基于ansys的主減殼體分析

1、目 錄1 緒論11.1課題研究背景11.2 國(guó)內(nèi)外汽車研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)11.2.1國(guó)外汽車的發(fā)展11.2.2國(guó)內(nèi)汽車的發(fā)展21.3 本論文研究的主要內(nèi)容與技術(shù)方案31.4驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成31.4.1功用31.4.2組成31.4.3驅(qū)動(dòng)橋的類型51.5主減速器71.5.1功用71.5.2類型71.5.3主減速器的構(gòu)造與工作原理71.6驅(qū)動(dòng)橋殼91.6.1功用91.6.2分類91.7金杯SY6474的相關(guān)基本參數(shù)101.8有限元法基本原理111.8.1有限元法基本思想111.8.2有限元分析問(wèn)題的基本步驟111.8.3有限元網(wǎng)格劃分方法與基本原理121.8.4有限元法的優(yōu)點(diǎn)151.9計(jì)算機(jī)軟件的

2、選擇151.9.1ANSYS軟件簡(jiǎn)介151.9.2PRO/E軟件簡(jiǎn)介162 汽車主減速器殼的建模182.1主減速器殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)182.2利用PRO/E實(shí)現(xiàn)主減速器殼的三維建模182.2.1 生成底部造型182.2.2生成頂部造型192.2.3處理內(nèi)部細(xì)節(jié)212.2.4完成主減速器殼的三維造型222.3PRO/E文件導(dǎo)入ANSYS233汽車主減速器殼的靜力分析253.1結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析概述253.2主減速器殼的靜力分析253.2.1模型參數(shù)253.2.2網(wǎng)格劃分253.2.3約束和載荷283.2.4主減速器殼靜力分析結(jié)果評(píng)價(jià)294主減速器殼的模態(tài)分析354.1模態(tài)分析的概述354.2主減速器殼的模

3、態(tài)分析354.2.1模型參數(shù)354.2.2網(wǎng)格劃分354.2.3約束364.2.4汽車主減速器殼的模態(tài)分析結(jié)果評(píng)價(jià)374.3改進(jìn)方案405 結(jié)論44謝辭45參考文獻(xiàn)46外文資料481 緒論1.1課題研究背景自從世界上誕生第一輛汽車以來(lái)，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人類文明史上科技進(jìn)步的一大標(biāo)志。改革開(kāi)放以來(lái)，特別是近幾年我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。目前已經(jīng)成為世界第三大汽車生產(chǎn)國(guó)和汽車消費(fèi)國(guó)，盡管如此，與國(guó)際汽車產(chǎn)業(yè)先進(jìn)水平相比，中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)所具備的競(jìng)爭(zhēng)力尚不夠全面，中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)與世界汽車強(qiáng)國(guó)在若干指標(biāo)上有較大差距。隨著入世以后各種保護(hù)性措施的取消，中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)會(huì)面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。中國(guó)要

4、成為真正的世界汽車強(qiáng)國(guó)關(guān)鍵是要充分發(fā)揮制造業(yè)和汽車工業(yè)的規(guī)模優(yōu)勢(shì)；努力增強(qiáng)產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力；形成自己的技術(shù)特色和車型特色。主減速器（或叫主傳動(dòng)）是汽車驅(qū)動(dòng)橋的重要組成部分，主要由主動(dòng)螺旋傘齒輪組件、主減速器殼體（也有的叫托架）組件、差速器組件和從動(dòng)螺旋傘齒輪組件等零部件組成，其主要功能是降低傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速、增大傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)矩并改變轉(zhuǎn)矩的方向，把縱置發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞到橫置的兩根驅(qū)動(dòng)橋的半軸上。其中，主減速器殼體組件為汽車底盤重要零件之一，主要對(duì)差速器組件及主、從動(dòng)螺旋傘齒輪組件起定位和支承作用。在汽車行駛的過(guò)程當(dāng)中，主減速器殼主要承受軸承傳遞的徑向和軸向力，是一個(gè)結(jié)構(gòu)和受力復(fù)雜的組件。

5、它不僅要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，而且殼體的結(jié)構(gòu)特性對(duì)汽車的安全性影響很大。日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家在汽車主減速器殼的開(kāi)發(fā)中普遍采用有限元分析、虛擬實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)測(cè)試等現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析技術(shù)，設(shè)計(jì)制造的汽車在性能穩(wěn)定性、可靠性方面有明顯優(yōu)勢(shì)。而我國(guó)主減速器殼的開(kāi)發(fā)技術(shù)還是個(gè)空白，各個(gè)汽車企業(yè)只有仿造和局部修改，不具備開(kāi)發(fā)能力和手段。對(duì)主減速器殼的結(jié)構(gòu)有限元分析、動(dòng)態(tài)模擬仿真、動(dòng)態(tài)測(cè)試都沒(méi)有開(kāi)展，對(duì)殼體的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)特征心中無(wú)數(shù)，憑經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)進(jìn)行模仿修改設(shè)計(jì)，與國(guó)際水平差距很大。主減速器殼的疲勞受損和磨損成為長(zhǎng)期困擾我國(guó)汽車制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的瓶頸。殼體受損主要是受傳動(dòng)系的振動(dòng)，行駛過(guò)程中路面激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)等多種

6、因素綜合影響形成，這就需要對(duì)殼體進(jìn)行理論分析，實(shí)驗(yàn)研究及路試在線測(cè)試。日本汽車工業(yè)也經(jīng)歷過(guò)從仿制到自主開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的過(guò)程，而成為當(dāng)今世界汽車高技術(shù)的代表，我國(guó)汽車工業(yè)現(xiàn)處于后仿之階段，必須盡快走向自主開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，通過(guò)汽車企業(yè)與高校、科研院所的緊密結(jié)合，建立多層次的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)體系和高水平的汽車共性技術(shù)研究、實(shí)驗(yàn)、開(kāi)發(fā)平臺(tái)。這不僅是世界汽車技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)，也是我國(guó)汽車工業(yè)走向自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的必由之路。1.2 國(guó)內(nèi)外汽車研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.2.1國(guó)外汽車的發(fā)展汽車是數(shù)量最多、最普及、活動(dòng)范圍最廣泛、運(yùn)輸量最大的現(xiàn)代化交通工具。沒(méi)有哪種機(jī)械產(chǎn)品像汽車那樣對(duì)社會(huì)產(chǎn)生如此廣泛而深遠(yuǎn)的影響。汽車雖然誕生在歐

