洛阳理工学院毕业设计（论文）
第1章 绪论
1.1 汽车桥壳的分类和机构特征概述
汽车通常由发动机、底盘、车身和电器设备四部分组成。其中底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四个部分组成，而汽车驱动桥是传动系中不可缺少的组成部分。
汽车驱动桥壳是汽车上重要的承载构件之一，其主要作用有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右车轮的轴向间距相对固定；与从动桥一起支撑车架以及以上的部件总质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架，驱动桥应有足够的强度和刚度且质量小，并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的质量和尺寸比较大，制造较困难，故其结构形式在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造[1]。驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳两类[1]。
1、整体式桥壳由于制造方法不同可分为几种：整体铸造、钢板冲压焊接、中段铸造两端压入钢管、钢管扩展成型等形式。
整体式桥壳的结构如图1-1所示，本课题分析的江铃公司全顺高顶单胎14A-B型桥壳就属于此类。
图1-1 东风EQ109OE汽车驱动桥壳
1-半轴套管；2-后桥壳；3-放油孔；4-后桥壳垫片；5-后盖
6-油面孔；7-凸缘盘；8-通气塞
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2、分段式桥壳
分段式桥壳一般由两段组成，也有三段甚至多段组成的，各段之间用螺栓连接。它主要由铸造的主减速器、壳盖、两个钢制半轴套筒及凸缘组成。
有的分段式桥壳之间可以相对移动，采用独立悬架。分段式桥壳比整体式桥壳易于铸造，加工简单，但维修不便。当拆卸主减速器时，必须把整个驱动桥从汽车上拆下来。分段式桥壳多用于中型汽车和轻型汽车上。
1.2 汽车桥壳CAE分析的研究和发展
1.2.1 国外CAE的发展和现状论述
随着第一辆汽车问世至今，汽车零件设计已经经历了一个世纪的发展过程。传统汽车工业产品的基本设计方法是试凑法，即初级成品经测试不能满足工程及品质上的需求时，再修改原设计图，再做实验品进行测试[2]。
近年来随着计算机硬件和图形学的发展，特别是计算机辅助工程(CAE)和有限单元法(FEA)的广泛应用，为实现汽车零部件设计、结构强度分析和模具制造一体化工程提供了条件。
在CAE的应用和开发方面有CADAM系统、CATIA系统、EUCLID系统、Pro/E系统和UG等。这些系统在各大公司的设计领域中得到广泛应用。这种大量依托几何三维建模的现代设计方法和计算机数值计算能力的不断提升催进了CAE和有限元技术的快速发展。以ANSYS、ABAQUS、MSC等为代表的有限元分析软件早已活跃在全球各行各业中。大幅度缩短产品开发周期，降到成本。
由于在产品的早中期发现设计缺陷，进行修改的风险最小，引起的损失也最小。因此今后有限元分析的发展趋势应该提前到概念设计阶段，在零部件设计阶段就进行有限元分析。通过计算机仿真课有效的缩短产品的研发周期。
近20年来，以有限元分析为代表CAE作为设计手段已成为汽车工业设计发展的新趋势，推动了汽车和其他工业的发展。这一新技术及其应用水平已经成为一个国家工业生产和现代化程度的一个重要标志。
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1.2.2 国内CAE分析的发展和现状
我国早在20世纪70年代就开始对CAD/CAE的研究，20世界80年代的时候我国进行了大规模的CAD/CAE的研究与开发。20世纪90年代，随着“863/CIMS”计划的推进，北京航空航天大学、清华大学、华中理工大学等一批高校和研究院所相继推出研究成果。比如由北京高华计算机有限公司推出的高华CAD产品，北京北航海尔软件有限公司开发和销售的CAXA电子版图和CAXA-ME制造工程师软件，华中理工大学机械学院开发CAD系统等等。
