中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析含开题报告及文献综述、任务书
中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析含开题报告及文献综述、任务书,中型,卡车,驱动,设计,有限元分析,开题,报告,讲演,呈文,文献,综述,任务书
任务书论文(设计)题目:中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析工作日期:2016年12月12日 2017年05月26日1.选题依据:驱动桥作为汽车驱动桥的主要组成部分之一,合理的设计可以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。选题具有一定的实际应用价值。通过本次设计,将对驱动桥的结构具有更深入的认识,掌握汽车零部件设计的一般过程,并能熟练应用计算机辅助软件和工程分析软件进行有限元分析,不仅能够将所学专业理论知识应用于实际,更为今后的工作积累更多的理论知识和提高解决实际问题的能力。2.论文要求(设计参数):驱动桥作为汽车驱动桥的主要组成部分之一,合理的设计可以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。本次设计将完成中型卡车驱动桥壳结构方案选择、进行结构参数设计,并应用有限元分析软件完成强度计算和应力分析,对结构进行改进。选题具有一定的实际应用价值。通过本次设计,将对驱动桥的结构具有更深入的认识,掌握汽车零部件设计的一般过程,并能熟练应用计算机辅助软件和工程分析软件进行有限元分析,不仅能够将所学专业理论知识应用于实际,更为今后的工作积累更多的理论知识和提高解决实际问题的能力。3.个人工作重点:驱动桥作为汽车驱动桥的主要组成部分之一,合理的设计可以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。本次设计将完成中型卡车驱动桥壳结构方案选择、进行结构参数设计,并应用有限元分析软件完成强度计算和应力分析,对结构进行改进。选题具有一定的实际应用价值。通过本次设计,将对驱动桥的结构具有更深入的认识,掌握汽车零部件设计的一般过程,并能熟练应用计算机辅助软件和工程分析软件进行有限元分析,不仅能够将所学专业理论知识应用于实际,更为今后的工作积累更多的理论知识和提高解决实际问题的能力。4.时间安排及应完成的工作:第1周:通过查阅文献,了解设计选题,与指导教师沟通理解任务书的内容。 第2周:查阅资料,准备开题报告。第3周:整理文献资料,修改开题报告。 第4周:修改开题报告,并进行开题答辩。第5周:对桥壳结构方案设计。第6周:对桥壳进行参数设计。第7周:对桥壳结构进行具体结构设计。 第8周:整理前期工作,并进行中期检查。第9周:参数设计和计算。第10周:利用有限元建模。第11周:利用有限进行校核计算是否满足要求。第12周:根据校核结果对设计进行修改,绘制图纸。 第13周:整理设计结果,撰写设计说明书。第14周:修改完善设计说明书,完善图纸细节表达。第15周:完善设计说明书,整理设计资料,准备答辩。5.应阅读的基本文献:1黄昶春,韦志林,沈光烈. 驱动桥壳有限元分析模型的改进J. 汽车技术,2012,02:27-30.2刘为,薛克敏,李萍,杜长春,唐子玉. 汽车驱动桥壳的有限元分析和优化J. 汽车工程,2012,06:523-527.3陈元华. 矿用自卸车驱动桥壳有限元疲劳分析与优化J. 煤炭技术,2012,07:30-31.4阎树田,王剑,孙会伟,徐明辉. 商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析J. 机械与电子,2012,08:14-16.5梁洪明,王靖岳,李学明. 基于CATIA和ANSYS的货车驱动桥壳有限元分析J. 汽车工程师,2012,10:34-35.6彭才望,周菊林,石毅新. 农用载货汽车后驱动桥壳有限元分析J. 农业装备与车辆工程,2015,12:49-52.7王开松,许文超,王雨晨. 汽车驱动桥壳有限元分析与轻量化设计J. 机械设计与制造,2016,07:222-225+231.8杨利辉. 基于实际工况轮式挖掘机驱动桥壳有限元分析J. 机械传动,2014,11:157-161.9庹前进. 基于有限元理论载重车驱动桥壳轻量化及可靠性分析J. 机械传动,2015,03:141-144.10吴超,廖敏,业红玲. 基于有限元方法的汽车驱动桥壳分析J. CAD/CAM与制造业信息化,2015,04:45-48.11郭冬青,张翠平,姚晓博,肖帅,张鹏超. 农用车驱动桥壳的有限元分析与结构改进J. 中国农机化学报,2015,05:198-202.12庹前进. 解放CA141载重汽车驱动桥壳动态特性的有限元分析J. 机械工程师,2015,11:192-193.13王超,李强,邵方. 重型牵引车驱动桥壳的有限元分析J. 农业装备与车辆工程,2014,10:42-46.14王彦博,梁长佳. 某叉车驱动桥壳有限元分析J. 叉车技术,2013,04:8-9+11.指导教师签字:XX教研室主任意见:同意签字:XX 2016年12月16日教学指导分委会意见:同意签字:XX 2016年12月17日 学院公章进度检查表第-3周工作进展情况经过一周的忙碌,查找了不少关于汽车驱动桥壳设计及有限元分析的文献,自己对驱动桥壳设计有了深刻的认知和了解,对下一步所要进行的工作也有了初步的规划。最后也顺利的完成了开题报告,算是为毕业设计开了一个好头。2016年12月27日指导教师意见对选题和任务书的理解较好,建议及时整理参考文献,完善开题报告。指导教师(签字):XX 2016年12月27日第-1周工作进展情况完成开题报告,对课题有进一步的理解,有了具体的计划和目标。2017年04月19日指导教师意见选题符合车辆工程专业培养目标,拟定的研究内容明确,难易度适当,工作计划合理,虽然阅读的文献数量满足要求,但对文献的理解、归纳、总结不足,希望在后期的工作中进一步阅读相关文献。指导教师(签字):XX 2017年04月18日第 1周工作进展情况修改开题报告,完成开题答辩,查阅书籍和资料,准备进行下一步工作。2017年04月19日指导教师意见由于找工作等客观原因,基本未开展相关设计工作,建议调整工作进度,以确保按时完成设计任务。指导教师(签字):XX 2017年05月24日第 3周工作进展情况进行材料准备,扩充参考文献,查询各类需要使用的参数,以便后续计算。2017年04月19日指导教师意见对文献资料要整理并合理应用,确定设计思路,尽快进入设计工作,确保设计工作顺利进行。指导教师(签字):XX 2017年05月24日第 5周工作进展情况拟定驱动桥壳设计的总体方案,对桥壳结构及尺寸参数进行计算。2017年04月19日指导教师意见完成了总体方案设计,基本合理,但还需要进一步进行论证,为后期工作打下良好的基础,避免出现过多的工作反复。指导教师(签字):XX 2017年05月24日第 7周工作进展情况整理前期工作,并进行中期检查,开始着手对桥壳进行有限元分析,验证桥壳设计的合理性。2017年04月19日指导教师意见前期方案设计和结构设计基本完成,建议进入三维造型和软件分析结果,中期检查结果为中。指导教师(签字):XX 2017年04月18日第 8周工作进展情况使用Pro/E建立几何模型,用ANSYS进行有限元分析,校核计算是否满足要求。2017年05月19日指导教师意见要学习和掌握pro/E和Ansys工程软件,掌握必要的操作,要注意操作的 准确性,以保证分析结果的可信度。指导教师(签字):XX 2017年05月24日第 9周工作进展情况根据校核结果对设计进行修改,同时绘制桥壳图纸以及完善之前所设计内容。2017年05月19日指导教师意见按照中期检查的结果对前期工作进行调整,抓紧时间,加快工作进度,要注意工作的严谨认真。指导教师(签字):XX 2017年05月24日第 11周工作进展情况整理设计结果,将所设计内容进行归纳梳理,开始撰写设计说明书。2017年05月19日指导教师意见桥壳模型不完善,建议进行实物拆解,完善模型,重新进行分析,以期更接近真实的工作状态。按工作进度开展下一步工作。指导教师(签字):XX 2017年05月24日第 13周工作进展情况修改完善设计说明书,完善图纸细节表达,将改好的设计说明书给指导老师检查,有无格式错误。2017年05月19日指导教师意见设计说明书初稿完成,但内容还需完善,不要补充相关设计内容,调整章节内容,注意格式规范性。指导教师(签字):XX 2017年05月24日第 14周工作进展情况完善设计说明书,检查论文查重率,整理设计资料,准备答辩。