基于协同仿真环境的货车驱动桥壳有限元分析.pdf

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基于协同仿真环境的货车驱动桥壳有限元分析
FE analysis of the truck drive axle housing based on co-simulation environment
焦安源,李宗泽2,白宁山3
JAO An-yuan, Li Zong-ze, BAL Ning-shan
1.辽宁科技大学应用技术学院,鞍山114051:2.辽宁科技大学机械工程学院,鞍山114051
3.苏州市公共交通有限公司,苏州215007)
摘要:根据工程图纸,利用 Solld Works软件创建某轻型载货汽车驱动桥的买体模型,适当筒化对有
限元分析结果影响较小的部分特征。基于 Solidworks与 ANSYS Workbench的协同仿真环
境对某汽车驱动桥装配体模型以及单一桥壳模型进行了有限元分析,求得驱动桥壳在靜止满
載、冲击满載、最大牽引力、紧急制动以及最大侧向力工况时的应力等效云图及変形等效云
图。对比两者的分析结果表明:利用带有钢板弹簧和主减速器売的驱动桥壳装配体模型进行
协同仿真分析,其结果更加符合驱动桥壳的实际工作状兄。
关键词:驱动桥壳;钢板弹簧;协同环境; ANSYS Workbench
中分号:TH164
文献标识码:A
文章绵号:1009-0134(2014)02(下)-0031-04
Doi:10.3969/].lssn.1009-0134.2014.02(下).09
0引言
建合适的有限元模型,而创建有限元模型的首要
驱动桥壳作为载货汽车的主要部件之一,起工作是建立实体模型
着承载荷重和传递作用力的作用。驱动桥壳的质
桥克三维实体模型的建立
量与性能直接影响着汽车的整体性能,这就要求
直接运用 ANSYS Workbench对结构复杂的
驱动桥壳具有足修的强度、刚度,进而保证汽车驱动桥模型进行实体建模存在很大的难度。由
行驶的平稳性。但是由于驱动桥壳的形状复杂及于 Solidworks创建的实体模型可以直接导入到
使用条件千变万化,利用传统方法计算其应力和 ANSYS Workbench,因此,本文借助 Solid Work
变形比较困难。近年来,利用有限元法对驱动桥强大的三维建模能力,创建驱动桥的实体模型。
壳进行计算与分析已经广泛应用。
在 Solid Works中按照工程图纸依次创建主减速器
针对某型载货汽车驱动桥壳出现失效的现売、钢板弹簧、板簧応和桥壳的实体模型,装配
象,有必要对其失效原因等进行分析,采用有限后完整驱动桥装配体模型如图1所示。
元方法对其进行有限元分析正是一种非常有效的
途径。为了能够更加准确的反映驱动桥壳的实际
工作状况,本文分析方法基于协同仿真环境进
行;且采用带有钢板弹簧、主减速器壳等组件装
配后的装配体作为分析模型,相对传统的仅对单
桥壳模型分析更接近汽车的实际工作状况。可
图1完整驱动桥裝配体模型
以相对准确的反映出钢板弹簧、主减速器壳等对
桥壳的影响,从而更加准确的得到桥壳应力和变
完整驱动桥装配体模型中板簧数量较多,会
形的计算结果,这为桥壳结构定型、改进和优化
使得创建的有限元模型网格数量过多,计算难度
等都提供了更为可靠的依据。
大,甚至可能因网格数量太多而无法进行分析计
算。鉴于本次分析的对象是驱动桥壳,而非钢板
1驱动桥売有限元模型的建立
弹簧,因此在保持板簧性能参数不变的情况下将
顺利的完成驱动桥壳有限元分析的前提是创实际的多片板簧简化成单片,并省略模型中对分
收蒋日期:2013-09-1
基金项目:辽宁省教育厅项目(L2012099)
作者简介:焦安源(1978-),男,黑龙江齐齐哈尔人,副教授,硕士,研究方向为车辆结构分析和辅助设计、磁力研
磨光整加工。
第36卷第2期2014-02(下)[31
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析结果影响不大的结构,如:焊缝、注油孔等
况的载荷情况以及边界条件如表2所示。具体载荷
1.2有限元分析前处理
值,根据汽车参数和设计手册,按照工况受力计
有限元分析前处理在整个有限元分析过程中算而得。
起着至关重要的作用,是保证有限元分析结果准
表2五种工况的载荷及边界条件表
确性的必要条件。将 Solidworks创建的驱动桥壳实
工况
载荷
边界条件
体模型导入到 ANSYS Workbench后,使用其前处
理模块对模型进行有限元分析的前处理工作,包
板簧吊耳圆弧面,加固定桥壳左端面上一点,并
括定义单元类型、定义材料属性、网格划分等。
2载Y方向的垂向力。東左右两端面Y、Z方向的
位移量为0。
驱动桥装配体模型中零件的材料参数表如表1
板簧吊耳圆弧面,
所
加载Y方向的垂向固定桥壳左端面上一点,并
力、-Z方向的牵引约束左右两端面Y、乙方向的
表1驱动桥壳装配模型中零件的材料参数表
位移量为0。
屈服
固定桥壳左端面上一点,并
零件材料类型弹性模量泊松比(g/ m)(Mpa)
密度
极限
板簧吊耳圆弧面,加
4我Y方向的垂向力、約東左右两端面Y、Z方向的
Z方向的制动力和弯
位移量为0,对板簧座外侧的
板簧座45
2.09E110.2697890
355
矩M。
法兰盘外圆面施加切向的圆
柱面约束。
驱动
桥壳
Q3452-.06E110.287850345
约東桥売左端面,并设置
钢板6 0SI2M206E110297401180
板簧吊耳圆弧面,加X、Y和亿方向的位移值为
5载-Y方向的垂向力、0,约東桥壳右侧与板簧座接
主减速
+X方向的侧向力。触的水平面,并设置Y方向
器売QT450-101.69110.2577060310
的位移值为0
模型网格划分主要采用的单元类型为带中间2驱动桥壳仿真计算与结果分析
节点的10节点的四面体单元 solid187和适用于3D模
完成有限元模型的建立之后,对其进行以上
型表面的三维结构表面效应单元SURF154。由于
五种工况下结构的强度仿真求解,求解完成后即
钢板弹簧的尺寸较大,相对厚度较小以及材料的
可对结果进行分析与评价。
特殊性,所以采用“ sweep”划分网格的方法对板
簧的划分网格。
2.1驱动桥売各工况仿真计算结果分析
在 ANSYS Workbench前处理模块中通过一系
通过 ANSYS Workbench软件对驱动桥壳分析
列的设置后,对桥壳装配模型进行网格划分,最
计算可求得驱动桥壳在上述五种工况下的应力与
终将模型划分为32167个单元,71651个节点。划
变形的等效云图。图3~图7为驱动桥売五种工况下
分网格后的简化驱动桥装配模型如图2所示。
的应力与变形的等效云图。
(a)工况1应力等效云图
图2划分网格后的简化驱动桥壳裝配模型图
1.3载荷及边界条件
驱动桥壳在使用过程中受力复杂,本文主要
分析以下典型工况:工况1-静止满载工况、工况2
冲击满载工况、工况3-最大牵引力工