基于參數(shù)化設(shè)計的驅(qū)動橋殼有限元分析系統(tǒng)設(shè)計

1、基于參數(shù)化設(shè)計的驅(qū)動橋殼有限元分析系統(tǒng)設(shè)計一、前言 驅(qū)動橋殼是安裝主減速器、差速器、半軸、輪轂和懸架的基礎(chǔ)件，主要作用是支承并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等零部件。它和從動橋一起承受汽車質(zhì)量，使左、右驅(qū)動車輪的軸相對位置固定，汽車行駛時，承受驅(qū)動輪傳來 的各種反力、作用力和力矩，并通過懸架傳給車架。橋殼可被視為一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支承于車輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車彈簧上的載荷，而沿左右輪胎的中心線，地面給輪胎以反力(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。由于其形狀復(fù)雜、應(yīng)力計算困難，又要求具有足夠的強度和剛度，傳統(tǒng)設(shè)計方法不免有很多局限性。本文以某系列整體式橋殼為例

2、，利用軟件的二次開發(fā)功能便捷實現(xiàn)橋殼在某特定工況下的設(shè)計與分析。二、橋殼參數(shù)化的基本內(nèi)容1.設(shè)計目標(biāo)以沖擊載荷工況為例，由于橋殼在 承受最大鉛垂力時，危險斷面出現(xiàn)在鋼板彈簧座附近，因此以橋殼的輪距(方斷面長、圓斷面長)和斷面(高度、厚度)為參數(shù)化設(shè)計目標(biāo)。此時的彎曲應(yīng)力為(1)式中，G是汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷;B是驅(qū)動車輪輪距;s 是驅(qū)動橋殼上兩鋼板彈簧座中心 間的距離;kd是動載荷系數(shù)，對載貨汽車取2.5;Wv是橋殼在危險斷面處的垂向彎曲截面系數(shù)，如表所示。表 鋼板彈簧座附近的斷面形狀及截面系數(shù)2.參數(shù)化的基本方法橋殼參數(shù)化采用的是建立零件的參 數(shù)化數(shù)字模型，通過修改關(guān)鍵

3、尺寸參數(shù)的方法實現(xiàn)新零件模型建立和設(shè)計。首先在Pro/ENGINEER中建立驅(qū)動橋殼三維模型(如圖1所示)，提取鋼板彈簧座附近方形斷面和圓形斷面的尺寸變量，利用Visual Basic語言將用戶輸入的界面信息傳遞給相應(yīng)的變量，然后驅(qū)動再生進(jìn)程，進(jìn)行修改設(shè)計。圖2為Visual Basic設(shè)計的橋殼參數(shù)化界面。三、參數(shù)化的程序?qū)崿F(xiàn)方法1.軟件支持和設(shè)計思想Automation Gate way for Pro/ENGINEER Wildfire是基于Microsoft的ActiveX技術(shù)開發(fā)而成的，它允許Pro/ ENGINEER直接集成任何支持ActiveX的應(yīng)用軟件。Automation G

4、ateway允許開發(fā)者使用多種編程語言進(jìn)行開發(fā)工作。設(shè)計思想：在Visual Basic中建立 主窗體、橋殼窗體和橋殼類，橋殼窗體用來操作參數(shù)化界面，橋殼類用來修改界面?zhèn)鬟f的關(guān)鍵尺寸，主窗體用來聯(lián)系橋殼與其他零件。在Visual Basic中引用GWAX Rand Automation Gateway項，在橋殼類中聲明對象Public rgateway As New Gw ay AX，就可以通過對象Grate way操作 Pro/ENGINEER變量?？紤]到可擴展性，因此為每個零件單獨建類，方便數(shù)據(jù)管理，同時窗體和類一一對應(yīng)，完成窗體變量到類變量的實時數(shù)據(jù)傳遞。2.參數(shù)化流程和方法以圖2 所示

5、的設(shè)計界面中“修改圓 形斷面后的輪距”項為例，輸入修改參 數(shù)的數(shù)值為1870，點擊“確定并關(guān)閉” 按鈕后，程序?qū)凑杖鐖D3所示的流程完成設(shè)計任務(wù)。應(yīng)用 Model Retrieve () 和 Session Set Current Model()函數(shù)調(diào)出需 要修改的零件樣本，提取該零件要修改 尺寸對應(yīng)的變量，Param Set Value()函數(shù) 給這些變量賦值，關(guān)聯(lián)參數(shù)調(diào)整計算結(jié)束后，通過Param Set Value()完成數(shù)據(jù)的更新，并通過ModelRegenerate()更新模 型、再生零件，可完成新零件的設(shè)計。修改后的橋殼需進(jìn)行干涉檢驗，首 先將橋殼自動裝配到總成中，再檢驗裝配體干涉