2017年05月19日指导教师意见修改和完善设计说明书,调整论文结构,注意语言表达,图标表达要符合规范要求。指导教师(签字):XX 2017年05月24日第周工作进展情况年月日指导教师意见指导教师(签字):年月日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真,刻苦努力,作风严谨32遵守纪律自觉遵守学校有关规定,主动联系指导教师,接受指导32开题报告内容详实,符合规范要求54任务完成按时、圆满完成各项工作任务43过程管理评分合计11 过程管 理评语 该生在整个毕业设计环节,工作态度教认真,虽然后期刻苦努力,但前期由于找工作等原因表现得不够积极主动;能够自觉遵守学校有关规定;在指导教师的督促下,能够接受指导,汇报工作进度;开题报告撰写内容详实,条理清晰,文献阅读书目满足要求,对文献理解基本正确,格式符合学校的规范要求,能够按工作进度、较好完成各项工作任务。希望在今后的工作和学习中,能够更加严谨认真,克服惰性,持之以恒,戒骄戒躁,必然会取得满意的成绩。指导教师签字:XX日期:2017-05-24指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确;论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107指导教师评分合计15 指导教 师评语 该生在前期调研的基础上,完成了中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析,进行了驱动桥壳的结构设计,并应用ansys软件进行了受 力分析,提出了改进措施。选题属于汽车设计研究范畴,符合车辆工程专业培养目标要求,有一定实践意义,难度适宜,工作量饱满,该生据有一定的综合运用知识能力,能够参考文献资料,完成了相关设计计算,研究方法选择恰达,设计说明书撰写文题相符,分析、计算、设计正确合理,结论明确;论文结构、撰写格式、图表等符合基本规范要求。所提交的设计资料完整。综合以上各点,该生完成了毕业设计任务书的内容,同意参加本科毕业答辩。指导教师签字:XX日期:2017-05-24评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确;论文结构、撰写格式、图表等符合基本规106评阅人评分合计15 评阅人 评语 XX同学以中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析为题,选题符合车辆工程专业培养目标的要求,对汽车零部件的设计有一定的研究价值和实践意义,选题的深度、难度适宜,工作量较充足。设计过程使用CATIA软件建模,运用ANSYS软件进行受力分析,可见该生已经具有较强的计算机运用能力。从毕业论文的完成质量来看,论文文题相符,分析、计算、设计等基本正确,但论文结构、撰写格式、目录、序号的使用等尚需再按照基本规范的要求完善。评阅人签字:郭秀丽评阅人工作单位:机械工程学院日期:2017-05-24答辩纪录 学生姓名:XX专业班级:XX 毕业论文(设计)题目: 中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析答辩时间:2017年05月26日 时 分 时 分答辩委员会(答 辩小组)成员主任委员(组长): XXXXX 委员(组员): XXX答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1:两次ANSYS分析有什么不同?回 答: 第一次是ANSYS应力和位移分析结果;第二次是ANSYS模态分析结果。问题2:为什么要做模态分析?回 答: 模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术,通过它可以确定自然频率,振型和振型参与系数。进行模态分析可以使结构避免共振或以特定频率问题3:本次设计的模态分析为什么要做到六阶?回 答: 计算结果的前六阶模态频率很小几乎为零,反映的是桥壳的刚体位移,省 略这六阶刚体模态,第七阶模态频率对应的模态为实际的第一模态,以此类 推,计算得到前六阶模态。问题4:模型简化的内容回 答:(1)略去不必要的圆角(2)略去工艺结构(3)忽略细节特征,如倒角,不重要区域的小孔及小尺寸的细节结构等(4)简化非危险区域的小尺寸细节结构问题5:桥壳采用整体铸造式的好处回 答: 采用整体铸造式桥壳的主要优点在于可制成复杂而理想的形状,壁厚能够变化,可得到理想的应力分布,其强度及刚度较好,工作可靠。问题6:半轴采用全浮式半轴的原因回 答: 全浮式半轴的外端和以两个轴承支撑于桥壳的半轴套管上轮毂相联接,由于其工作可靠,广泛应用于轻型及以上的各类汽车上。记录人: XX2017年05月26日答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理107答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据107选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确;论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力107答辩委员会评分合计33 答辩委员会评语 XX同学在毕业设计工作期间,工作努力,态度比较认真,能遵守各项纪律,表现一般。 能按时、全面、独立地完成与毕业设计有关的各环节工作,具有一定的综合分析问题和解决问题的能力。 论文立论正确,理论分析无原则性的错误,解决问题方案比较实用,结论正确。 论文使用的概念正确,语句通顺,条理比较清楚。 论文中使用的图表,设计中的图纸在书写和制作时,能够执行国家相关标准,基本规范。 能够独立查阅文献,外语应用能力一般,原始数据搜集得当,实验或计算结论准确可靠。 答辩过程中,能够简明地阐述论文的主要内容,回答问题基本正确,但缺乏深入地分析。答辩成绩: 33答辩委员会主任:XX2017年05月31日成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分11指导教师评分15评阅人评分15答辩委员会评分33总分74成绩等级C成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章: XX审核人签章: XX一、选题依据1研究领域汽车部件设计2论文(设计)工作的理论意义和应用价值驱动桥壳作为汽车驱动桥的主要组成部分之一,合理的设计可以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。本次设计将通过对汽车驱动桥壳的学习和设计实践、结构的优化设计、主要零部件强度的计算分析和有限元分析等内容, 可以更好地学习并掌握现代汽车零部件设计与计算分析的相关知识和技能。通过本次设计,将对汽车的结构具有更深入的认识,掌握汽车零部件设计的过程,并能熟练应用计算机辅助软件进行设计,不仅能够将所学专业理论知识应用于实际,更为今后的工作积累更多的理论知识和提高解决实际问题的能力。3目前研究的概况和发展趋势国内许多汽车厂家相继引进了一些中重型车辆,其后桥壳大多为钢板冲压焊接而成。但冲压焊接式桥壳采用冲压成型的方法存在材料成型困难,有的还需增加退火工艺,能耗高、工序多,制造工艺复杂,生产成本高。汽车在崎岖的路面上颠簸行驶,受到交变负荷的作用,桥壳焊接处易出现脱焊开裂问题,疲劳性能差,超载易变形,主减速器齿轮正常啮合受影响,噪声大,减少了驱动桥总成的使用寿命。球墨铸铁具有高强度、高韧性、高可靠性、高寿命的特点,能生产出最接近要求的形状。随着球墨铸铁技术的发展,铸造已成为取代冲压焊接生产汽车后桥壳的首选方法。因为与冲压焊接后桥壳相比,铸造后桥壳具有强度和刚度较大,生产成本 低,拆装、保养、维修方便等优点。发达国家在机械产品设计上早以进入了分析设计阶段,他们利用计算机辅助设计技术,将现代设计方法,如有限元分析、优化设计、可靠性设计等应用到产品设计中,采用机械 CAD 系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查,实现三维设计,大大地提高产品设计的一次成功率,减少了试验费用,缩短了产品更新周期。而我们的设计手段仍处于以经验设计为主的二维设计阶段,设计完成后在投产中往往要进行很大的改动,使得产品开发周期很长,性能质量低等。为改变我国的车辆零部件的生产和设计手段的落后状况,缩短新产品的开发周期,提高市场竞争力,有必要开发一些适合中国国情的汽车及零部件的 CAD 系统,对已开发的 CAD 系统需进一步提高和完善。