于其中的傳動系統(tǒng)部件和防止泥水浸入；(6)拆裝，調(diào)整，維修方便。驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)形式分整體式、可分式、組合式三種。2.5.1 橋殼的受力分析與強度計算選定橋殼的結(jié)構(gòu)形式以后，應(yīng)對其進行受力分析，選擇其端面尺寸，進行強度計算。汽車驅(qū)動橋的橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，其形狀復(fù)雜，而汽車的行駛條件如道路狀況、氣候條件及車輛的運動狀態(tài)又是千變?nèi)f化的，因此要精確地計算出汽車行駛時作用于橋殼各處的應(yīng)力大小是相當(dāng)困難的。在通常的情況下，在設(shè)計橋殼時多采用常規(guī)設(shè)計方法，這時將橋

31、殼看成簡支梁并校核某些特定斷面的最大應(yīng)力值。我國通常推薦：計算時將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡化成三種典型的計算工況，即當(dāng)車輪承受最大的鉛錘力（當(dāng)汽車滿載并行駛與不平路面，受沖擊載荷）時；當(dāng)車輪承受最大切應(yīng)力（當(dāng)汽車滿載并以最大牽引力行駛和緊急制動）時；以及當(dāng)車輪承受最大側(cè)向力（當(dāng)汽車滿載側(cè)滑）時。只要在這三種載荷計算工況下橋殼的強度特征得到保證，就認為該橋殼在汽車各種行駛條件下是可靠的。在進行上述三種載荷工況下橋殼的受力分析之前，還應(yīng)先分析一下汽車滿載靜止于水平路面時橋殼最簡單的受力情況，即進行橋殼的靜彎曲應(yīng)力計算。1.橋殼的靜彎曲應(yīng)力計算 橋殼猶如一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支承于車輪上，在鋼板彈簧

32、座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而左、右輪胎的中心線，地面給輪胎的反力（雙輪胎時則沿雙胎中心），橋殼則承受此力與車輪重力之差值，即. 橋殼按靜載荷計算時，在其兩鋼板彈簧座之間的彎矩為 （2-10） 式中：汽車滿載時靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷； 車輪（包括輪轂、制動器等）重力，N； 驅(qū)動車輪輪距； 驅(qū)動橋殼上兩鋼板彈簧座中心間的距離；橋殼的危險斷面通常在鋼板彈簧座附近。通常由于遠小于，且設(shè)計時不易準(zhǔn)確預(yù)計，當(dāng)無數(shù)據(jù)時可以忽略不計。而靜彎曲應(yīng)力則為 （2-11）式中：見（2-11）； 危險斷面處（鋼板彈簧座附近）橋殼的垂向彎曲截面系數(shù)，垂向彎曲截面系數(shù)： 水平彎曲截面系數(shù)： 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)： 垂

33、向彎曲截面系數(shù), 水平彎曲截面, 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)計算參考汽車設(shè)計。3 輕型汽車驅(qū)動橋殼3.1 驅(qū)動橋殼的分類驅(qū)動橋殼大致可分為可分式、整體式和 組合式三種形式。1. 可分式橋殼圖3-1 可分式橋殼 可分式橋殼(圖1)由一個垂直接合面分為左右兩部分，兩部分通過螺栓聯(lián)接成一體。每一部分均由一鑄造殼體和一個壓入其外端的半軸套管組成，軸管與殼體用鉚釘連接。這種橋殼結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好，主減速器支承剛度好。但拆裝、調(diào)整、維修很不方便，橋殼的強度和剛度受結(jié)構(gòu)的限制，曾用于輕型汽車上，但現(xiàn)已較少使用。2. 整體式橋殼 整體式橋的特點是整個橋殼是一根空心梁，橋殼和主減速器殼為兩體。它具有強度和剛度較大，主減速

34、器拆裝、調(diào)整方便等優(yōu)點。圖3-2 整體式橋殼a)鑄造式 b)鋼板沖壓焊接式 按制造工藝不同，整體式橋殼可分為鑄造式(圖2a)、鋼板沖壓焊接式(圖2b)和擴張成形式三種。鑄造式橋殼的強度和剛度較大，但質(zhì)量大，加工面多，制造工藝復(fù)雜，主要用于中、重型貨車上。鋼板沖壓焊接式和擴張成形式橋殼質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適于大量生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于轎車和中、小型貨車及部分重型貨車上。 3. 組合式橋殼 組合式橋殼(圖3)是將主減速器殼圖3-3 組合式橋殼與部分橋殼鑄為一體，而后用無縫鋼管分別壓人殼體兩端，兩者間用塞焊或銷釘固定。它的優(yōu)點是從動齒輪軸承的支承剛度較好，主減速器的裝配、調(diào)整比可分式橋殼方便