7、洲，但從20世紀(jì)初至70年代數(shù)10年間，美國(guó)汽車工業(yè)一直遙遙領(lǐng)先。日本汽車工業(yè)在60、70年代迅猛發(fā)展，后來(lái)者后上，先后超過(guò)意、英、法、德等老牌汽車工業(yè)國(guó)，并曾于1980-1993年期間超過(guò)美國(guó)而躍居世界第一位。在國(guó)際汽車市場(chǎng)上，各生產(chǎn)廠家都面臨巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。用戶對(duì)質(zhì)量、舒適度和安全性都提出了高標(biāo)準(zhǔn)的要求。這實(shí)際上就是要求設(shè)計(jì)的汽車恰如其分地適合不同的用途，并以有競(jìng)爭(zhēng)性的成本和速度制造出來(lái)。只有這樣，一個(gè)汽車廠才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。所以，當(dāng)對(duì)成本問(wèn)題給予應(yīng)有的考慮時(shí)，也應(yīng)該探索革新和采用現(xiàn)代化制造技術(shù)的可能性，以便使新生產(chǎn)出的各種型號(hào)的汽車都能達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)率和多品種的目標(biāo)。同時(shí)，也應(yīng)

8、滿足縮短試制周期的需要。這就要求能在更短的時(shí)間內(nèi)，完成全部的更為復(fù)雜的制造工藝過(guò)程。因此，發(fā)展的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的計(jì)算機(jī)輔助工藝計(jì)劃、控制和管理，并采用自動(dòng)化的生產(chǎn)系統(tǒng)，以使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到高度的一致性。自動(dòng)化的生產(chǎn)控制和質(zhì)量管理系統(tǒng)，可提供有關(guān)制造狀況的最新數(shù)據(jù)，并能直接指出制造故障的原因。1.2.2國(guó)內(nèi)汽車的發(fā)展到2005年，我國(guó)汽車品牌總數(shù)為355個(gè)，其中自主品牌為245個(gè)，占總品牌數(shù)69%。2005年國(guó)內(nèi)自主品牌汽車市場(chǎng)份額為62.9%，比2004年上升了3.4%，合資品牌市場(chǎng)份額31.7%，比2004年下降到9.4%。總體上看，自主品牌的汽車已經(jīng)占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，特別是在載重汽車和客車方

9、面更為明顯。2005年汽車銷量為575.82萬(wàn)輛，自主品牌銷量為 362.19萬(wàn)輛，占總銷量的62.9% 。在載貨車上，自主品牌的優(yōu)勢(shì)在于中型載貨汽車上，國(guó)際上中型載貨汽車不屬重要產(chǎn)品，產(chǎn)量很低，我國(guó)由于地區(qū)廣闊，農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)需求很大，所以這方面優(yōu)勢(shì)仍會(huì)保持發(fā)展下去。在客車上自主品牌的產(chǎn)銷量已居絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榭蛙嚮旧蠈儆趧趧?dòng)密集型和科技型并存的產(chǎn)品，國(guó)際上已將客車制造轉(zhuǎn)向發(fā)展中國(guó)家，所以逐步的造就了中國(guó)成為客車產(chǎn)量居世界第一的大國(guó)地位，而且客車的研發(fā)能力也比較好，可以說(shuō)已接近于國(guó)際先進(jìn)國(guó)家的水平。但載重汽車和客車產(chǎn)業(yè)主要問(wèn)題在于底盤的水平還比較低，和國(guó)際先進(jìn)水平還有不少差距，還要一些關(guān)鍵零

10、部件也是這樣，這是我們努力改進(jìn)的方向，特別對(duì)大的重型貨車我們與國(guó)際水平差距仍較大。我國(guó)汽車產(chǎn)品的品種檔次、技術(shù)含量與急劇增長(zhǎng)的產(chǎn)量相比不協(xié)調(diào)，且汽車企業(yè)尚未形成自主的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。我們必須抓住機(jī)遇，努力提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，開(kāi)發(fā)出具有自己特色的過(guò)硬品牌，縮小同世界先進(jìn)技術(shù)水平的差距2。1.3 本論文研究的主要內(nèi)容與技術(shù)方案本課題基于有限元分析軟件ANSYS和PRO/E平臺(tái)，對(duì)金杯SY6474汽車主減速器殼進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析。技術(shù)方案流程圖，如圖1-1所示。具體的方案如下： 研究金杯SY6474汽車主減速器殼的相關(guān)技術(shù)參數(shù)、模型特點(diǎn)，基于有限元分析軟件ANSYS和PRO/E平臺(tái)，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析

11、有限元分析結(jié)果評(píng)價(jià)主減速器殼PRO/E模型，圖1-1 技術(shù)方案流程圖（1）金杯SY6474汽車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，和研究主減速器殼模型特點(diǎn)，為分析提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)；（2）存在最大靜載荷時(shí)，對(duì)殼體進(jìn)行靜力學(xué)分析，分析結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變和變形位移的分布規(guī)律，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度較核；（3）利用有限元方法對(duì)主減速器殼進(jìn)行模態(tài)分析，分析出它的振動(dòng)特性，找出振動(dòng)中危險(xiǎn)的位置；（4）綜合以上的分析結(jié)果，對(duì)主減速器殼的結(jié)構(gòu)提出相關(guān)的修改方案，以使汽車主減速器殼體的結(jié)構(gòu)趨于合理達(dá)到優(yōu)化的目的。1.4驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成1.4.1功用驅(qū)動(dòng)橋由主減速器、差速器、半軸及驅(qū)動(dòng)橋殼組成。驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是