驱动桥壳需要有很大的强度和刚度,驱动桥壳传统的经验设计方法是利用数 学、力学等理论知识进行计算。这种方法计算量大且很复杂,很难模拟各种工况。随着科学技术的进一步发展,企业只有提高设计研发能力才能跟上发展的脚步,现代工业的典型特征就是大量使用计算机,所以人们希望借助计算机辅助分析技术(CAE)来解决相关复杂问题,有限元作为 CAE 技术的一种关键计算方法,被广泛应用于各个行业,驱动桥壳作为车桥的重要组成部分之一,应用有限元法模拟,可以计算出驱动桥系统的动态响应,结果可信且接近实际,能较真实的模拟出驱动桥动态使用过程,是驱动桥壳设计的发展主流。随着各国政府对汽车节能环保理念认识的不断提高,各大汽车零部件厂商为了能够满足主机厂绿色设计的要求纷纷开始大力研究节能环保技术,汽车作为一种重要的交通工具,控制油耗成为主要的突破口,对汽车驱动桥壳进行轻量化设计成为驱动桥壳设计部分很重要的一环。二、论文(设计)研究的内容1.重点解决的问题确定桥壳的类型,对其结构进行设计,并计算相应参数尺寸,对主要结构尺寸进行校核,用有限元技术对桥壳进行强度校核,对其应力分布和变形分布状况进行研究,验证设计的合理性。2.拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路)(1)查阅相关资料,了解研究课题的意义价值、研究概况和发展趋势(2)桥壳结构设计及计算相应尺寸参数;(3)桥壳的受力分析;(4)桥壳的静弯曲应力计算;(5)各种工况下桥壳强度的分析;(6)有限元技术分析验证;(7)绘制桥壳图纸,写设计说明书。3.本论文(设计)预期取得的成果通过本次设计,将对汽车的结构具有更深入的认识,掌握汽车零部件设计的过程,并能熟练应用计算机辅助软件进行设计,不仅能够将所学专业理论知识应用于实际,更为今后的工作积累更多的理论知识和提高解决实际问题的能力。预期提交以下成果:(1)设计图纸一套(总工作量达 3 张零号图纸); (2)设计说明书(10000 字以上); (3)与课题相关的一篇外文翻译(2000 字以上)。 三、论文(设计)工作安排1.拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数);(1)调研并查阅相关资料;(2)总体方案的确定;(3)桥壳的设计;(4)桥壳的 Pro-e 建模;(5)设计结果的有限元技术校核;(6)绘制桥壳图纸;(7)完成毕业设计和设计说明书。2.论文(设计)进度计划第 1 周:通过查阅文献,了解设计选题,与指导教师沟通理解任务书的内容。第 2、3 周:查阅资料,准备开题报告第 4 周:修改开题报告,并进行开题答辩。第 5-7 周:对桥壳进行总体设计第 8 周:整理前期工作,并进行中期检查。翻译外文文献 1 篇。第 9-11 周:参数设计和计算;校核计算是否满足要求第 12-14 周:绘制桥壳图纸,准备设计说明书第 15 周:完善设计说明书,整理设计资料。第 16 周:准备答辩四、需要阅读的参考文献1黄昶春,韦志林,沈光烈. 驱动桥壳有限元分析模型的改进J. 汽车技术,2012,02:27-30. 2刘为,薛克敏,李萍,杜长春,唐子玉. 汽车驱动桥壳的有限元分析和优化J. 汽车工程,2012,06:523-527. 3陈元华. 矿用自卸车驱动桥壳有限元疲劳分析与优化J. 煤炭技术,2012,07:30-31. 4阎树田,王剑,孙会伟,徐明辉. 商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析J. 机械与电子,2012,08:14-16. 5梁洪明,王靖岳,李学明. 基于 CATIA 和 ANSYS 的货车驱动桥壳有限元分析J. 汽车工程师,2012,10:34-35. 6彭才望,周菊林,石毅新. 农用载货汽车后驱动桥壳有限元分析J. 农业装备与车辆工程,2015,12:49-52. 7王开松,许文超,王雨晨. 汽车驱动桥壳有限元分析与轻量化设计J. 机械设计与制造,2016,07:222-225+231. 8杨利辉. 基于实际工况轮式挖掘机驱动桥壳有限元分析J. 机械传动,2014,11: 157-161. 9庹前进. 基于有限元理论载重车驱动桥壳轻量化及可靠性分析J. 机械传动,20 15,03:141-144. 10吴超,廖敏,业红玲. 基于有限元方法的汽车驱动桥壳分析J. CAD/CAM 与制造业信息化,2015,04:45-48. 11郭冬青,张翠平,姚晓博,肖帅,张鹏超. 农用车驱动桥壳的有限元分析与结构改进J. 中国农机化学报,2015,05:198-202. 12庹前进. 解放 CA141 载重汽车驱动桥壳动态特性的有限元分析J. 机械工程师,2015,11:192-193. 13王超,李强,邵方. 重型牵引车驱动桥壳的有限元分析J. 农业装备与车辆工程,2014,10:42-46. 14王彦博,梁长佳. 某叉车驱动桥壳有限元分析J. 叉车技术,2013,04:8-9+11. 15 Hypoid gear vehicle axle efficiency Original Research Article Tribology International, Volume 101, September 2016, Pages 314-323 I. Kakavas, , A.V. Olver, , D. Dini. 16 Safe life and damage tolerance aspects of railway axles A review Original Research Article Engineering Fracture Mechanics, Volume 98, January 2013, Pages 214-271 U. Zerbst , S. Beretta , G. Khler , A. Lawton , M. Vormwald , H.Th. Beier , C. Klinger , I. ern , J. Rudlin , T. Heckel , D. Klingbeil. 附:文献综述或报告1.引言随着汽车工业的发展,对汽车的性能要求越来越高,这使得传统的驱动桥壳设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的要求。电子计算机的出现以及有限元法的飞速发展为驱动桥壳结构性能的计算分析带来了新的革命。驱动桥壳是汽车的重要承载件和传力件,非断开式驱动桥壳支承汽车重量,并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此,驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。合理地设计驱动桥壳,使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性,减少桥壳的质量,有利于降低动载荷,提高汽车行驶的平顺性和舒适性。驱动桥壳应满足如下设计要求:(1)应具有足够的强度和刚度,以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力;(2)在保证强度和刚度的前提下,尽量减小质量以提高汽车行驶平顺性;(3)保证足够的离地间隙;(4)结构工艺性好,成本低;(5)保护装于其上的传动部件和防止泥水浸入;(6)拆装,调整,维修方便。2.驱动桥壳的分类驱动桥壳从结构上可分为整体式桥壳和分段桥壳两类。(1)整体式桥壳整体式桥壳的结构特点是一个刚性整体外壳或空心梁。按制造工艺的不同又可分为多种形式,常见的为整体铸造、钢板冲压焊接式、中断铸造两端压入钢管和钢管扩张成形等形式。整体铸造式桥壳的强度和刚度较大,但质量大,加工面多,制造工艺复杂,主要用于中、重型货车上。但其簧下质量较大,对汽车的行驶平顺性有不利的影响。钢板冲压焊接式和扩张成形式桥壳质量小,材料利用率高,制造成本低,适用用于大量生产,结构简单,制造工艺性好,主减速器支承刚度好,拆 装、调整、维修方便,广泛用于轿车和中、小型货车上。(2)分段式桥壳分段式桥壳一般分为两段,由螺栓连成一体。分段式桥壳比整体式易于铸造, 加工简便,但维修不方便。拆检主减速器时,必须把整个驱动桥从汽车上拆卸下 来,目前已很少采用。驱动桥壳按结构形式分为整体式、可分式和组合式三种。(1)可分式桥壳由左、右桥壳和半轴套管组成。左、右桥壳经铸造制成后,先在每个桥壳外端压入半轴套管,然后将两者沿结合面圆周方向布置的螺栓紧固在一起,构成可分式桥壳。这种桥壳结构简单,制造工艺性好,主减速器支撑刚度好。但拆装、调整、维修很不方便,桥壳的刚度和强度受结构的限制,曾用于总质量不大的汽车上,现已较少使用。(2)整体式桥壳整个桥壳是一根空心梁,桥壳和主减速器壳为两体。