6、情況。自動裝配的實現(xiàn)參考代碼為：l Gw Err = rgateway 1 . ModelRetrieve("csban.asm")l Gw Err = rgate way 1 . SessionSetCurrentModel("csban.asm")l Gw Err = rgate way 1 .ModelRetrieve("qiaoke.prt")lGwE rr = rgateway 1 . A smA dd Cons tr aint ( lID ( 1 ) , A LGN , " qiaok e . prt"

7、,"FRO NT","csban.asm/dongban. prt","FRONT", 0)lGwE rr = rgateway 1 . A smA ddCons tr aint ( lID ( 2 ) , A LGN , " qiaoke .prt","TOP","csban.asm/dongban.prt","TOP", 0)l Gw Err = rgate way 1 . AsmAddComponent(lID(4), "csban. as

8、m", "qiaoke.prt")調(diào)用 AsmAddConstraint()函數(shù)給要裝配的零件施加約束，再采用 AsmAddComponent()組裝，即可完成裝配。干涉檢驗：利用程序向Pro/ENGINEER 的中寫入宏操作代碼并執(zhí)行即可：WriteToFile"","mapkeyq MAPKEY_NAME全局涉;Selectmain_dlg_cur MenuBar11Analysis;", TrueWriteToFile"","ma

9、pkey(c ontinued)S elec tmain_dlg_curAnalysis.cas_na_geometry;", TrueSendKeys "q", True執(zhí)行以上代碼，可檢驗修改后的橋 殼是否與其他零件產(chǎn)生干涉，如干涉， 則應(yīng)根據(jù)干涉程度返回界面重新修改。 修改后的零件還需進(jìn)行有限元分析，進(jìn)一步驗證零件修改的可靠性。在已安裝ANSYS的機器上設(shè)置ANSYS與Pr o/ENGINEE R的連接，執(zhí)行 Send Keys"a",True，系統(tǒng)便會自動執(zhí)行類似干涉檢驗的一段代碼，從而將零件自動導(dǎo)入ANSYS，圖4為進(jìn)行有限元分析前的

10、工況選擇。四、橋殼有限元分析將三維模型導(dǎo)入到ANSYS后，選擇10節(jié)點的92號單元，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到15,149個單元，30,761個節(jié)點。有限元模型如圖5所示。該載貨汽車滿載軸荷G為0.98x105N，修改后的輪距B 為1.87m， 板簧間距為1.03m，橋殼材料為16MnL， 彈性模量為206GPa，泊松比為0.29。施加在兩個鋼板彈簧座上，最大垂 向力為：(2)(3) 式中：Z L、Z R是分別施加在左右鋼板彈簧上的載荷;a 是左邊鋼板彈簧座中 點與橋殼中央點的距離;b 是右邊鋼板彈 簧座中點與橋殼中央點的距離。由式(2 )和式(3)可以求得。沖擊載荷下橋殼的邊界條件：垂向力平均施

11、加到彈簧座上的各個節(jié)點，將 橋殼兩端車輪中心線處全部約束。將以上信息編寫為APDL命令流的方 式：在文本文件*.txt中進(jìn)行代碼編寫， 通過Sendkeys()函數(shù)把"/input,.,txt"發(fā)送到GUI界面中的命令窗口，進(jìn)行Pro/ENGINEER工作目錄下APDL命令流文本的調(diào)用，完成零件主要接觸面的應(yīng)力、應(yīng)變分析。圖6和圖7為選擇工況2后ANSYS從一 系列對應(yīng)不同工況的命令流文本中，選擇調(diào)用*.txt沖擊載荷命令流文本進(jìn)行修 改分析的結(jié)果。(1)變形分析：垂向位移最大值為0.3614mm。除去輪距得0.1933mm，此值小于每米輪距最大變形1.5mm(QC/ T534-1999)的要求。(2)應(yīng)力分析：在沖擊荷載作用下，其最大應(yīng)力值為165.69M Pa，發(fā)生在鋼板彈簧座附近。大部分部位的應(yīng)力值在36.82173.641M Pa之間，應(yīng)力集中部位的應(yīng)力值大約在128.