基于ANSYS的载重货车驱动桥壳的有限元分析.pdf

轻型汽车技术2011(4)总260
技术纵横
技
设计?研究
基于 ANSYS的载重货车驱动桥売的有限元分析
胡国强伍伟
武汉理工大学汽车工程学院现代汽车零部件技术湖北省重点实验室)
摘要
驱动桥壳是汽车的主要承载构件,承受着多个方向的載荷和冲击,应具有足够的强
度、刚度和可靠性。本文利用 CATA建模软件建立解放CA141驱动桥壳的三维模型。采
用 ANSYS分析软件对其进行了静强度、静态刚度特性分析,通过计算发现桥売具有足
够的强度和刚度,对今后新产品的开发和优化设计提供了设计依据。
关键词:CA141静强度静态刚度优化设计
CA141驱动桥壳进行分析。
随着汽车工业的发展,对汽车的性能要求越来
2驱动桥桥壳几何模型的建立
越高,这使得传统的驱动桥桥壳设计计算方法已经
建模时,尽量依实际几何模型建立实体模型,
无法满足现代汽车设计的要求。电子计算机的出现但根据桥壳的实际受载情况,有些细节可以省略或
以及有限元法的飞速发展为驱动桥壳结构性能的计简化,比如略去连接座上的螺栓孔、加油口、放油
算分析带来了新的革命。
口,设半轴套管和驱动桥壳是一体的,不是装配的;
驱动桥壳是汽车的重要承载件和传力件,非断将桥壳结构中的圆角简化成直角,既有利于简化建
开式驱动桥売支承汽年重量,并将载荷传给车轮。作模,也有利于有限元模型建立过程中提取中截面
用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向力轴肩处的圆弧不能省略,因为此处可能正是应力集
也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此,驱动中的地方。所建实体模型如图1所示。
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。
本文以有限元静态分析理论为基础,将CAD软
件 CATIA和有限元分析软件 ANSYS结合起来,完
成了从驱动桥壳三维建模到有限元分析的整个过
程,得出了驱动桥売在四种典型工况下的应力分布
和变形结果。计算证明,该桥壳满足强度要求,可以
图1驱动桥桥壳几何模型
认为它在汽车各种行驶条件下是可靠的。在此基础
上,可以应用 ANSYS的优化模块对其进行结构优
驱动桥桥壳有限元模型的建立
化,能大大提高材料的利用率,且应力分布更加合
将在 CATIA建立的驱动桥壳的三维模型,另存
理。实验表明该方法能大大缩短生产周期,对于产品为 model格式文件,然后导入到 ANSYS中,选择Tet
的开发和改进具有非常重要的意义。本文将对解放 Solid187单元,对其进行灵活刘分网格,得到4095
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个单元,8346个节点。有限元模型如图2所示。添加式中Tm-发动机最大转矩,为860N·m
材料常数,该驱动桥壳材料为铸钢,根据CATA模
一変速器一档传动比,为7.64
型单位换算关系,将刚导入的模型缩小一千倍。弹性
io一一驱动桥的主减速比,为6.25
模量为2.02EINm2,泊松比0.3,材料密度为
r传动系的传动效率,为0.9
7800kg/
一驱动车轮滚动半径,为0.47n
代人以上数值得P=78635N。
3)桥壳承受最大制动力工况
此工况要求汽车满载,紧急制动,不考虑侧向
力。左右驱动车轮除作用有垂直反力外,还作用有
地面对驱动车轮的制动力,最大制动力大小为:
B=Gmp/2
式中Bー一地面对驱动车轮的最大制动力
G一汽车满载静止于水平路面时驱动桥给
图2驱动桥桥売有限元模型
地面的载荷,为78880N
m'一汽车制动时的质量转移系数,对载货汽
4载荷及边界条件的确定
车后驱动桥一般取0.75~0.95,取0.8
4.1驱动桥壳载荷的计算
q-一驱动车轮与路面的附着系数,计算时取
驱动桥壳在车辆行驶中的受力状况比较复杂,
0.75-0.8,取0.8
承受的力主要有垂向力、切向力(牵引力或制动力和
代人以上数值得B=25242N。
侧向力。桥壳设计常采用的计算载荷工况有四种:(1)
(4)桥壳承受最大側向力工况
最大垂向力(满载、冲击载荷作用);(2)最大牵引力
该工况是汽车发生侧滑时的极限工况,即当驱
行驶:()紧急制动;(4)最大側向力。下面,对这四种动桥的全部荷重由侧滑方向一侧的驱动车轮承担
工况受力进行计算
时,驱动桥承受的侧向力为:Y=Gxp1
(1)桥壳承受最大垂向力工况
式中Y一驱动桥承受的侧向力
此工况要求汽车满载,受冲击载荷的作用,不考
G一汽车满载静止于水平路面时驱动桥给
虑侧向力和切向力。取25倍載荷施加在两个钢板
地面的载荷,为78880N
弹簧座上,最大垂向力为
q一轮胎与地面的侧向附着系数,取1.0
Z乙=2.5G×ay(an+a)
代入以上数值得Y=78880N。
ZR=2.5G x ar/(artaz)
4.2边界条件的确定
式中Z,Z施加在左、右钢板弹簧座上的载荷
由以上结果可知,在桥壳承受切向力方向上
G一后驱动桥壳满载轴荷,为78880N
最大牵引力P。大于最大制动カB,可只对最大牵
a1一左边钢板弹簧座中点与桥売中央点引力进行静强度分析,这三种工况的加载方式和约
的距离,为0.52m
束条件如表1和表2所示。由于选用的Soid实体
a2.一右边钢板弹簧座中点与桥壳中央点单元,存在XYZ方向自由度。
的距离,为0.52m
表1加载方式
代人以上数值得Z=ZA=98600N
况
加载方式
の桥壳承受最大牵引力工况
最大垂向力垂直面力平均施加到两板簧座
此工况要求汽车满载,以最大牵引力作直线行
在两侧车轮轮距处上的与地面接触的节点上施加
驶,不考虑侧向力,左右駆动轮除作用有垂向反カ、「最大引力垂向力、且在该节点上施加与运动方向一致的最
还作用有地面对驱动车轮的牵引カ,最大牵引力大
大牵引力。
小为:P= Temeip io nn
最大侧向カ在侧滑方向左侧车轮轮距处施加垂向力。且在该
处施加水平方向的最大侧向力。