有刚度、强度大因而工作可靠的优点,但质量大、加工困难,适用于装载质量大的商用车。按照制造工艺不同,整体式桥壳又可分为:整体铸造式桥壳。由两端压入用无缝钢管制成的半轴套管、桥壳和后盖等主要零件组成。整个桥壳为一根空心梁。钢板冲压焊接式桥壳。由桥壳主件、钢板弹簧座、半轴套简、后盖等组成。将两个桥壳、三角镶块、钢板弹簧座和半轴套筒焊合在一起组成焊接式驱动桥桥壳(见图 1 所示)。具有质量小、制造容易、材料利用合理、抗冲击性能良好、成本低等优点。在乘用车和装载质量小的商用车上得到广泛应用。扩张成形式桥壳。由中部经过扩孔,两端又经过滚压变细的钢管、突缘和弹簧座等组成。凸缘和弹簧座焊在钢管上构成桥壳。扩张成形式桥壳材料利用率最 高、质量小,而强度和刚度也足够,故大量生产的乘用车和装载质量在中等的商用车都适合用这种结构。(3)组合式桥壳组合式桥壳 由主减速器壳、无缝钢管组成。特点是将主减速器壳与部分桥壳铸造为一体,再在两端分别压入无缝钢管而构成。组合式桥壳有主减速器从动齿轮轴承支承刚度较好,主减速器的装配、调整比可分式桥壳方便的优点,但加工精度要求高,仅应用在乘用车和总质量较小的商用车上。3.国内外研究现状我国早期的汽车是借鉴前苏联的汽车技术,我国汽车工业发展至今,也借鉴和研究了欧美日德等汽车工业强国的技术和经验。但是目前大多数车厂借鉴和引进的技术还是保留在车辆的外观和内饰的层面,对于发动机和底盘这些关键技术的自主知识产权拥有量还是微乎其微。不过这些局面最近几年得以较大的改观,虽然还是一些汽车工业强国把持着领先的关键技术,但是我国也形成了一大批拥有自主知识产权的汽车工业机关,在汽车领域重新分得一杯羹。特别是汽车研究领域,形成了一大批科研院所和专家,对汽车的关键技术,诸如驱动桥壳的结构型式的改进方面有较大的进步。国内许多汽车厂家相继引进了一些中重型车辆,其后桥壳大多为钢板冲压焊接而成。但冲压焊接式桥壳采用冲压成型的方法存在材料成型困难,有的还需增加退火工艺,能耗高、工序多,制造工艺复杂,生产成本高。汽车在崎岖的路面上颠簸行驶,受到交变负荷的作用,桥壳焊接处易出现脱焊开裂问题,疲劳性能差,超载易变形,主减速器齿轮正常啮合受影响,噪声大,减少了驱动桥总成的使用寿命。球墨铸铁具有高强度、高韧性、高可靠性、高寿命的特点,能生产出最接近要求的形状。随着球墨铸铁技术的发展,铸造已成为取代冲压焊接生产汽车后桥壳的首选方法。因为与冲压焊接后桥壳相比,铸造后桥壳具有强度和刚度较大,生产成本 低,拆装、保养、维修方便等优点。我国的汽车及各种车辆的零部件产品在性能和质量上和发达国家存在着一定的差距,其中一个重要原因就是设计手段落后,发达国家在机械产品设计上早以进入了分析设计阶段,他们利用计算机辅助设计技术,将现代设计方法,如有限元分析、优化设计、可靠性设计等应用到产品设计中,采用机械 CAD 系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查,实现三维设计,大大地提高产品设计的一次成功率,减少了试验费用,缩短了产品更新周期。而我们的设计手段仍处于以经验设计为主的二维设计阶段,设计完成后在投产中往往要进行很大的改动,使得产品开发周期很长,性能质量低等。为改变我国的车辆零部件的生产和设计手段的落后状况,缩短新产品的开发周期,提高市场竞争力,有必要开发一些适合中国国情的汽车及零部件的 CAD 系统,对已开发的 CAD 系统需进一步提高和完善。国外的这些汽车公司已有 CAD 程序,但涉及各公司的标准和技术规范及试验都很保密,不可能公开。与国外相比,我国的汽车工业在 CAD 方面起步较晚,发展比较慢。目前一些高校和大中型企业已开始进行 CAD 的研究,在产品的改进设计、设计后的计算机绘图及有限元分析等方面已陆续取得一些效果。但总的来讲国内工厂多数是依赖传统的设计方法经验类比法,对引进产品主要是测绘仿制,难以满足现代汽车工业发展的客观要求。采用现代设计方法,是提高自行设计、消化吸收和国产化的极其重要手段。4.发展趋势驱动桥壳需要有很大的强度和刚度,驱动桥壳传统的经验设计方法是利用数学、力学等理论知识进行计算。这种方法计算量大且很复杂,很难模拟各种工况。随着科学技术的进一步发展,企业只有提高设计研发能力才能跟上发展的脚步,现代工业的典型特征就是大量使用计算机,所以人们希望借助计算机辅助分析技术(CAE)来解决相关复杂问题,有限元作为 CAE 技术的一种关键计算方法,被广泛应用于各个行业,驱动桥壳作为车桥的重要组成部分之一,应用有限元法模拟,可以计算出驱动桥系统的动态响应,结果可信且接近实际,能较真实的模拟出驱动桥动态使用过程,是驱动桥壳设计的发展主流。随着各国政府对汽车节能环保理念认识的不断提高,各大汽车零部件厂商为了能够满足主机厂绿色设计的要求纷纷开始大力研究节能环保技术,汽车作为一种重要的交通工具,控制油耗成为主要的突破口,对汽车驱动桥壳进行轻量化设计成为驱动桥壳设计部分很重要的一环。5.本文拟开展以下工作(1)根据给定参数,确定桥壳类型,确保所选用的桥壳类型最适合设计车辆;(2)对桥壳进行结构设计并计算相应尺寸参数,使桥壳各部分结构合理;(3)对主要结构尺寸进行校核,用有限元技术对桥壳进行强度校核,对其应力分布和变形分布状况进行研究,验证设计的合理性;(4)用 CATIA 软件绘制驱动桥壳图纸,使汽车驱动桥壳的结构能够清晰的展示出来。中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析摘 要本课题的研究内容是对中型卡车的驱动桥壳进行设计校核并运用软件对驱动桥壳进行有限元分析。中型卡车广泛作为载货汽车使用,在日常生活中处处可见,而驱动桥壳作为汽车结构一个重要的部件,负责支承汽车重量,容易发生危险面应力过大和扭转变形等故障,从而影响汽车的功能和使用时间,所以驱动桥壳的设计在车辆行业的设计要求中是很关键的一步。通过对驱动桥壳的设计校核,可以有效改善汽车的性能指标,并且可以进一步提升汽车的使用寿命。本设计依据参考文献,以机械设计与汽车设计理论为基础,将软件和有限元分析软件交互运用,完成了如下工作任务:首先,决定了驱动桥的总体设计方案,为接下来桥壳设计提供各项参数;其次对驱动桥壳进行设计并对其在多工况下进行受力和强度校核,确定设计的桥壳是否符合标准;然后应用三维设计软件对桥壳进行简化并建立几何模型,将几何模型导入到有限元分析软件10.0中生成最终的分析模型;最后运用软件对最终的模型进行分析计算,求出桥壳在多工况下的应力和变形结果,并作出桥壳应力图和位移图,同时对桥壳进行模态分析,验证设计结果是否符合标准。关键词: ANSYS;驱动桥壳;有限元分析;模态分析 ABSTRACTThe design of the medium-sized truck drive axle housing design and finite element analysis. Medium-sized trucks are widely used as trucks, which can be seen everywhere in daily life. Driven axle is an significant part of automobile composition. It is responsible for supporting the weight of automobile, prone to excessive stress and torsional deformation. And the service life, so the design of the axle housing is a key step in car design. By optimizing the design of the drive axle housing, the axle housing can provide good and stiffness, thus effectively improving the performance of the car, and can improve the service life of the car.This design is based on the reference to the mechanical design and automotive design theory, based on software and finite element analysis combined to complete the following design tasks: Firstly, the overall program of the driving axle is determined, and