35、，然而要求有較高的加工精度，常用于轎車、輕型貨車中。3.2 本次設(shè)計驅(qū)動橋殼類型的選擇本次課題的研究對象是輕型汽車的后驅(qū)動橋。故根據(jù)整體式橋殼強度和剛度較大，主減速器拆裝、調(diào)整方便等優(yōu)點，此次分析對象選擇為整體式橋殼。它由鋼板沖壓焊接而成,主要有橋殼本體、半軸套管、后橋蓋總成、鋼板彈簧固定座總成、減振器下支架總成、后制動底板固定法蘭、凸緣盤等。圖3-4 驅(qū)動橋殼圖3-5 整體式驅(qū)動橋殼4 驅(qū)動橋殼的實體模型4.1 三維建模軟件UG NX的功能介紹4.1.1 軟件概述Unigraphics(簡稱UG)軟件起源于美國麥道飛機公司。它是美國Unigraphics Solutions公司開發(fā)研制的集三

36、維造型、有限元分析、機構(gòu)動態(tài)仿真及計算機輔助制造于一體的大型高級軟件，廣泛應(yīng)用于飛機、汽車、模具等機械制造業(yè)，被世界上許多著名大公司所采用。UG軟件最常用的模塊有Modeling造型模塊、Drafting制圖模塊、Assembly裝配模塊、GFEM有限元分析模塊、Mechanism機構(gòu)模塊以及Manufacture加工制造模塊。通過以上模塊分別可以實現(xiàn)產(chǎn)品的三維造型、裝配、二維工程圖的繪制、零部件強度的分析、各機構(gòu)的動畫仿真以及產(chǎn)品的模擬制造等功能。此外，它還帶有各種分析功能，一旦某一零件的造型出來，給定其密度值以后，其質(zhì)量、質(zhì)心及各種慣量等數(shù)據(jù)便可以同時算出來。它還可以對機構(gòu)進行運動學(xué)分析，

37、計算其受力特性、運動特性以及軌道跟蹤等。利用UG軟件的各模塊可以實現(xiàn)產(chǎn)品的無圖紙無差錯設(shè)計與制造，提高產(chǎn)品的設(shè)計制造質(zhì)量，縮短設(shè)計制造周期，提高經(jīng)濟效益。4.1.2 UG軟件的主要功能模塊（1）實體造型模塊（Modeling ）UG的Modeling造型模塊將傳統(tǒng)的幾何建模(Solid Modeling)和基于約束的特征建模（Features Modeling ）、自由曲面建模（ Freeform Modeling）方法融為一體，形成“復(fù)合式建模工具” ，在設(shè)計過程中，只要靈活運用各種建模方法，結(jié)合拉伸(Extruded body )、旋轉(zhuǎn)(Body of Revolution )、沿軌跡掃描

38、（ Sweep along Guide )等功能，再輔以各種編輯命令及布爾運算:差、并、交等，基本上就可以完成各種復(fù)雜曲面和實體的造型，而且造型準(zhǔn)確、精度高。Modeling造型模塊用以實現(xiàn)產(chǎn)品的三維造型，是UG軟件關(guān)鍵所在，UG的所有其它功能都以它為基礎(chǔ)。如果模型建立不正確，會影響后面所有的各項工作。（2）裝配模塊(Assembly Modeling)Assembly Modeling模塊用以實現(xiàn)各零件間裝配關(guān)系。它把多個通過Modeling建立的模型零件，依照Mating配對、Align對齊和Orient方位等關(guān)系組裝在一起，實現(xiàn)其空間位置的安排。通過裝配可以確定零件的空間位置，反映部件的

39、裝配結(jié)構(gòu)以及發(fā)現(xiàn)其空間干涉情況等問題。UG的Assembly Modeling模塊，采用并行工程技術(shù)提供一個有效的面向設(shè)計群體的裝配環(huán)境，零件模型在其所屬的裝配組合中可編輯和再描繪，零件模型的變化將自動反映到相應(yīng)的裝配部件中，這樣就允許設(shè)計人員的工作與整個產(chǎn)品的進程相關(guān)聯(lián)，因此保證了模型數(shù)據(jù)的集成性，避免了設(shè)計工作的重復(fù)。（3）工程制圖模塊(Drafting)UG的Drafting模塊，以實體模型為基礎(chǔ)，可由三維實體模型直接生成尺寸與實體模型協(xié)調(diào)一致的工程圖紙，包括正交視圖、剖面圖、局部放大圖和輔助視圖，并保證尺寸與幾何模型相關(guān)，以使模型的任何改動都能在視圖中正確地反映出來。（4）有限元分析模

