洛阳理工学院毕业设计（论文）
汽车桥壳的有限元分析
摘 要
随着汽车工业的高速发展，对汽车性能的要求越来越高，这使得传统的驱动桥桥壳的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的需要。电子计算机的出现以及有限元的飞速发展为驱动桥壳的结构性能的计算分析带来了新的革命。
由于驱动桥桥壳是汽车重要的承载件和传力件，桥壳的性能和疲劳寿命直接影响着汽车的有效使用寿命。因此，驱动桥壳应有足够的强度、刚度和良好的疲劳耐久特性。合理设计驱动桥壳也是提高汽车安全性和舒适性的重要措施。
论文利用Pro/E建模软件建立高顶单胎14A-B型汽车驱动桥壳的3D模型，采用最新的ANSYS协同仿真有限元平台，按国家驱动桥壳台架试验的标准，在计算机中对5.0mm、6.0mm、6.5mm三种厚度驱动桥壳进行有限元分析，其中包括垂直弯曲刚度和静强度的分析。有限元分析结果表明，5.0mm厚桥壳的垂直静强度不符合规范要求，6.0mm、6.5mm厚的两种桥壳满足规范要求。最后，结合工程实例做了桥壳的失效分析，找出桥壳失效的原因是垂直静强度不够、某些装配部位应力过大。并提出相应的改进意见，以供参考。
关键词：驱动桥桥壳，ANSYS，垂直弯曲刚度，静强度，失效分析
I
洛阳理工学院毕业设计（论文）
AUTOMOBILE BRIDGE SHELL FINITE ELEMENT
ANALYSIS
ABSTRACT
With the auto industry high speed development, the function to the automobile
demands more and more highly, the feasible tradition designs of the auto mobile drive axle housing already haven’t satisfy the request that modem designs. The calculation analysis that the electronic computer appearing develops at full speed for the structure designs as well as finite element method after has brought about new revolution.
Since the axle housing is mainly carrying and passing components of the
vehicle, the axle housing function and fatigue life have direct impact to effective automobile useful time, the axle housing should have sufficient intensity, stiffness and well durable fatigue property. Therefore, the axle housing designs are also to improve automobile safety and the comfortableness importance rationally methods.
The thesis makes use of Pro/E software building the 3D models of 14A-B
type’s axle housing. Using ANSYS workbench FEA simulated platform, according to the national standard of drive axle housing tests, three types thickness drive axle housing has simulated by FEA on 5.0mm, 6.0mm, 6.5mm in the computer has included vertical curves just degree and start intensity analysis. Static analysis of result indicates that the perpendicularity intensity and fatigue strength of the 5.0mm axle housing is unqualified, 6.0mm, 6.5mm two types’ axle housing come up to the national standard. End, wedge bonding engineering solid instance the lapse that made bridge housing analysis, finding out the reason of bridge housing lapse is perpendicular stat intensity not enough and some assembly part stress over big. And the submissions correspond of betterment opinion to provide a reference.
KEY WORDS: Drive axle housing, ANSYS Workbench, The vertical curves just a degree, Quiet intensity, Failure analysis
II
洛阳理工学院毕业设计（论文）
目 录
前 言 .................................................................................................. 1 第1章 绪论 ........................................................................................ 2
1.1
汽车桥壳的分类和机构特征概述 ...................................... 2 1.2.1 国外CAE的发展和现状论述 ..................................... 3 1.2.2 国内CAE分析的发展和现状 ..................................... 4 1.3 本课题的工程背景和研究意义 ............................................. 4 1.4 本文的主要研究内容和技术路线 ......................................... 5
1.4.1 本文的主要研究内容................................................... 5 1.4.2 技术路线流程图........................................................... 5 1.5 小结 ........................................................................................ 6 第2章 有限元基本方法和桥壳有限元模型..................................... 7
2.1 有限元基本方法及其计算工具简介 ..................................... 7
2.1.1 有限元方法及其理论................................................... 7 2.1.2 ANSYS系列通用有限元软件 ...................................... 8 2.2 14A-B型汽车桥壳的实体模型和有限元模型 ................. 10
2.2.1 桥壳实体模型 ............................................................ 10 2.2.2 有限元模型、网络划分和单元介绍 ......................... 11 2.2.3 驱动桥桥壳模型材料介绍......................................... 12 2.3 小结 ...................................................................................... 12 第3章 驱动桥的受力特征及结构静力分析................................... 14
3.1 汽车驱动桥桥台试验........................................................... 14
3.1.1 驱动桥桥壳垂直弯曲刚度和静强度试验简介 ......... 14 3.1.2 垂直弯曲刚度和静强度试验评估指标 ..................... 14 3.2 桥壳受力特征....................................................................... 15
3.2.1 约束情况 .................................................................... 15 3.2.2 载荷施加方式 ............................................................ 16 3.3 有限元分析........................................................................... 16
III
1.2 汽车桥壳CAE分析的研究和发展 ....................................... 3
洛阳理工学院毕业设计（论文）
3.4 小结 ...................................................................................... 18 第4章 静力分析结果 ...................................................................... 19
4.1 垂直弯曲刚度分析结果对比............................................... 19 4.2 垂直弯曲静强度分析结果对比 ........................................... 22 4.3 小结 ...................................................................................... 25 第5章 桥壳失效原因及改进意见................................................... 27
5.1 分析失效原因的目的........................................................... 27 5.2 分析的一般步骤................................................................... 27 5.3 失效原因及改进意见........................................................... 27 5.4 小结 ...................................................................................... 28 结 论 ................................................................................................ 29 谢 辞 .................................................................................................. 30 参考文献 ............................................................................................ 31 附 录 ................................................................................................ 32
IV
洛阳理工学院毕业设计（论文）
前 言
汽车驱动桥是汽车主要的传力件和承载件，它不仅要把发动机输出的扭矩传递到车轮以驱动汽车行驶，还要承受汽车以及路面的各种力和扭矩，因此要有足够的强度、刚度和疲劳强度。目前国内大多数驱动桥制造企业在设计驱动桥时，普遍以经验为依据对驱动桥的零部件进行设计，从而导致汽车在行驶过程中不断出现驱动桥不正常工作的问题，主要表现在桥壳的开裂、半轴的断裂、齿轮断裂等。本文采用有限元法对驱动桥的刚度、强度进行分析，在此基础上提出合理的改进方案。
过去工程师在对简单机械结构进行分析时，都要进行一系列的简化和假设，再采用材料力学、弹性力学或塑性力学进行分析。随着工业的迅速发展，有越来越多的复杂结构需要分析研究，这些复杂问题往往求不出它们的解析解。要解决这个问题，通常有两种途径：一是试验法，通过提出一些假设，回避一些难点，对复杂问题进行简化，使之成为能处理的问题。但是，由于太多的简化和假设，导致结果不准确甚至错误。另一种行之有效的途径是尽可能保留问题的实际状况，寻求近似的数值解。在众多的数值方法中，有限元分析法因突出的优点而被广泛应用。
本文的主要研究方法是：第一阶段，建立汽车驱动桥桥壳的三维模型，把不同厚度的桥壳通过简化成为有限元计算模型。第二阶段，根据国家标准的规定和材料试验数据，对三种厚度桥壳进行垂直弯曲刚度分析、垂直弯曲强度分析并与评估指标进行对比。第三阶段，对不合格的桥壳进行分析，找出失效机理，最后提出改进方案，重新进行有限元分析验证，以供设计部门进行参考。
1