the parameters are provided for the next axle housing design. Secondly, the driving axle housing is designed and its force and strength are checked under multiple operating conditions to determine whether the designed axle housing conforms And then use the three-dimensional design software to simplify the bridge shell and establish the geometric model, the geometric model into the finite element analysis software 10.0 to generate the final analysis model; Finally, the software used to analyze the final model, Stress and deformation results under multiple operating conditions, and make the bridge shell stress map and displacement diagram, while the modal analysis of the bridge shell to verify whether the design results meet the standard.Key words: ANSYS; Drive axle housing; Finite element analysis; Modal analysisII目 录摘 要IABSTRACTII目 录I1绪 论11.1选题背景目的及意义11.2国内外研究状况11.3设计主要内容和研究工作32驱动桥的总体方案确定42.1总体方案设计42.2驱动桥形式的确定52.3半轴形式的确定52.4本章小结63驱动桥壳的设计73.1铸造整体式桥壳的结构73.2桥壳的静弯曲应力计算73.3本章小结144驱动桥壳模型的建立154.1Pro/E的简介:154.2驱动桥壳模型的建立154.3本章小结195驱动桥壳的有限元分析205.1驱动桥壳的静力分析205.2各工况的ANSYS分析过程详述225.3ANSYS应力和位移分析结果235.4驱动桥壳模态分析335.5ANSYS模态分析结果355.6本章小结366结 论37参考文献38附录1:外文翻译39附录2:外文原文42致 谢46中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析1 绪 论1.1 选题背景目的及意义驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量, 并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此, 驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。合理地设计驱动桥壳, 使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性, 减少桥壳的质量, 有利于降低动载荷, 提高汽车行驶的平顺性和舒适性。驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值, 然后考虑一个安全系数来确定工作应力, 这种设计方法有很多局限性。因此近年来, 许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析,并利用有限元分析软件ANSYS对某型货车上使用的整体式驱动桥壳改进1。1.2 国内外研究状况汽车驱动桥壳既是承载零件, 也是传力部件, 同时又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置( 如半轴)的外壳。在汽车行驶过程中, 桥壳承受繁重的载荷, 设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量, 以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性, 在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量。桥壳还应结构简单、制造方便, 以利于降低成本。过去我国主要是通过对桥壳样品进行台架试验和整车行驶试验考核桥壳强度和刚度。有时还采用在桥壳上贴应变片的电测方法,让汽车在典型路段上满载行驶,以测定桥壳的应力。这些方法只有在有桥壳样品的情况下才能使用,而且需要付出相当大的人力、物力和时间。日本五十铃公司曾采用略去桥壳后盖,将桥壳中部安装主减速器处的凸包简化成规则的环形的简化方法,用弹性力学进行应力和变形的计算。弹性力学计算方法本身虽精确,但由于对桥壳的几何形状作了较多的简化,使计算结果受到很大的限制。通常情况下,设计桥壳时多采用常规的设计方法,将桥壳看成是一简支梁,校核某些特定断面的最大应力值。例如,日本有的公司对驱动桥壳的设计要求是在2.5 倍满载轴荷的作用下,弹簧座处、桥壳与半轴套管焊接处、轮毂内轴承根部圆角处各断面的应力不应超过屈服极限。我国通常推荐将桥壳复杂的受力状况简化为四种典型的计算工况:(1)汽车满载以较高车速在不平路面行驶受到冲击载荷和受最大的垂直载荷工况; (2)汽车满载传递最大牵引力工况;(3)汽车紧急制动承受最大制动力工况;(4)汽车最大侧向力工况。在这四种典型工况下,只要桥壳的强度得到保证,就认为该桥壳在汽车的各种行驶条件下是可靠的。传统的桥壳强度的计算方法,只能近似计算出桥壳某一断面的应力平均值,不能完全反映桥壳上应力及其分布的真实情况。因此,这种方法仅用于对桥壳强度的验算,或用来与其它车型的桥壳强度进行比较,而不能用于计算桥壳上某点的真实应力值。有限单元法是近三四十年随着计算机的发展而发展起来的用于各种结构分析的数值计算方法,在一定的前提条件下,它可以计算各种机械零件的几乎所有几何部位的应力和应变。由于有限元法能够很好地模拟零部件的实际形状、结构、受力和约束,因此,其计算结果更精确,也更接近实际,可以作为设计、改进零部件的依据。同时,可以利用有限元分析的结果进行多方案的比较,有利于设计方案的优化和产品的改进。有限元法解决了过去对复杂结构作精确计算的困难,改变了传统的经验设计方法,有限元软件已经成为一个广为接受的工程分析工具2。目前国外有限元方法在汽车分析中得到了广泛的使用,有限元分析除了汽车结构的强度、刚度计算外,还在车身的结构的摸态分析、操纵稳定性分析、整车振动分析、传热分析(如汽缸、汽缸盖在气室燃烧时的温度分布)、空气动力学分析等各方面发挥着重要的作用3。在国外,二十世纪七十年代前后,有限元方法逐渐在汽车桥壳的强度分析中得到应用。例如,美国的机械研究所、万国汽车公司等,都曾经使用有限元法计算过桥壳的强度4。我国工程使用有限元分析方法起步较晚,但是发展较快,特别是近十年来,有限元分析方法在工程中特别是在汽车领域的应用也变得越来越广泛,也取得了一些成果。如东南大学的羊扮,孙庆鸿等应用ANSYS软件对影响驱动桥壳强度和刚度的因素进行了研究,并进行了产品结构优化设计。优化后的桥壳本体厚度由8mm降至7mm,质量减轻了4.2千克5。东风汽车公司技术中心的唐述斌,谷莉按经验对EQ1090E汽车的后桥桥壳厚度进行减薄,然后通过计算和试验进行校核,取得了减重8Kg的效果6。从国内的研究现状可以看到,国内对桥壳的有限元分析虽然做了很多工作,但是与国外的研究相比有较大的差距,主要表现在多是按照经验修改主要部件的尺寸参数,往往只校核在静态工况下的强度和刚度;在桥壳的设计过程中使用有限元分析软件指导设计的应用范围较小,往往只是几个大的集团公司采用了这种先进的设计方法,大部分中小企业还未能将其应用于实际生产过程中7。1.3 设计主要内容和研究工作1、设计内容依据主要技术指标确定桥壳的类型,对其结构进行设计,并计算相应参数尺寸,对主要结构尺寸进行校合,有限元技术在ANSYS中对桥壳进行强度校核,对其应力分布和变形分布状况进行研究,验证设计的合理性。2、研究工作(1) 桥壳的设计1) 桥壳的受力分析2) 桥壳的静弯曲应力计算3) 各种工况下桥壳强度的校核(2) ANSYS软件分析验证(3) 利用CAD软件绘制桥壳图纸。2 驱动桥的总体方案确定本设计对中型卡车的驱动桥壳进行设计并进行有限元分析,在进行设计之前,首先要确定总体方案。