1995年国内的郑建新、赵六奇[3]介绍了法国SOMA公司指定的关于汽车驱动桥桥壳强度校核方法：应用ALGOL FES软件对SOMA C116转向驱动桥桥壳进行了静强度有限元分析，得出了三种载荷情况下最大应力的出现处；在桥壳失效分析这块陈效华、刘心文[4]针对某微型汽车驱动桥样件在试验时出现驱动桥断裂的现象，以有限元理论为依据，利用面向特征建模方法，建立该桥壳三维模型和有限元模型。通过改变桥壳结构和受力，局部应力明显降低，改进后的桥壳未出现断裂现象；在桥壳的弹塑性非线性有限元分析方面有李玉河[5]等对我国生产的一种汽车后驱动桥桥壳进行了大位移、大应变弹塑性有限元模拟分析，求得了加载点的载荷，为汽车后桥的强度评价及疲劳寿命估算提供了理论依据。还有许多专家对有限元的发展有很大贡献，这里不多说了。
我国在驱动桥壳设计环节中，通过对驱动桥壳进行有限元分析计算，既可以分析驱动桥壳的变形、应力、应变、强度和刚度状况，也可以分析比较各种设计方案，在保证强度和刚度的前提下，为结构的减重、改进以及优化设计提出可行的措施和建议。
1.3 本课题的工程背景和研究意义
江铃集团旗下的全顺品牌汽车是江铃汽车和福特汽车合作精心研制的高品质商用车。该车型是由FORD欧洲版Transit车为设计原型，由于欧洲路况比较好，使用时一般不超载，加上该车的悬架减震系统良好，因此，
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该车的桥壳各项性能均达标，在欧洲完全能够满足使用要求。
当该车型引入到中国后，中国的具体情况和欧洲有很多不同，路况比较差，给桥壳的冲击载荷很大，所以在使用时，经常有用户反映该车的桥壳刚度较小，造成桥壳变形甚至疲劳断裂。售后维修中心反映，部分桥壳未过保修期出现开裂现象，导致整个桥壳必须更换。
对于驱动桥桥壳这样几何形状与组成、加工工艺与工序都比较复杂的机械零部件，在它们的制造过程中，为了保证一些关键工艺的质量（如冲压质量、焊接质量等），往往规定要定期从生产线中随机抽取样品进行实物桥壳的垂直弯曲刚度、弯曲静强度、疲劳强度等一些试验。根据各种试验中出现的应力集中位置、疲劳裂纹位置、长度来判别、认可产品的制造质量。这是一个反复调整和修改的过程，费时费力。如果在设计或检修的过程中，建立桥壳的有限元模型，在计算机上模拟相关试验，再通过小部分抽样试验，则会降低生产成本，缩短周期，产生良好的经济效益。
1.4 本文的主要研究内容和技术路线
1.4.1 本文的主要研究内容
第一阶段：建立江铃全顺汽车14A-B系列驱动桥桥壳的三维模型，桥壳厚度分别为5.0mm、6.0mm、6.5mm三种厚度通过适当简化成为有限元计算模型。
第二阶段：根据国家标准QC/T533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》的规定和材料实验数据，利用ANSYS进行三种厚度桥壳的垂直弯曲刚度分析、垂直弯曲静强度分析，并与评估指标进行对比。
第三阶段：根据台架试验的相关规范材料试验数据结合有限元的分析结果，再对其中5.0mm厚度进行失效分析，找出失效机理，最后提出该桥壳的改进方案，重新进行有限元分析验证，以供设计部门参考。
1.4.2 技术路线流程图
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三维模型建立 有限元模型建立 刚度、强度分析 分析结果对比 失效机理
图 1-2 流程图
1.5 小结
本章主要介绍了驱动桥桥壳的分类和结构特征，并介绍了国内外关于驱动桥桥壳的CAE分析以及桥壳设计发展的过程、趋势和应用现状。联系工程实际提出本课题的研究意义是：在设计和生产检测过程中，建立驱动桥壳的有限元模型，在计算机上模拟相关试验，再通过小部分抽样试验，则会使设计和检测过程缩短，减少抽样数目，降低生产成本，产生巨大的经济效益。
本课题的主要目的是研究14A-B型桥壳在台架试验中受力特征，分析其在台架试验中断裂的根本原因，最终提出该系列驱动桥桥壳的改进方案，以供设计部门进行参考。
研究的技术路线流程是：构件14A-B系列不同厚度汽车桥壳的三维模型，再结合国家台架试验规范，以ANSYS协同仿真平台为分析平台，进行桥壳的刚度、静强度分析。最后在有限元分析结果上，对桥壳进行失效分析，找出该系列桥壳的薄弱点，进行改进，并验证改进效果。
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