12、增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，改變動(dòng)力傳遞方向，并將動(dòng)力合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，使汽車行駛，并允許左右驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、縱向力和橫向力。1.4.2組成驅(qū)動(dòng)橋主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。(1）主減速器主減速器一般用來(lái)改變傳動(dòng)方向，降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，保證汽車有足夠的驅(qū)動(dòng)力和適當(dāng)?shù)乃倨?。主減速器類型較多，有單級(jí)、雙級(jí)、雙速、輪邊減速器等。1）單級(jí)主減速器由一對(duì)減速齒輪實(shí)現(xiàn)減速的裝置，稱為單級(jí)減速器。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重 量輕，東風(fēng)BQl090型等輕、中型載重汽車上應(yīng)用廣泛。2）雙級(jí)主減速器對(duì)一些載重較大的載重汽車，要求較大的減速比

13、，用單級(jí)主減速器傳動(dòng)，則從動(dòng)齒輪的直徑就必須增大，會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙，所以采用兩次減速。通常稱為雙級(jí)減速器。雙級(jí)減速器有兩組減速齒輪，實(shí)現(xiàn)兩次減速增扭。為提高錐形齒輪副的嚙合平穩(wěn)性和強(qiáng)度，第一級(jí)減速齒輪副是螺旋錐齒輪。二級(jí)齒輪副是斜齒圓柱齒輪。主動(dòng)圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)從動(dòng)圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，從而完成一級(jí)減速。第二級(jí)減速的主動(dòng)圓柱齒輪與從動(dòng)圓錐齒輪同軸而一起旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)從動(dòng)圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第二級(jí)減速。因從動(dòng)圓柱齒輪安裝于差速器外殼上，所以，當(dāng)從動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)差速器和半軸即驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)差速器差速器用以連接左右半軸，可使兩側(cè)車輪以不同角速度旋轉(zhuǎn)同時(shí)傳遞扭矩保證車輪的正常滾動(dòng)。有的多橋驅(qū)

14、動(dòng)的汽車，在分動(dòng)器內(nèi)或在貫通式傳動(dòng)軸間也裝有差速器，稱為橋間差速器。其作用是在汽車轉(zhuǎn)彎或在不平坦的路上行駛時(shí)，使前后驅(qū)動(dòng)車輪之間產(chǎn)生差速作用。目前國(guó)產(chǎn)轎車及其它類汽車基本都采用了對(duì)稱式錐齒輪普通差速器。對(duì)稱式錐齒輪差速器由行星齒輪、半軸齒輪、行星齒輪軸（十字軸或一根直銷軸）和差速器殼等組成。目前大多數(shù)汽車采用行星齒輪式差速器，普通錐齒輪差速器由兩個(gè)或四個(gè)圓錐行星齒輪、行星齒輪軸、兩個(gè)圓錐半軸齒輪和左右差速器殼等組成。（3）半軸半軸是將差速器傳來(lái)的扭矩再傳給車輪，驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)汽車行駛的實(shí)心軸。由于輪轂的安裝結(jié)構(gòu)不同，而半軸的受力情況也不同。所以，半軸分為全浮式、半浮式、34浮式三種型式。1

15、）全浮式半軸 一般大、中型汽車均采用全浮式結(jié)構(gòu)。 半軸的內(nèi)端用花鍵與差速器的半軸齒輪相連接，半軸的外端鍛出凸緣，用螺栓和輪轂連接。輪轂通過(guò)兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的圓錐滾子軸承文承在半軸套管上。半軸套管與后橋殼壓配成一體，組成驅(qū)動(dòng)橋殼。用這樣的支承形式，半軸與橋殼沒(méi)有直接聯(lián)系，使半軸只承受驅(qū)動(dòng)扭矩而不承受任何彎矩，這種半軸稱為“全浮式”半軸。所謂“浮”意即半軸不受彎曲載荷。全浮式半軸，外端為凸緣盤與軸制成一體。但也有一些載重汽車把凸緣制成單獨(dú)零件，并借花鍵套合在半軸外端。因而，半軸的兩端都是花鍵，可以換頭使用。2）半浮式半軸半浮式半軸的內(nèi)端與全浮式的一樣，不承受彎扭。其外端通過(guò)一個(gè)軸承直接支承在半軸外殼的

16、內(nèi)側(cè)。這種支承方式將使半軸外端承受彎矩。因此，這種半袖除傳遞扭矩外，還局部地承受彎矩，故稱為半浮式半軸。這種結(jié)構(gòu)型式主要用于小客車。其半軸內(nèi)端不受彎矩，而外端卻要承受全部彎矩，所以稱為半浮式支承。3）34浮式半軸 34浮式半軸是受彎矩的程度介于半浮式和全浮式之間。此式半軸目前應(yīng)用不多，只在個(gè)別小臥車上應(yīng)用，如華沙M20型汽車。（4）橋殼1） 整體式橋殼整體式橋殼因強(qiáng)度和剛度性能好，便于主減速器的安裝、調(diào)整和維修，而得到廣泛應(yīng)用。整體式橋殼因制造方法不同，可分為整體鑄造式、中段鑄造壓入鋼管式和鋼板沖壓焊接式等。2） 分段式驅(qū)動(dòng)橋殼分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓1將兩段連成一體。分段式橋殼比較易于

17、鑄造和加工。1.4.3驅(qū)動(dòng)橋的類型驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性29。（1）非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪

18、上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高

19、度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型載貨汽車上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無(wú)聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車的總體布置很方便。（2）斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒(méi)有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開(kāi)式的。

20、另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫梁或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平

21、路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見(jiàn)于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。（3）多橋驅(qū)動(dòng)的布置為了提高裝載量和通過(guò)性，有些重型汽車及全部中型以上的越野汽車都是采用多橋驅(qū)動(dòng)，常采用的有44、66、88等驅(qū)動(dòng)型式。在多橋驅(qū)動(dòng)的情況下，動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動(dòng)力傳遞方式，多橋驅(qū)動(dòng)汽車各驅(qū)動(dòng)橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳

22、給各驅(qū)動(dòng)橋，需分別由分動(dòng)器經(jīng)各驅(qū)動(dòng)橋自己專用的傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力，這樣不僅使傳動(dòng)軸的數(shù)量增多，且造成各驅(qū)動(dòng)橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。而對(duì)88汽車來(lái)說(shuō)，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難于布置了。為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車都是采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置型式。在貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置中，各橋的傳動(dòng)軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi)，并且各驅(qū)動(dòng)橋不是分別用自己的傳動(dòng)軸與分動(dòng)器直接聯(lián)接，而是位于分動(dòng)器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動(dòng)軸，是串聯(lián)布置的。汽車前后兩端的驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力，是經(jīng)分動(dòng)器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點(diǎn)是，不僅減少了傳動(dòng)軸的數(shù)量，而且提高了各驅(qū)動(dòng)橋零件的相互通用性，并且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、減小

23、了體積和質(zhì)量。這對(duì)于汽車的設(shè)計(jì)(如汽車的變型)、制造和維修，都帶來(lái)方便。1.5主減速器1.5.1功用主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車來(lái)說(shuō)，主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向29。汽車正常行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在2000至3000r/min左右，如果將這么高的轉(zhuǎn)速只靠變速箱來(lái)降低下來(lái)，那么變速箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比則需很大，而齒輪副的傳動(dòng)比越大，兩齒輪的半徑比也越大，換句話說(shuō)，也就是變速箱的尺寸會(huì)越大。另外，轉(zhuǎn)速下降，而扭矩必然增加，也就加大了變速箱與變速箱后一級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)負(fù)荷。所以，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器，可使主減速器前面

24、的傳動(dòng)部件如變速箱、分動(dòng)器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置等傳遞的扭矩減小，也可變速箱的尺寸質(zhì)量減小，操縱省力。1.5.2類型按參加傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目，可分為單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器。有些重型汽車又將雙級(jí)式主減速器的第二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)裝置設(shè)置在兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪處，稱為輪邊減速器。按主減速器的傳動(dòng)速比個(gè)數(shù)，可分為單速式和雙速式主減速器。單速式的傳動(dòng)比是一定值，而雙速式則有兩個(gè)傳動(dòng)比(即兩條傳動(dòng)路線)供駕駛員選擇。按齒輪副結(jié)構(gòu)形式，可分為圓柱齒輪式(又可分為定軸輪系和行星輪系)主減速器和圓錐齒輪式（又可分為螺旋錐齒輪式和雙曲面錐齒輪式)主減速器。1.5.3主減速器的構(gòu)造與工作原理（1）單級(jí)主減速器 應(yīng)用：轎車和一般輕

25、、中型貨車特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、傳動(dòng)效率高圖2-1單級(jí)主減速器構(gòu)造及工作情況：萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳來(lái)的動(dòng)力由叉形凸緣經(jīng)花鍵傳給主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪，減速變向后，通過(guò)螺栓傳給差速器殼，由差速器傳給兩側(cè)半軸驅(qū)動(dòng)齒輪。結(jié)構(gòu)分析1）主動(dòng)錐齒輪的支承型式有跨置式和懸臂式2）從動(dòng)錐齒輪的安裝及其支承裝置3）主減速器的調(diào)整裝置(a)軸承預(yù)緊度的調(diào)整主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度多用墊片來(lái)調(diào)整從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度有調(diào)整螺母調(diào)整和墊片調(diào)整(b)齒輪嚙合印痕和間隙調(diào)整4）錐齒輪的類型（2）雙級(jí)主減速器圖2-2雙級(jí)主減速器 圖2-3輪邊減速器在一些減速比比較大的減速器常常采用，第一級(jí)為錐齒輪傳動(dòng)，第二級(jí)為圓柱斜齒輪傳動(dòng)。雙

26、級(jí)主減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1）第一級(jí)為圓錐齒輪傳動(dòng)，其調(diào)整裝置與單級(jí)主減速器類同；2）由于雙級(jí)減速，減小了從動(dòng)錐齒輪的尺寸，其背面一般不需要止推裝置；3）第二級(jí)為圓柱齒輪傳動(dòng)，圓柱齒輪多采用斜齒或人字齒，傳動(dòng)平穩(wěn)；4）雙級(jí)主減速器的減速比為兩對(duì)副減速比的乘積。（3）輪邊減速器1）應(yīng)用于重型載貨車、越野汽車或大型客車上。2）一般將雙級(jí)主減速器中的第二級(jí)減速齒輪機(jī)構(gòu)制成同樣的兩套，分別安裝在兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪的近旁，稱為輪邊減速器。3）特點(diǎn)：較大的主傳動(dòng)比和較大的離地間隙，半軸和差速器等零件尺寸減??；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高（4）雙速主減速器1）為充分提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，有些汽車裝用具有兩擋傳動(dòng)比的主減

27、速器。2）常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式由一對(duì)圓錐齒輪和一個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)組成。齒圈和從動(dòng)錐齒輪連成一體，行星架則與差速器的殼體剛性地連接。3）動(dòng)力由錐齒輪副經(jīng)行星齒輪機(jī)構(gòu)傳給差速器，最后由半軸傳輸給驅(qū)動(dòng)輪圖2-4雙速主減速器1.6驅(qū)動(dòng)橋殼驅(qū)動(dòng)橋殼是安裝主減速器、差速器、半軸、輪轂和懸架的基礎(chǔ)件，同時(shí)，它又是行駛系的主要組成件之一。1.6.1功用支承并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等；與從動(dòng)橋一起，支承車架及其上的各總成重量；承受各種反力及力矩，經(jīng)懸架傳給車架29。1.6.2分類1）整體式特點(diǎn)：強(qiáng)度、剛度較大，且檢查、拆裝和調(diào)整主減速器、差速器方便，普遍應(yīng)用于各類汽車上。2）分段式特點(diǎn)：易于鑄造，加工方便，但維護(hù)不

28、便，目前已很少使用。圖2-5整體式橋殼 圖2-6分段式橋殼1.7金杯SY6474的相關(guān)基本參數(shù)SY6475A車用發(fā)動(dòng)機(jī)為SY492Q-2型發(fā)動(dòng)機(jī)，其性能參數(shù)如下：型式：四沖程、水冷、直列、頂置氣門、化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)。燃油種類：90號(hào)汽油GB484工作容積：2.237L缸徑及活塞行程：91mm86mm壓縮比：8.8：1最大功率：64kW/(4000-4500r/min)最大扭矩：175Nm/(2800-3200r/min)底盤及電器部分的技術(shù)參數(shù)為： 離合器：SY6474為單片、干式、液壓操縱； 變速器：金杯SY6474輕型客車采用的是四速變速器，四檔全同步器，四個(gè)檔位的速比為3.835，2.32