2.1 总体方案设计图2.1 中型卡车外形结构图图2.2中型卡车外形尺寸图该种中型卡车的发动机类型为,额定功率为,最大扭矩为。变速器型号为,各档速比为;。减速器的型号是吨级单级减速器,主减速比为。差速器形式采用直齿锥齿轮式。车轮型号为,滚动半径为,轮距为,钢板弹簧中心距。2.2 驱动桥形式的确定本设计驱动桥的传动比为5.430,小于6。由于我国对车辆性能要求越来越高,并且道路越来越好,中型卡车驱动桥基本上采用单级驱动桥,单级驱动桥有结构简单、传动速比小、平整公路适应性高、可靠性高等优点。因此本设计选用单级驱动桥。2.3 半轴形式的确定全浮式半轴工作可靠性高,且半轴与桥壳之间没有直接联系,有利于半轴的拆卸和更换,因此广泛用于中型卡车上。根据所选车型及设计要求,所以本设计采用全浮式半轴。2.4 本章小结本章首先对所选车型的各项参数进行叙述,根据中型卡车的设计要求确定了变速器、减速器、差速器等部件型号,然后根据主减速比确定了驱动桥形式,根据车型确定了半轴形式。综上所述,本设计采用单级驱动桥、全浮式半轴、铸造整体式桥壳的总体方案。3 驱动桥壳的设计3.1 铸造整体式桥壳的结构如图3.1所示,为本设计所采用驱动桥的结构。图3.1 铸造整体式桥壳与半轴连接结构图采用该种类型桥壳的优势在于可塑性好,强度及刚度较好;缺点是制造起来比较繁琐,且铸造设备成本大。3.2 桥壳的静弯曲应力计算桥壳受该种力时计算简图如下图所示。 图3.2 计算简图桥壳两支撑板弹簧座之间受到的弯矩为 ()式中:满载时的质量,。 轮胎质量,。 轮胎中心距离,。 两支撑板弹簧座中心距离,。普遍情况下因为远小于,且进行设计时很难准确得出,因此当无准确数据时可以忽略不计,此时弯矩为:忽略不计时,静弯曲应力为 ()公式()中:为桥壳垂向危险截面的弯曲系数。支撑板弹簧座附近的截面图如图4.3所示,其中,。图3.3截面图垂向危险截面弯曲系数: = 水平危险截面弯曲系数: = 扭转系数: =桥壳在危险断面的形状使用圆形管强度比较好,因此本设计在桥壳危险断面的形状使用圆形管状。根据公式()可得,静弯曲应力3.2.1 在不平路面最大垂向载荷下的桥壳强度计算桥壳所产生的弯曲应力为 ()式中:受力系数,取。 弯曲应力,。根据公式():3.2.2 以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算该种工况下汽车的受力情况,如下图所示。图3.4受力简图左右轮胎受到地面的最大切向反作用力为: ()公式()中:汽车受到的最大转矩,。变速器处于档时的传动比,。减速器的主减速比,。传动结构的效率,。车轮半径,。根据公式(4.3)计算可得此时后驱动桥桥壳在左、右钢板弹簧座之间的垂向弯矩为 () 根据公式()可得:=式中:取。驱动桥壳承受水平方向的弯矩 为 ()根据公式()可得:图3.5 汽车紧急刹车时的受力简图两支承板弹簧座间桥壳受到的转矩为 ()公式()中:汽车受到的最大转矩,。变速器处于档时的传动比,。减速器的主减速比,。传动结构的效率,。根据公式(3.7)计算可得:根据、可求出桥壳在危险截面处的合成弯矩: ()根据公式()可求出该处的合成应力为: = ()桥壳许用弯曲应力为。许用扭转应力为。3.2.3 汽车紧急刹车时的桥壳强度计算汽车在行驶过程紧急刹车时的受力情况,如图所示。图3.6 汽车紧急刹车时的受力简图驱动后桥的受力简图如图所示,根据图可求得桥壳垂向弯矩及水平方向的弯矩分别为: () = ()其中: ; 轮胎与地面的附着系数,一般取,在本文取;根据公式()、()计算可得: = 图3.7 汽车紧急刹车时驱动后桥的受力情况驱动后桥承受的转矩为: ()根据公式()计算可得:所以可根据公式(),()计算出和分别为:3.2.4 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算汽车向右方发生滑动时受力情况如图所示。所以该工况下驱动桥受力情况应满足: (3.13)公式(3.13)中:来自侧方的力矩;左、右轮胎所受反力。满载时的质量,为。车轮侧面的附着系数,为。 向右滑动时,左、右轮胎受到的反力为: () ()式中:满载时几何中心的高度,为。 轮胎中心的距离,为。图3.8 汽车向右方滑动时受力简图向右滑动时,左、右轮胎沿行驶方向受到的支承力分别为: () () () ()其中:车轮半径,为。 满足关系。受地面反力、可由下式求得: () ()在本设计中,取。如图4.10所示为汽车向右侧滑时驱动桥壳所受垂直力及弯矩,套管套在半轴上,其危险断面处的弯矩为: ()公式()中:轴承的中心到其内部的距离,为。图3.9 汽车向右方滑动时驱动桥壳受力及弯矩根据图3.9计算可得,和分别为: () () ()根据上述计算结果,半轴处的受力大小都小于,满足设计要求。许用弯曲应力为,许用扭转应力为,根据计算结果,各个工况下的校核结果均在指标之内,所以设计符合要求。3.3 本章小结本章选择的桥壳形式为整体式桥壳,并对其进行受力分析和计算,同时对各工况下的桥壳强度进行校核,经检验,各个工况下桥壳的受力和强度均符合设计要求。4 驱动桥壳模型的建立驱动桥壳模型的建立是强度和刚度校核的基础,也是有限元分析的重要过程8。4.1 Pro/E的简介:是美国公司设计的软件。年,的问世。软件问世至今,一直是参数化建模领域的领先者,是很多从事应用的企业的第一选择,随着建模要求的不断提高,正在转型,向直接建模方向发展,在建模领域取得更大的突破9。4.2 驱动桥壳模型的建立创建桥壳模型的详细步骤如下所示: (1)打开软件,选择“新建”,做出图4.1所示的选择。图4.1对话框图(2)设置单位制,如图4.2所示。图4.2 单位制选择图(3)在PRO/E界面中,利用拉伸命令完成桥壳主体的创建,如图4.3所示。图4.3 桥壳主体(4)利用倒圆角功能实现圆弧过渡,如图4.4所示。图4.4 圆弧过渡(5)选择如图所示基准面,利用拉伸命令的去除材料功能完成中间空的创建,如图4.5所示。图4.5 去除材料完成(6)利用拉伸命令的去除材料功能完成主减速器桥壳内圆弧表面的创建,如图4.6所示。图4.6 内圆弧面(7)利用倒圆角功能,完成两个内表面的圆弧过渡,如图4.7所示。图4.7 内表面过渡(8)利用基准轴工具,确定桥壳的横向中心轴线L1。(9)利用旋转命令,以L1为中心轴生成一端部分,如图4.8所示。图4.8 一端半轴(10)利用镜像命令完成另一端的创建,如图4.9所示。图4.9 两端半轴(11)利用基准轴工具,确定桥壳的横向中心轴线L2(12)利用旋转工,以L2为中心轴生成桥壳后盖,如图4.10所示。图4.10 后盖(13)利用拉伸命令去除材料功能完成螺栓孔的创建,如下两图所示。图4.11 法兰盘螺栓孔图4.12 桥壳中央螺栓孔(14)利用多步拉伸命令,创建桥壳的弹簧座,如图4.13所示。图4.13 弹簧座(15)完成桥壳几何模型,如图4.14所示。 图4.14 桥壳模型(16)将完成后的桥壳图形文件保存成功,使用接口串联的指令,将桥壳模型导入到软件中如图4.15。图4.15 桥壳的有限元模型4.3 本章小结本章节选用Pro/E作为创建模型的软件,对桥壳模型进行了一些简化以便于接下来的分析计算,选择拉伸、去除材料等指令完成桥壳模型的创建,既保留了桥壳的总体结构不变,又减少了计算,为ANSYS分析打下基础。5 驱动桥壳的有限元分析软件涉猎极广,作为大型CAE分析软件,由美国公司开发,可应用于机械制造行业、化工行业、航海业、土木行业等众多行业的分析研究。软件功能强大,具有广泛的分析能力,一体化的处理技术,完善的分析体系10。5.1 驱动桥壳的静力分析本章将驱动桥壳在车辆行驶过程中的受力情况简化为以下四种工况进行计算11:(1)最大垂向力工况 (5.1) 式中:,弹簧座所受载荷。满载时载荷,为。为。因此根据公式()计算可得:=(2)最大牵引力工况左、右轮胎受到地面的垂向反作用力分别为,且相等,则 ()公式()中:满载时质量,。汽车几何中心的高度,。轴距,。重心到前轴的距离,。轮胎受到的最大反力,。汽车受到的最大转矩,。这时最大牵引力为: ()公式()中:变速器处于档时的传动比,。减速器的主减速比,。传动结构的效率,。车轮半径,。根据公式()和(),通过计算可得左、右轮胎受到地面的垂向反作用力为:=最大牵引力为:。(3)最大制动力工况左、右轮胎受到地面的垂向反作用力分别为,且相等,则: ()公式()中:减速加速度,为汽车紧急刹车时,最大制动力大小为: ()式中:取。轮胎附着系数,取。本文在进行计算时和均取。根据公式()和(),通过计算可得左、右轮胎受到地面的垂向反作用力为:=最大制动力为:。(4)最大侧向力工况驱动桥向右滑动需满足: ()公式()中: 来自侧方的力矩;左、右轮胎所受反力。