40、塊(GFEM FEA )UG的有限元分析模塊，提供采用自動優(yōu)化帶寬的輪廓分塊解決公式，對線性靜力、振動模態(tài)和穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)等工程問題的有限元分析，設(shè)計師可以用任意方法進行評估，從而及早地發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷并加以排除。（5）數(shù)據(jù)交換模塊(Data Exchange )UG的數(shù)據(jù)交換模塊，提供了CAD/CAM工業(yè)中一整套標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換接口。UG常用的輸入輸出格式有:Part(零件)、CGM(計算機中繼文件)、DXF(線結(jié)構(gòu))、IGES(面結(jié)構(gòu))、Parasolid(實體結(jié)構(gòu))等。與其它CAD軟件相比，UG可接受模型和圖紙兩種數(shù)據(jù)形式。例如，DXF轉(zhuǎn)換器提供了在UG與AutoCAD之間進行數(shù)據(jù)交換的優(yōu)良接口；

41、Parasolid格式對于實體建模以及不同的CADICAE/CAM軟件之間交換數(shù)據(jù)具有很高的準(zhǔn)確性和可靠性7。4.1.3 使用UG軟件建立實體模型的兩種方法：（1) 直接插入成型特征：（2) 繪制草圖進行建模；（3) 使用成型特征建模有很大的局限性，而草圖建模形狀就比較靈活，它使得參數(shù)化設(shè)計比較方便。4.2 驅(qū)動橋殼實體模型的建立4.2.1 橋殼實體模型建立的方法該橋殼為整體式橋殼,由鋼板沖壓焊接而成,主要由橋殼本體、半軸套管、后橋蓋總成、鋼板彈簧固定座總成、減振器下支架總成、后制動底板固定法蘭等組成。實體建模時，盡量依實際幾何模型建立實體模型，但根據(jù)橋殼的實際受載情況，有些細節(jié)可以在建模時省

42、略或簡化,去掉那些對分析影響不大的特征(如倒角、圓角等)和一些小孔，把橋殼中部的牙包簡化為球體外形，略去連接座上的螺栓孔。因為參數(shù)化模型的部件三維模型中的建模細節(jié)(如螺栓孔、焊縫等)將影響整個結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格分布,增加網(wǎng)格的數(shù)量會導(dǎo)致模型過于復(fù)雜。但軸肩處的圓弧不能省略，因為此處可能正是應(yīng)力集中的地方對產(chǎn)品進行參數(shù)化建模,可以用參數(shù)建立起零件內(nèi)各特征之間的相互關(guān)系。同時,通過設(shè)計時設(shè)定的關(guān)聯(lián)參數(shù),實現(xiàn)相關(guān)部件的關(guān)聯(lián)改變,可以有效地減少設(shè)計改變的時間及成本,并維護設(shè)計的完整性。4.2.2 實體模型的建立對產(chǎn)品進行參數(shù)化建模，可以用參數(shù)建立起零件內(nèi)各特征之間的相互關(guān)系。同時，通過設(shè)計時設(shè)定的關(guān)聯(lián)參數(shù)，實

43、現(xiàn)相關(guān)部件的關(guān)聯(lián)改變，可以有效地減少設(shè)計改變的時間及成本，并維護設(shè)計的完整性。設(shè)計軟件采用UG/NX,基于自頂向下（Top-Down）原則對產(chǎn)品進行設(shè)計，根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)和UG/WAVE技術(shù)建立起零部件之間的幾何和位置的相關(guān)性。 本次設(shè)計建立的驅(qū)動橋殼模型如下：圖4-8 汽車驅(qū)動橋殼三維圖1圖4-9 汽車驅(qū)動橋殼三維圖25 基于UG/NX 的汽車驅(qū)動橋殼模態(tài)分析5.1 有限元方法概述5.1.1 有限元法的發(fā)展有限元法作為一種數(shù)值計算方法，它的產(chǎn)生和發(fā)展卻是首先在工程應(yīng)用中取得突破。固體力學(xué)中最早采用計算機進行數(shù)值計-箅的是桿系結(jié)構(gòu)力學(xué)，以桿件為單元，稱為矩陣位移法，它為有限元理論提供了思路。195