29、7，1.397，1.0，倒檔速比為4.251。傳動(dòng)軸：采用管狀、開(kāi)式、滾針軸承萬(wàn)向節(jié)。驅(qū)動(dòng)橋(后橋)：主減速器為雙曲線圓錐齒輪，主減速比為5.375，差速器為對(duì)稱錐齒輪輪間差速器，并采用全浮式半軸。轉(zhuǎn)向器：均采用循環(huán)球齒條齒扇式。懸架：前后懸架均采用縱置、半橢圓形鋼板彈簧，減振器為液力雙向作用筒式。制動(dòng)系統(tǒng)：均采用帶真空助力器的雙回路制動(dòng)系統(tǒng)。金杯SY6474輕型客車的前制動(dòng)器為雙領(lǐng)浮蹄、后制動(dòng)器為領(lǐng)從浮蹄鼓式制動(dòng)器。輪胎與輪輞：輪胎規(guī)格為6.50R16.8層級(jí)，輪輞規(guī)格為5.00EX16規(guī)格。輪胎氣壓為(34310)kPa。電器設(shè)備：采用負(fù)極搭鐵線路系統(tǒng)。蓄電池型號(hào)為6-QA-90，容量為9

30、0Ah。SY6474的起動(dòng)機(jī)型號(hào)為312型，電壓與功率分別為1.2V和1.lkW；發(fā)電機(jī)為JF系列型整流交流發(fā)電機(jī)。1.8有限元法基本原理1.8.1有限元法基本思想有限元的基本思想是：將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連續(xù)的一組單元的集合體，同時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在第一單元中假設(shè)一插值函數(shù)以求表示單元中中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律，進(jìn)而將一個(gè)連續(xù)域中的無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問(wèn)題3。1.8.2有限元分析問(wèn)題的基本步驟有限元法分析問(wèn)題的基本步驟26：(1)結(jié)構(gòu)的離散化。離散化就是將要分析的結(jié)構(gòu)分割成有限個(gè)單元體，并在單

31、元體的指定點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)，使相鄰單元的有關(guān)系數(shù)具有一定的連續(xù)性，并構(gòu)成一個(gè)單元的集合體以代替原來(lái)的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)離散化時(shí)，劃分的單元大小和數(shù)目應(yīng)根據(jù)計(jì)算精度的要求和計(jì)算機(jī)的容量來(lái)決定。(2)選擇位移差值函數(shù)。為了能用節(jié)點(diǎn)位移表示單元體的位移、應(yīng)變和應(yīng)力，在分析連續(xù)體問(wèn)題時(shí)，必須對(duì)單元中位移的分布作一定的假設(shè)，即假定位移是坐標(biāo)的某個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)。選擇適當(dāng)?shù)奈灰坪瘮?shù)是有限單元法分析中的關(guān)鍵。通常采用多項(xiàng)式作為位移函數(shù)。(3)分析單元的力學(xué)特性。利用幾何方程、結(jié)構(gòu)方程和變分原理最終得到單位剛度矩陣。(4)集合所有單元的平衡方程，建立整體結(jié)構(gòu)的平衡方程。先將各個(gè)單元?jiǎng)偠染仃嚭铣烧w剛度矩陣，然后將各單元的等效節(jié)

32、點(diǎn)力列陣集合成總的載荷列陣。(5)由平衡方程組求解未知節(jié)點(diǎn)位移和計(jì)算單元應(yīng)力。對(duì)于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問(wèn)題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運(yùn)算求解不同26。有限元求解問(wèn)題的基本步驟如下：（1）問(wèn)題及求解域定義。根據(jù)實(shí)際問(wèn)題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。（2）求解域離散化。將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越小(網(wǎng)絡(luò)越細(xì))則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。（3）確定狀態(tài)變量及控制方法。一個(gè)具體的物理問(wèn)題通?？梢杂靡唤M包含

33、問(wèn)題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價(jià)的泛函形式。（4）單元推導(dǎo)。對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣(結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣)。為保證問(wèn)題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。對(duì)工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時(shí)不僅精度低，而且有缺陷的危險(xiǎn)，將導(dǎo)致無(wú)法求解。（5）總裝求解。將單元總裝形成離散域的總矩陣方程(聯(lián)合方程組)反映對(duì)近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定

34、的連續(xù)條件。總裝是在相鄰單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)(可能的話)連續(xù)性建立在結(jié)點(diǎn)處。（6）聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋。有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、迭代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過(guò)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來(lái)評(píng)價(jià)并確定是否需要重復(fù)計(jì)算。1.8.3有限元網(wǎng)格劃分方法與基本原理1有限元網(wǎng)格劃分的指導(dǎo)思想有限元網(wǎng)格劃分的指導(dǎo)思想是首先進(jìn)行總體模型規(guī)劃，包括物理模型的構(gòu)造、單元類型的選擇、網(wǎng)格密度的確定等多方面的內(nèi)容。在網(wǎng)格劃分和初步求解時(shí)，做到先簡(jiǎn)單后復(fù)雜，先粗后精，2D單元和3D單元合理搭配使用。為提高求解的效率要充分利用重

35、復(fù)與對(duì)稱等特征，由于工程結(jié)構(gòu)一般具有重復(fù)對(duì)稱或軸對(duì)稱、鏡象對(duì)稱等特點(diǎn)，采用子結(jié)構(gòu)或?qū)ΨQ模型可以提高求解的效率和精度。利用軸對(duì)稱或子結(jié)構(gòu)時(shí)要注意場(chǎng)合，如在進(jìn)行模態(tài)分析、屈曲分析整體求解時(shí)，則應(yīng)采用整體模型，同時(shí)選擇合理的起點(diǎn)并設(shè)置合理的坐標(biāo)系，可以提高求解的精度和效率，例如，軸對(duì)稱場(chǎng)合多采用柱坐標(biāo)系。有限元分析的精度和效率與單元的密度和幾何形狀有著密切的關(guān)系，按照相應(yīng)的誤差準(zhǔn)則和網(wǎng)格疏密程度，避免網(wǎng)格的畸形。在網(wǎng)格重劃分過(guò)程中常采用曲率控制、單元尺寸與數(shù)量控制、穿透控制等控制準(zhǔn)則。在選用單元時(shí)要注意剪力自鎖、沙漏和網(wǎng)格扭曲、不可壓縮材料的體積自鎖等問(wèn)題。典型有限元軟件平臺(tái)都提供網(wǎng)格映射劃分和自由