满载时的质量,为。车轮侧面的附着系数,为。根据上述,支承反力为: (5.7)此时驱动桥承受的侧向力为: (5.8)根据上述内容,将参数代入到公式和中,根据公式,求得反力分别为:此时驱动桥承受的侧向力为。5.2 各工况的ANSYS分析过程详述1、Preprocessor模块点击单元类型 选择 l l l 命令,弹出对话框选择 10 92。定义材料属性 选择 l lProps l 弹出对话框选择 l l l,在弹性模量值处填入“”,泊松比填入“”。 点击网络划分工具 生成网格 选择 l l命令,将模型网络划分。图5.1网格划分3、模块选择添加约束 l l lApply l l l 。赋予面载荷 l l l l l ,输入压力值求解 选择Menu l lSolve l LS命令5.3 ANSYS应力和位移分析结果在ANSYS的求解模块(Simulation)中进行求解(Solve),完成计算后,在的结果页面就可以看到各个工况下驱动桥壳的应力和变形情况8。本设计中桥壳的材料为球墨铸铁,其许用应力为,汽车驱动桥台架实验评价指标规定满载轴荷时每米轮距最大变形量不超过12,由于本桥壳轮距为,所以允许的最大变形为。5.3.1 冲击载荷工况分析结果约束加载完成后如图5.2。图5.2 冲击载荷工况前处理完成图经过求解后便可得到以下云图5.3、5.4和列表5.1、5.2。 (a)应力云图一 (b)应力云图二(c)应力云图三 (d)应力云图四图5.3 冲击载荷工况应力云图 (a)位移云图一 (b)位移云图二(c)位移云图三 (d) 位移云图四图5.4 冲击载荷工况位移云图表5.1 冲击载荷工况应力列表 单位:MPaNODES1S2S3SINTSEQV7718254.8216.6695.3090249.51244.033061250.1713.8101.5041248.66242.745303250.1514.5088.9934241.16238.453012249.5811.084-0.25262249.83244.363805246.4716.6034.0589242.41236.3914050238.6325.32011.466227.17220.57144227.4816.8081.0656226.41218.965323226.1912.7433.5205222.67218.2013968224.9513.7093.6161221.33216.463027218.6017.8955.1589213.45207.37表5.2 冲击载荷工况位移列表 单位:mmNODEUXUYUZUSUM80-1.6335-0.95333E-03-0.32740E-021.63352808-1.6332-0.10073E-02-0.34110E-021.63327456-1.6331-0.10453E-01-0.26999E-021.63322809-1.6331-0.99405E-02-0.27154E-021.63312807-1.6331-0.12070E-02-0.33969E-021.63313019-1.63310.75825E-02-0.40088E-021.633179-1.6331-0.13954E-02-0.33885E-021.63312858-1.6329-0.88460E-02-0.28476E-021.63292810-1.6328-0.21132E-01-0.20346E-021.63293018-1.63270.18869E-01-0.44437E-021.6329在ANSYS应力变形结果中取应力比较大的10个节点,如上表3.2所示,可得应力值最大为,小于许用应力。在ANSYS应力变形结果中取位移比较大的10个节点,如上表3.3所示,位移最大的节点为1.633mm,而由于本桥壳轮距为,即允许的最大变形为,所以本工况下的位移变形量符合标准。5.3.2 最大牵引力工况载荷约束的添加与结果分析网格划分与定义材料情况与冲击载荷工况相同。约束加载完成后如图5.5。图5.5 最大牵引力工况前处理完成经过求解可得到云图5.6、5.7和列表5.3、5.4。(a)应力云图一 (b)应力云图二(c)应力云图三 (d)应力云图四图5.6 最大牵引力工况应力云图 (a)位移云图一 (b)位移云图二(c)位移云图三 (d)位移云图四图5.7 最大牵引力工况位移云图表5.3 最大牵引力工况应力列表 单位:MPaNODES1S2S3SINTSEQV1776-3.9216-46.885-265.68261.76243.142092-34.947-55.188-243.07208.13198.789358-24.000-34.400-183.25159.25154.329831-24.685-38.496-181.48156.80150.372093-12.125-24.964-163.53151.41145.429553-10.230-42.509-161.63151.40138.121766-31.808-79.259-160.47128.66112.6993420.20798-36.956-157.21157.42142.5271-34.239-52.056-157.15122.91115.042102-28.540-64.448-150.86122.32108.90 表5.4 最大牵引力工况位移列表 单位:mmNODEUXUYUZUSUM61480.843340.247070.872881.238661490.842440.255070.871051.238361470.843860.234540.874841.237961500.841170.258090.869411.237061460.843980.218090.876841.236461510.839550.255720.868031.234461450.843710.198470.878811.234376050.841140.230090.872571.233676080.842280.210440.875971.233376070.841800.216230.874831.2332在ANSYS应力变形结果中取应力比较大的10个节点,如上表3.4所示,可得应力值最大为,小于许用应力。在ANSYS应力变形结果中取位移比较大的10个节点,如上表3.5所示,位移最大的节点为,而由于本桥壳轮距为,即允许的最大变形为,所以本工况下的位移变形量符合标准。5.3.3 最大制动力工况载荷约束的添加与结果分析网格划分能与定义材料与冲击载荷工况相同。约束加载完成后如图5.8。图5.8 最大制动力工况前处理完成经过求解处理后得到云图5.9、5.10和列表5.5、5.6。(a)应力云图一 (b)应力云图二(c)应力云图三 (d)应力云图四图5.9 最大制动力工况应力云图(a)位移云图一 (b)位移云图二 (c)位移云图三 (d)位移云图四图5.10 最大制动力工况位移云图NODES1S2S3SINTSEQV14030.52961-26.378-220.22220.75208.6013660.44125-20.684-179.30179.74170.169832-14.069-32.481-163.66149.59141.2911581-9.7975-36.791-156.81147.01135.549341-12.122-42.265-135.53123.41111.4428-21.038-52.926-131.34110.3198.31929-28.641-52.685-131.01102.3792.7149359-14.787-25.330-130.09115.30110.4114-23.176-48.854-128.45105.2895.07598148.2786-20.616-127.23135.51123.62表5.5 最大制动力工况应力列表 单位:MPa表5.6 最大制动力工况位移列表 单位:mmNODEUXUYUZUSUM61180.84718-0.69299E-03-0.572611.022561190.848690.19482E-01-0.569981.022561170.84523-0.20451E-01-0.574871.022461200.849680.39315E-01-0.567091.022361160.84292-0.39124E-01-0.576711.022161210.850110.58043E-01-0.564031.021861150.84034-0.56223E-01-0.578091.021561220.849920.74910E-01-0.560921.021161140.83744-0.71775E-01-0.578991.020661230.849130.89194E-01-0.557891.0199在ANSYS应力变形结果中取应力比较大的10个节点,如上表3.6所示,可得应力值最大为,小于许用应力。