44、4年，ArgrisJH用系統(tǒng)的最小勢能原理得到了系統(tǒng)的剛度矩陣，使已經(jīng)成熟的桿件矩陣位移法可以用來分析連續(xù)介質(zhì)。1955年美國波音飛機制造公司的TurnerML和Clough，RW，在分析大型飛機結(jié)構(gòu)時，第一次采用直接剛度法給出了用三角形單元求解平面應(yīng)力問題的正確解答。1960年Clough正式提出了“有限元”(FiniteElement)的概念。進入20世紀(jì)80年代以后，有限元法在上面理論的指導(dǎo)下，其應(yīng)用已由彈性力學(xué)平面問題擴展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴展到穩(wěn)定問題、動力問題，從固體力學(xué)擴展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科，成為應(yīng)用廣泛的分析工具。由于有限元法特別適合于計算機程序編寫，因

45、此許多國家都編制了大型通用的有限元程序，如美國加利福尼亞大學(xué)研制的SAP軟件、麻省理工學(xué)院研制的ADINA軟件、美國國家航空與宇航局研制的NASTRAN軟件等。5.1.2 有限元法的基本理論有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）的基本概念是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的 (較簡單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問 題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計算精度高，而

46、且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 簡言之，有限元分析可分成三個階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結(jié)果。 經(jīng)過近50年的發(fā)展，有限元法的理論日趨完善，已經(jīng)開發(fā)出了一批通用和專用的有限元軟件。UG/有限元分析(UG/Scenario for FEA)是當(dāng)前國際上流行的有限元分析軟件?？偨Y(jié)的分析步驟為：1. 部件處理 ，如去掉不影響分析的特征、商標(biāo)等；2.網(wǎng)格劃分；3.部件添加材料屬性；4.添加受力、約束等（根據(jù)選擇解算器情況）；5.分析；6.后處理；7.報告。5.2 有限元

47、模型的建立5.2.1 有限元模型建立的具體步驟 在UG的CAE模塊中進行有限元分析，可以直接引用建立的Scenario 模型。通過模型準(zhǔn)備后簡化模型，可以有助于網(wǎng)格劃分，提高分析精度，縮短求解時間。 本次分析將以以下步驟進行：（1）在NX中，打開一部件文件。（2）啟動高級仿真應(yīng)用。為FEM和仿真文件規(guī)定默認求解器（設(shè)置環(huán)境，或語言）。也可以選擇先建立FEM文件，然后再建立仿真文件。（3）建立一解決方案。選擇求解器（本次分析用NX Nastran）、分析類型（如Structural）和解決方案類型（如Linear Statics）。（4）如果需要，理想化部件幾何體。一旦使理想化部件激活，可以移去

48、不需要的細節(jié)，如孔或圓角，分隔幾何體準(zhǔn)備實體網(wǎng)格劃分或建立中面。（5）使FEM文件激活，網(wǎng)格劃分幾何體。首先利用系統(tǒng)默認自動地網(wǎng)格化幾何體。在許多情況下系統(tǒng)默認提供一好的高質(zhì)量的網(wǎng)格，可無須修改使用。（6）檢查網(wǎng)格質(zhì)量。如果需要，可以用進一步理想化部件幾何體細化網(wǎng)格，此外在FEM中可以利用簡化工具，消除當(dāng)網(wǎng)格劃分模型時由CAD幾何體可能引起的不希望結(jié)果的問題。 （7）應(yīng)用一材料到網(wǎng)格。（8）當(dāng)對網(wǎng)格滿意時，使仿真文件激活、作用載荷與約束到模型。（9）求解模型。（10）在后處理中考察結(jié)果。5.2.2 有限元分析模型的建立1. 新建FEM與仿真部件。求解器為NX Nastran,分析類型為結(jié)構(gòu)分析

49、。如圖51所示。 圖5-1 新建FEM 創(chuàng)建結(jié)算結(jié)算方案，設(shè)置成迭代求解，默認溫度20度，圖52所示。 圖5-2 解算方案2. 理想化模型。由于部件三維模型中的細節(jié)將影響整個結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格分布，增加網(wǎng)格的數(shù)量，使模型過于復(fù)雜。因此，對三維模型去掉那些對分析影響不大的特征(如倒角、圓角等)和一些小孔。本次分析將直徑小于10mm的孔刪除，便于網(wǎng)格劃分。如圖53所示：圖5-3 理想化模型3.劃分3D網(wǎng)格。采用UG/Scenario for structure進行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格時選用四面體10節(jié)點單元(四面體10節(jié)點單元具有較高的剛度及計算精度)，全局單元尺寸大小為18.3，進行網(wǎng)格自動劃分，建立起橋