36、適應(yīng)劃分的策略。映射劃分（Mapped/IsoMesh）用于曲線、曲面、實(shí)體的網(wǎng)格劃分方法，可使用三角形、四邊形、四面體、五面體和六面體，通過(guò)指定單元邊長(zhǎng)、網(wǎng)格數(shù)量等參數(shù)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行嚴(yán)格控制，映射劃分只用于規(guī)則的幾何圖素，對(duì)于裁剪曲面或者空間自由曲面等復(fù)雜幾何體則難以控制。自由網(wǎng)格劃分（Free/Pavers）用于空間自由曲面和復(fù)雜實(shí)體，采用三角形、四邊形、四面體進(jìn)行劃分，采用網(wǎng)格數(shù)量、邊長(zhǎng)及曲率來(lái)控制網(wǎng)格的質(zhì)量。例如，在MSC.MARC中，其轉(zhuǎn)換（Convert）用法是幾何模型轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格模型，點(diǎn)轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)，曲線轉(zhuǎn)換為線單元，面轉(zhuǎn)換為三角形、四邊形等。網(wǎng)格自動(dòng)劃分（Auto Mesh）則是在任意

37、曲面上生成三角形或者四邊形，對(duì)任意幾何體生成四面體或者六面體。網(wǎng)格重劃分（Remesh）是在每一步計(jì)算過(guò)程中，檢查各單元法向來(lái)判定各區(qū)域的曲率變化情況，在曲率較大變形劇烈的區(qū)域單元，進(jìn)行網(wǎng)格加密重新劃分，如此循環(huán)直到滿足網(wǎng)格單元的曲率要求為止。網(wǎng)格重劃分的思想是通過(guò)網(wǎng)格加密的方法來(lái)提高分析的精度和效率。網(wǎng)格自適應(yīng)劃分（Adaptive Refinement）的思想是在計(jì)算步中，升高不滿足分析條件的低階單元的階次來(lái)提高分析的精度和效率，應(yīng)用比較廣泛。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分必須采用適當(dāng)?shù)膯卧?，在保證單元階次的基礎(chǔ)上，原本已形成的單元?jiǎng)偠染仃嚨忍匦员３植蛔?，才能同時(shí)提高精度和效率。階譜單元（Hierarch

38、ical Element）充分發(fā)揮了自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算中通過(guò)不斷增加初始單元的邊上的節(jié)點(diǎn)數(shù)，從而使單元插值函數(shù)的階次在前一階的基礎(chǔ)上不斷增加，通過(guò)引入新增節(jié)點(diǎn)的插值函數(shù)來(lái)提高求解的精度和效率。例如，三節(jié)點(diǎn)三角形單元升為六節(jié)點(diǎn)三角形單元，四節(jié)點(diǎn)四邊形單元升階為8節(jié)點(diǎn)四邊形單元，四節(jié)點(diǎn)四面體單元升階為8節(jié)點(diǎn)、10節(jié)點(diǎn)、20節(jié)點(diǎn)四面體。2有限元網(wǎng)格劃分的基本方法有限元網(wǎng)格劃分方法有兩種，對(duì)于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)多采用直接建立單元模型的網(wǎng)格直接生成法，當(dāng)對(duì)象比較復(fù)雜時(shí)，多通過(guò)幾何自動(dòng)生成法來(lái)完成，即在幾何元素描述的物理基礎(chǔ)上自動(dòng)離散成有限單元。有限元單元可以按幾何維數(shù)劃分為一維、二維和三維單元，而在實(shí)

39、際應(yīng)用中采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單元，包括常用的質(zhì)量單元、彈簧元、桿與梁管單元、平面三角形單元、平面四邊形單元、膜單元、等參單元、殼單元和三維實(shí)體單元。有限元網(wǎng)格劃分，對(duì)于二維平面、三維曲面和三維實(shí)體網(wǎng)格有以下幾種劃分方法：（1）覆蓋法：基于四邊形的網(wǎng)格劃分，要求網(wǎng)格劃分的平面或曲面必須是完整裁減曲面，該曲面邊界必須是裁減曲線；（2）前沿法：通過(guò)把曲面等參變換到二維空間進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后映射到三維空間曲面上，把曲面劃分成完全的四邊形單元或三角形單元；（3）Delaunay三角形法：主要用于由至少一條封閉曲線所圍成的單連通域或多連通域內(nèi)生成三角形單元，趨向于等邊三角形。充分考慮了幾何形狀中細(xì)微的幾何特征，并

40、在微小特征處劃分成較細(xì)的單元，在不需要密網(wǎng)格處，采用稀疏單元網(wǎng)格。（4）轉(zhuǎn)換擴(kuò)展法：針對(duì)曲面幾何形狀比較規(guī)則的幾何區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其網(wǎng)格生成速度快，網(wǎng)格質(zhì)量高。由節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展為線單元，從線單元生成平面二維單元，從二維單元生成三維單元。它不僅僅用于三維網(wǎng)格的生成，同時(shí)可進(jìn)行一維、二維網(wǎng)格和幾何體的生成，包括移動(dòng)、鏡像、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描三維實(shí)體的擴(kuò)展方式、擴(kuò)展系數(shù)和擴(kuò)展方向。3網(wǎng)格質(zhì)量的評(píng)估單元的質(zhì)量和數(shù)量對(duì)求解結(jié)果和求解過(guò)程影響較大，如果結(jié)構(gòu)單元全部由等邊三角形、正方形、正四面體、立方六面體等單元構(gòu)成，則求解精度可接近實(shí)際值，但由于這種理想情況在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中很難做到。因此根據(jù)模型的不同特征，設(shè)計(jì)