在ANSYS应力变形结果中取位移比较大的10个节点,如上表3.7示,位移最大的节点为,而由于本桥壳轮距为,即允许的最大变形为,所以本工况下的位移变形量符合标准。5.3.4 最大侧向力工况载荷约束的添加与结果分析网格划分能与定义材料与冲击载荷工况相同。约束加载后如图5.11所示。图5.11侧滑工况前处理完成求解后可得云图5.12、5.13和列表5.7、5.8。(a)应力云图一 (b)应力云图二(c)应力云图四 (d)应力云图四图5.12 侧滑工况的应力云图(a)位移云图一 (b)位移云图二(c)位移云图三 (d)位移云图四图5.13 侧滑工况的位移云图表5.7 侧滑工况位移列表 单位:mmNODEUXUYUZUSUM61521.61710.447630.107691.681461511.62120.431470.109901.681361531.61350.454830.106601.679861501.62460.409460.112801.67923721.60920.456340.106181.676061491.62720.382840.116241.675776151.61750.411840.112091.672976181.61470.423260.110531.672976161.62000.398670.113861.672276141.61180.427530.109841.6712表5.8 侧滑工况应力列表 单位:MPaNODES1S2S3SINTSEQV13462260.3321.2165.8637254.46247.1417581244.8116.5403.1811241.63235.243825244.7915.791-2.8298247.62238.863081244.3315.736-1.7610246.10237.835323241.2515.1433.9275237.32231.923032238.9313.1942.0498236.88231.5113461209.7512.739-0.79580210.55204.113082198.606.4709-9.5668208.16200.635343194.1410.4392.2088191.93187.955342190.575.55771.6040188.97187.02在ANSYS应力变形结果中取应力比较大的10个节点,如上表3.8所示,可得应力值最大为,小于许用应力。在ANSYS应力变形结果中取位移比较大的10个节点,如上表3.9所示,位移最大的节点为,而由于本桥壳轮距为,即允许的最大变形为,所以本工况下的位移变形量符合标准。5.4 驱动桥壳模态分析1、点击分析状态13选择 l l2、Preprocessor模块点击单元类型 选择 l l l/命令,弹出对话框选择 。定义材料属性,选择 l lProps l 弹出对话框,点击右侧 l lelastic l,在弹性模量值处填入“”,泊松比填入“”,移步至输入“”。生成网格 选择 l l命令图5.14网格模块划分 3、模态分析设置14点击主菜单 l l lNew 命令,打开 选择命令内容,要求分析种类,选择“”。从主菜单中选择 l l l 命令,打开 对话框,点击模态分析命令,选择“ ”,在. 文本框中输入,将 设置为 ,在. 文本框中输入,点击按钮。4、施加边界条件添加约束 选择 l l l l l l 。5、结果模块查看结果 l l l l 点击结果查看 以表格形式列出 在文本框内显示分析结果 l l 。5.5 ANSYS模态分析结果图5.15 分析结果点击命令查看模态变形结果 图5.16 一阶模态变形 图5.17 二阶模态变形图5.18 三阶模态变形 图5.19 四阶模态变形 图5.20 五阶模态变形 图5.21 六阶模态变形图5.16所示为一阶模态变形结果,频率,最大变形值为(相对值);图5.17所示为二阶模态变形结果,频率为,最大变形值为(相对值);图5.18所示为三阶模态变形结果,频率为,最大变形值为(相对值);图5.19所示为四阶模态变形结果,频率为,最大变形值为(相对值);图5.20所示为五阶模态变形结果,频率为,最大变形值为(相对值); 图5.21所示为六阶模态变形结果, 频率为,最大变形值为(相对值)。本章使用ANSYS对桥壳进行模态分析,根据结果显示,各阶模态桥壳的频率均在汽车桥壳安全的振动频率范围内,符合设计标准。5.6 本章小结本章对桥壳进行有限元分析,针对的是对桥壳的瞬态分析,运用软件对最终的模型进行分析计算,求出桥壳在多工况下的应力和变形结果,并作出桥壳应力图和位移图,同时对桥壳进行模态分析,发现结果符合设计标准。6 结 论本文依据参考文献,首先决定了驱动桥的总体设计方案,为接下来桥壳设计提供各项参数,然后对驱动桥壳进行设计并对其在多工况下进行受力和强度校核,确定设计的桥壳是否符合标准,最后应用三维设计软件和有限元分析软件10.0对桥壳进行几何模型建立和有限元分析。通过本次设计,本人对软件建模的特性有了初步的了解,对计算、分析功能的认知更清晰,充分体会到了软件对于解决应力和变形问题的方便性和快速性。本设计的主要内容如下:(1)因为本设计的总体方案确定为中型卡车,所以本设计采用铸造整体式桥壳的形式。(2)对四种工况下桥壳的受力和强度进行校核,符合标准。(3)选用Pro/E作为创建模型的软件,对桥壳结构进行了简化处理,选择拉伸、去除材料等指令完成桥壳模型的创建,既保留了桥壳的总体结构不变,又减少了计算。并成功导入,为ANSYS分析打下基础。(4)运用软件对最终的模型进行分析计算,求出桥壳在多工况下的应力和变形结果,并作出桥壳应力图和位移图,同时对桥壳进行模态分析,验证设计结果符合标准。综上所述,本设计设计的桥壳在各个工况下均符合设计要求,切实可用。参考文献1黄昶春,韦志林,沈光烈. 驱动桥壳有限元分析模型的改进J. 汽车技术,2012,02:27-30.2刘为,薛克敏,李萍,杜长春,唐子玉. 汽车驱动桥壳的有限元分析和优化J. 汽车工程,2012,06:523-527.3陈元华. 矿用自卸车驱动桥壳有限元疲劳分析与优化J. 煤炭技术,2012,07:30-31.4阎树田,王剑,孙会伟,徐明辉. 商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析J. 机械与电子,2012,08:14-16.5梁洪明,王靖岳,李学明. 基于CATIA和ANSYS的货车驱动桥壳有限元分析J. 汽车工程师,2012,10:34-35.6彭才望,周菊林,石毅新. 农用载货汽车后驱动桥壳有限元分析J. 农业装备与车辆工程,2015,12:49-52.7王开松,许文超,王雨晨. 汽车驱动桥壳有限元分析与轻量化设计J. 机械设计与制造,2016,07:222-225+231.8杨利辉. 基于实际工况轮式挖掘机驱动桥壳有限元分析J. 机械传动,2014,11:157-161.9庹前进. 基于有限元理论载重车驱动桥壳轻量化及可靠性分析J. 机械传动,2015,03:141-144.10吴超,廖敏,业红玲. 基于有限元方法的汽车驱动桥壳分析J. CAD/CAM与制造业信息化,2015,04:45-48.11郭冬青,张翠平,姚晓博,肖帅,张鹏超. 农用车驱动桥壳的有限元分析与结构改进J. 中国农机化学报,2015,05:198-202.12庹前进. 解放CA141载重汽车驱动桥壳动态特性的有限元分析J. 机械工程师,2015,11:192-193.13王超,李强,邵方. 重型牵引车驱动桥壳的有限元分析J. 农业装备与车辆工程,2014,10:42-46.14王彦博,梁长佳. 某叉车驱动桥壳有限元分析J. 叉车技术,2013,04:8-9+11.15 Hypoid gear vehicle axle efficiency Original Research Article Tribology International, Volume 101, September 2016, Pages 314-323I. Kakavas, A.V. Olver, D. Dini.16 Safe life and damage tolerance aspects of railway axles A review Original Research Article Engineering Fracture Mechanics, Volume 98, January 2013, Pages 214-271U. Zerbst , S. Beretta , G. Khler
收藏