50、殼有限元網(wǎng)格模型，部件中共有41272個節(jié)點，20634個單元。如下圖： 圖5-4 3D網(wǎng)格劃分圖5-5 驅(qū)動橋殼網(wǎng)格模型4.填充材料。填充的材料為鋼（庫材料13），材料類型為各向同性，質(zhì)量密度為7.829e-006 kg/mm3。如圖5-6：圖5-6 填充材料5.3 橋殼結(jié)構(gòu)有限元分析5.3.1 有限元分析方案后橋是汽車中的重要部件，它承受著來自路面和懸架之間的一切力和力矩，是汽車中工作條件最惡劣的總成之一，如果設(shè)計不當(dāng)會造成嚴(yán)重的后果。為保證后橋設(shè)計的可行性和工作的可靠性，在設(shè)計過程中必須對其應(yīng)力分布、變形等進行計算和校核。進行分析、評估和校核的項目： (1)后橋殼垂直彎曲強度和剛度計算；

51、 (2)后橋總成模態(tài)分析，計算后橋殼總成的固有頻率及振型。橋殼的相關(guān)數(shù)據(jù)：驅(qū)動橋滿載后軸重為5.5T，簧距880mm，輪距1540mm，板簧座表面面積7000，橋殼本體材料選用09siVL-8鋼板，查看相關(guān)手冊，材料彈性模量E=5MPa，泊松比為0.3,屈服強度355MPa，屈服極限510-610MPa，材料密度為7850kg/。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，垂向載荷均取為橋殼滿載負荷的2.5倍，即為9.625MPa。 試驗數(shù)據(jù)： 滿載荷最大位移1.5mm。5.3.2 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 計算橋殼的垂直彎曲剛度和強度的方法是將后橋兩端固定，在彈簧座處施加載荷，將橋殼兩端6個自由度全部約束，在彈簧座處施加規(guī)定的載

52、荷。當(dāng)承受滿載軸荷時，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，橋殼最大變形量不超過1.5mm/m，承受2.5倍滿載軸荷時，橋殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形。1. 約束的施加該約束在后橋兩端半軸套管處施加，為固定約束,如圖5-7、圖5-9。圖5-7 約束的施加2.載荷的施加在彈簧座上施加靜力載荷；如圖5-8、圖5-9。圖5-8 載荷的施加 圖5-9 約束與載荷的施加根據(jù)建立的有限元分析模型，通過NASTRAN解算器，計算了部件在2.5倍滿載荷條件下的位移和應(yīng)力.如圖5-10、圖5-11： 圖5-10 滿載荷條件下的位移云圖圖5-11 滿載荷條件下的應(yīng)力云圖其結(jié)果如下：最大位移為2.301mm,最大應(yīng)力出現(xiàn)在半軸套管約束處，為6

53、44.7Mpa,每米輪距的變形量2.301mm/1.540m=1.493mm/m,小于規(guī)定的1.5mm/m,符合國家相關(guān)規(guī)定。從圖5-11可以看出，在橋殼方形截面與牙包過渡的地方，其應(yīng)力為275MPa左右，遠小于其許用應(yīng)力s。綜上分析,8mm厚度的橋殼本體是完全符合橋殼結(jié)構(gòu)強度要求的。5.3.3 驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)模態(tài)分析新建解算方法solution2，解算方案類型選semodes 103，如圖5-12。圖5-12 模態(tài)分析解算方法建立 改變橋殼本體厚度做模態(tài)分析，固有頻率結(jié)果如表1所示。（單位：hz）階 數(shù)厚 度8mm7mm6mm一階102.4103.6104.1二階150.7150.2151.4

54、三階232.4234.8236.4四階360.0365.9370.8五階417.9423.6430.6六階656.7668.2677.1七階692.6710.8730.5八階797.7796.8796.2九階855.4860.9866.0十階962.5932.4883.9表1 模態(tài)分析結(jié)果從上表可以看出，在厚度降低時，橋殼的低階固有頻率是在不斷地增加的，說明降低橋殼的厚度可以提高其低階固有頻率，從而提高橋殼剛度。圖5-13 一階模態(tài)云圖圖5-14 二階模態(tài)云圖圖5-15 三階模態(tài)云圖圖5-16 四階模態(tài)云圖圖5-17 五階模態(tài)云圖圖5-18 六階模態(tài)云圖圖5-19 七階模態(tài)云圖圖5-20 八階模態(tài)云圖圖5-21 九階模態(tài)云圖5.3.4 驅(qū)動橋殼的優(yōu)化設(shè)計以重量最小化為定義目標(biāo)，定義約束為許可