41、不同形狀種類的網(wǎng)格，有助于改善網(wǎng)格的質(zhì)量和求解精度。單元質(zhì)量評(píng)價(jià)一般可采用以下幾個(gè)指標(biāo)：（1）單元的邊長(zhǎng)比、面積比或體積比以正三角形、正四面體、正六面體為參考基準(zhǔn)。理想單元的邊長(zhǎng)比為1，可接受單元的邊長(zhǎng)比的范圍線性單元長(zhǎng)寬比小于3，二次單元小于10。對(duì)于同形態(tài)的單元，線性單元對(duì)邊長(zhǎng)比的敏感性較高階單元高，非線性比線性分析更敏感。（2）扭曲度：?jiǎn)卧鎯?nèi)的扭轉(zhuǎn)和面外的翹曲程度。（3）疏密過(guò)渡：網(wǎng)格的疏密主要表現(xiàn)為應(yīng)力梯度方向和橫向過(guò)渡情況，應(yīng)力集中的情況應(yīng)妥善處理，而對(duì)于分析影響較小的局部特征應(yīng)分析其情況，如外圓角的影響比內(nèi)圓角的影響小的多。（4）節(jié)點(diǎn)編號(hào)排布：節(jié)點(diǎn)編號(hào)對(duì)于求解過(guò)程中的總體剛度矩陣

42、的元素分布、分析耗時(shí)、內(nèi)存及空間有一定的影響。合理的節(jié)點(diǎn)、單元編號(hào)有助于利用剛度矩陣對(duì)稱、帶狀分布、稀疏矩陣等方法提高求解效率，同時(shí)要注意消除重復(fù)的節(jié)點(diǎn)和單元。4裝配結(jié)構(gòu)中單元的協(xié)調(diào)（1）自由度不同的單元不協(xié)調(diào)：例如，ANSYS中SHELL63、BEAM4和SOLID45三種單元，前二者均包含六個(gè)自由度，而Solid45只包含三個(gè)平動(dòng)自由度，因此后者只傳遞前二者的平動(dòng)位移，不傳遞R旋轉(zhuǎn)方向的位移。（2）有相同自由度的單元不總是協(xié)調(diào)的：例如，ANSYS中BEAM3和SHELL41單元，Beam3具備平動(dòng)方向的三個(gè)自由度，而SHELL41包括兩個(gè)平動(dòng)自由度(UX/UY)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度(RTOTZ

43、)，因此SHELL41只能傳遞BEAM3的平動(dòng)位移，不能傳遞旋轉(zhuǎn)方向的值。（3）ANSYS中三維梁?jiǎn)卧c三維殼單元具有相同的六個(gè)自由度：殼單元旋轉(zhuǎn)自由度與平面旋轉(zhuǎn)剛度相關(guān)，為虛擬剛度，不是真實(shí)的自由度，同時(shí)，要注意三維梁?jiǎn)卧c殼單元出現(xiàn)不匹配的問(wèn)題。5常用單元的選用原則有限元網(wǎng)格劃分中單元類型的選用對(duì)于分析精度有著重要的影響，工程中常把平面應(yīng)變單元用于模擬厚結(jié)構(gòu)，平面應(yīng)力單元用于模擬薄結(jié)構(gòu)，膜殼單元用于包含自由空間曲面的薄壁結(jié)構(gòu)。對(duì)塊體和四邊形，可以選擇全積分或縮減積分，對(duì)線性六面體和四邊形單元，可以采用非協(xié)調(diào)模式。由于三角形單元的剛度比四變形單元略大，因此相對(duì)三節(jié)點(diǎn)三角形單元，優(yōu)先選擇四邊形

44、四節(jié)點(diǎn)單元。如果網(wǎng)格質(zhì)量較高且不發(fā)生變形，可使用一階假定應(yīng)變四邊形或六面體單元，六面體單元優(yōu)先四面體單元和五面體鍥形單元。十節(jié)點(diǎn)四面體單元與八節(jié)點(diǎn)六面體單元具有相同的精度。網(wǎng)格較粗的情況下使用二階縮減積分四邊形或四面體單元，對(duì)于橡膠類體積不可壓縮材料使用Herrmann單元，避免體積自鎖。在完全積分單元中，當(dāng)二階單元被用于處理不可壓縮材料時(shí)，對(duì)體積自鎖非常敏感，因此應(yīng)避免模擬塑性材料，如果使用應(yīng)選用Herrmann單元。一階單元被定義為恒定體積應(yīng)變時(shí)，不存在體積自鎖。在縮減積分單元中，積分點(diǎn)少，不可壓縮約束過(guò)度，約束現(xiàn)象減輕，二階單元在應(yīng)變大于2040時(shí)應(yīng)小心使用，一階單元可用于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合

45、并具有自動(dòng)沙漏控制功能26。1.8.4有限元法的優(yōu)點(diǎn)有線元法的特點(diǎn)是適用于求解各種形式(幾何上、物理上)復(fù)雜的問(wèn)題，精度高，通用性強(qiáng)，對(duì)問(wèn)題的處理既徹底又系統(tǒng)，適用于采用電子計(jì)算機(jī)方式。它本是線性問(wèn)題的解法，但通過(guò)迭代法(如牛頓一拉裴森迭代法)也能巧妙地解決非線性問(wèn)題27。其優(yōu)點(diǎn)如下：(1)概念淺顯，容易掌握。可以在不同的水平上建立起對(duì)該法的理解；可以通過(guò)非常直觀的物理概念來(lái)理解；也可以建立基于嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析的理論。(2)適用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，幾乎適用于求解所有的連續(xù)介質(zhì)和場(chǎng)問(wèn)題。(3)采用矩陣形式表達(dá)，便于編制計(jì)算機(jī)程序，可以充分利用高速計(jì)算機(jī)所提供的方便。1.9計(jì)算機(jī)軟件的選擇本課題采用PR

46、O/E和ANSYS有限元分析軟件，對(duì)金杯SY6474汽車主減速器殼進(jìn)行有限元分析。1.9.1ANSYS軟件簡(jiǎn)介 ANSYS軟件是融合結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元商用分析軟件，可廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、電子、造船、汽車交通、國(guó)防工業(yè)、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。其分析類型有：結(jié)構(gòu)靜力分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析、電磁場(chǎng)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、聲場(chǎng)分析、電壓分析28。ANSYS軟件具有以下三個(gè)方面的特點(diǎn)： （1）強(qiáng)大而廣泛的分析功能：可廣泛用于求解結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)等多物

47、理及多場(chǎng)耦合的線性、非線性問(wèn)題；（2）一體化的處理技術(shù)：主要包括幾何模型的建立、自動(dòng)網(wǎng)格劃分、求解、后處理、優(yōu)化設(shè)計(jì)等許多功能及使用工具；（3）豐富的產(chǎn)品系列和完善的開(kāi)放體系：不同的產(chǎn)品配套可應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。ANSYS分析過(guò)程包含3個(gè)主要的步驟：（1）創(chuàng)建有限元模型，并定義材料屬性和劃分網(wǎng)格；（2）施加載荷并求解；（3）查看結(jié)果，并分析結(jié)果的正確性。1.9.2PRO/E軟件簡(jiǎn)介 ProENGINEER是業(yè)界領(lǐng)先的三維CADCAM機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件。Pro/Engineer是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能

48、30。（1）參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能 Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。（2）單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。Pr

49、o/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來(lái)建立形體，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然，更直觀，無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不像其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任

50、何一個(gè)參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。 Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語(yǔ)言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒(méi)有任何附加模塊)具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力 (人工)和工程制圖能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標(biāo)準(zhǔn))，并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀(HP，HPGL)和黑

51、白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下：（1)特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）；（2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；（3）通過(guò)零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（4） 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，ProPROGRAM的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等)。（5） 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng))。 其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 ProENGINEER的基本功能。2 汽車主減速器殼的建模2.1主減速器殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主減速器

52、殼體組件為汽車底盤重要零件之一，主要對(duì)差速器組件及主、從動(dòng)螺旋傘齒輪組件起定位和支承作用。在汽車行駛的過(guò)程當(dāng)中，主減速器殼主要承受軸承傳遞的徑向和軸向壓力，易磨損，是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力復(fù)雜的部件。2.2利用PRO/E實(shí)現(xiàn)主減速器殼的三維建模設(shè)計(jì)主減速器殼時(shí)，對(duì)其二維圖紙進(jìn)行分析，從整體看殼體的形狀既不對(duì)稱也不規(guī)則，但整體看可以認(rèn)為是一圓柱，然后在其基礎(chǔ)上進(jìn)行切除、草繪、打孔、拉伸等特征，從而完成三維型。2.2.1 生成底部造型首先按殼體的尺寸在俯視基準(zhǔn)面先畫一個(gè)圓，將其拉伸為圓柱，現(xiàn)在其表面草繪一孔，然后陣列得到12個(gè)孔特征，如圖2-1、2-2所示。圖2-1 陳列前 圖2-2陣列后圖2-3圖2

53、-3是在2-2的基礎(chǔ)上，做了草繪和拉伸特征。2.2.2生成頂部造型草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)特征圖2-4草繪 拉伸 旋轉(zhuǎn)圖2-5旋轉(zhuǎn)生成筋特征，如圖2-6、2-7所示。圖2-6生成筋圖2-7掃描伸出項(xiàng) 圖2-8草繪、拉伸圖2-9旋轉(zhuǎn)去除材料2.2.3處理內(nèi)部細(xì)節(jié)草繪、拉伸、去除材料特征，如圖2-10、2-11所示。圖2-10拉伸切除材料圖2-11掃描切口2.2.4完成主減速器殼的三維造型完成殼體造型，如圖2-12、2-13所示。圖2-12主減速器殼圖2-13主減速器殼2.3PRO/E文件導(dǎo)入ANSYS首先，安裝ANSYS時(shí)，必須安裝了ANSYS Connection For Pro/ENGINEER模塊

54、（代號(hào)82）。在開(kāi)始_程序_ANSYS 9.0_ANS_ADMIN Utility中，選擇configuration options，選擇configure connection for Pro/E，輸入模塊類型，圖形類型、工作空間 圖2-14 PRO/E文件導(dǎo)入ANSYS的殼體模型圖作空間大小等，再輸入Pro/E的安裝路徑，完成連接安裝，此時(shí)將在Pro/E的相關(guān)文件夾中產(chǎn)生一個(gè)protk.dat文件。運(yùn)行Pro/E，窗口中可能出現(xiàn)一個(gè)不能連接的提示，打開(kāi)一個(gè)已建好的模型 （可以不必輸入材料特性），此時(shí)在Pro/E的菜單中（屏幕右邊）最后一行會(huì)出現(xiàn)ANSYS GEOM，單擊它，直到自動(dòng)調(diào)用并啟

55、動(dòng)了ANSYS，此時(shí)再選取File import Pro/E，在文件名欄中輸入正確的文件名，點(diǎn)OK即可完成輸入。 應(yīng)特別注意的問(wèn)題是，被打開(kāi)的*.prt文件必須在Pro/E的工作目錄中，或者Pro/E與ANSYS有相同的工作目錄，否則會(huì)出現(xiàn)找不到*.anf文件的錯(cuò)誤。 另外，如果在Pro/E command欄中填入系統(tǒng)的正確的命令如proe2000i2或proe2001，再點(diǎn)取OK則會(huì)重新傳輸模型后再導(dǎo)入。3汽車主減速器殼的靜力分析本章通過(guò)對(duì)減速器殼的靜力學(xué)分析，得到主減速器殼的應(yīng)力、應(yīng)變、位移的情況，并進(jìn)行強(qiáng)度較核，找出設(shè)計(jì)的缺陷。3.1結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析概述結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析是用于分析穩(wěn)態(tài)載荷或固定不變的慣性載荷（如重力和離心力）引起的系統(tǒng)或部件的應(yīng)力、應(yīng)變、變形位移等。結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析包括線性和非線性分析26。結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析的方程：Kx=F （3.1）結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析就是按方程3.1平衡關(guān)系確定計(jì)算的，其中K為剛度系數(shù)矩陣，x為位移矢量，F(xiàn)為力矢量26。3.2主減速器殼的靜力分析在變