中型卡車驅動橋殼設計及有限元分析含開題報告及文獻綜述、任務書

中型卡車驅動橋殼設計及有限元分析含開題報告及文獻綜述、任務書,中型,卡車,驅動,設計,有限元分析,開題,報告,講演,呈文,文獻,綜述,任務書 任務書 論文(設計)題目：中型卡車驅動橋殼設計及有限元分析 工作日期：2016年12月12日 ~ 2017年05月26日 1.選題依據(jù): 驅動橋作為汽車驅動橋的主要組成部分之一，合理的設計可以保證汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。選題具有一定的實際應用價值。通過本次設計，將對驅動橋的結構具有更深入的認識，掌握汽車零部件設計的一般過程，并能熟練應用計算機輔助軟件和工程分析軟件進行有限元分析，不僅能夠將所學專業(yè)理論知識應用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。 2.論文要求(設計參數(shù)): 驅動橋作為汽車驅動橋的主要組成部分之一，合理的設計可以保證汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。本次設計將完成中型卡車驅動橋殼結構方案選擇、進行結構參數(shù)設計，并應用有限元分析軟件完成強度計算和應力分析，對結構進行改進 。選題具有一定的實際應用價值。通過本次設計，將對驅動橋的結構具有更深入的認識 ，掌握汽車零部件設計的一般過程，并能熟練應用計算機輔助軟件和工程分析軟件進行有限元分析，不僅能夠將所學專業(yè)理論知識應用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。 3.個人工作重點: 驅動橋作為汽車驅動橋的主要組成部分之一，合理的設計可以保證汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。本次設計將完成中型卡車驅動橋殼結構方案選擇、進行結構參數(shù)設計，并應用有限元分析軟件完成強度計算和應力分析，對結構進行改進 。選題具有一定的實際應用價值。通過本次設計，將對驅動橋的結構具有更深入的認識 ，掌握汽車零部件設計的一般過程，并能熟練應用計算機輔助軟件和工程分析軟件進行有限元分析，不僅能夠將所學專業(yè)理論知識應用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。 4.時間安排及應完成的工作: 第1周：通過查閱文獻，了解設計選題，與指導教師溝通理解任務書的內容。 第2周：查閱資料，準備開題報告。 第3周：整理文獻資料，修改開題報告。 第4周：修改開題報告，并進行開題答辯。第5周：對橋殼結構方案設計。 第6周：對橋殼進行參數(shù)設計。 第7周：對橋殼結構進行具體結構設計。 第8周：整理前期工作，并進行中期檢查。第9周：參數(shù)設計和計算。 第10周：利用有限元建模。 第11周：利用有限進行校核計算是否滿足要求。 第12周：根據(jù)校核結果對設計進行修改，繪制圖紙。 第13周：整理設計結果，撰寫設計說明書。 第14周：修改完善設計說明書，完善圖紙細節(jié)表達。第15周：完善設計說明書，整理設計資料，準備答辯。 5.應閱讀的基本文獻: [1]黃昶春,韋志林,沈光烈. 驅動橋殼有限元分析模型的改進[J]. 汽車技術,2012,02:27-30. [2]劉為,薛克敏,李萍,杜長春,唐子玉. 汽車驅動橋殼的有限元分析和優(yōu)化[J]. 汽車工程 ,2012,06:523-527. [3]陳元華. 礦用自卸車驅動橋殼有限元疲勞分析與優(yōu)化[J]. 煤炭技術,2012,07:30-31. [4]閻樹田,王劍,孫會偉,徐明輝. 商用車驅動橋殼強度和模態(tài)的有限元分析[J]. 機械與電子 ,2012,08:14-16. [5]梁洪明,王靖岳,李學明. 基于CATIA和ANSYS的貨車驅動橋殼有限元分析[J]. 汽車工程師 ,2012,10:34-35. [6]彭才望,周菊林,石毅新. 農用載貨汽車后驅動橋殼有限元分析[J]. 農業(yè)裝備與車輛工程 ,2015,12:49-52. [7]王開松,許文超,王雨晨. 汽車驅動橋殼有限元分析與輕量化設計[J]. 機械設計與制造 ,2016,07:222-225+231. [8]楊利輝. 基于實際工況輪式挖掘機驅動橋殼有限元分析[J]. 機械傳動,2014,11:157-161. [9]庹前進. 基于有限元理論載重車驅動橋殼輕量化及可靠性分析[J]. 機械傳動,2015,03:141- 144. [10]吳超,廖敏,業(yè)紅玲. 基于有限元方法的汽車驅動橋殼分析[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化 ,2015,04:45-48. [11]郭冬青,張翠平,姚曉博,肖帥,張鵬超. 農用車驅動橋殼的有限元分析與結構改進[J]. 中國 農機化學報,2015,05:198-202. [12]庹前進. 解放CA141載重汽車驅動橋殼動態(tài)特性的有限元分析[J]. 機械工程師 ,2015,11:192-193. [13]王超,李強,邵方. 重型牽引車驅動橋殼的有限元分析[J]. 農業(yè)裝備與車輛工程,2014,10:42- 46. [14]王彥博,梁長佳. 某叉車驅動橋殼有限元分析[J]. 叉車技術,2013,04:8-9+11. 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2016年12月16日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2016年12月17日 學院公章 進度檢查表 第 -3 周 工作進展情況 經(jīng)過一周的忙碌，查找了不少關于汽車驅動橋殼設計及有限元分析的文獻，自己對驅動橋殼設計有了深刻的認知和了解，對下一步所要進行的工作也有了初步的規(guī)劃。最后也順利的完成了開題報告，算是為畢業(yè)設計開了一個好頭。 2016年12月27日 指導教師意見 對選題和任務書的理解較好，建議及時整理參考文獻，完善開題報告。 指導教師(簽字)：XX 2016年12月27日 第 -1 周 工作進展情況 完成開題報告，對課題有進一步的理解，有了具體的計劃和目標。 2017年04月19日 指導教師意見 選題符合車輛工程專業(yè)培養(yǎng)目標，擬定的研究內容明確，難易度適當 ，工作計劃合理，雖然閱讀的文獻數(shù)量滿足要求，但對文獻的理解、歸納、總結不足，希望在后期的工作中進一步閱讀相關文獻。 指導教師(簽字)：XX 2017年04月18日 第 1 周 工作進展情況 修改開題報告，完成開題答辯，查閱書籍和資料，準備進行下一步工作 。 2017年04月19日 指導教師意見 由于找工作等客觀原因，基本未開展相關設計工作，建議調整工作進度 ，以確保按時完成設計任務。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 第 3 周 工作進展情況 進行材料準備，擴充參考文獻，查詢各類需要使用的參數(shù)，以便后續(xù)計 算。 2017年04月19日 指導教師意見 對文獻資料要整理并合理應用，確定設計思路，盡快進入設計工作，確保設計工作順利進行。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 第 5 周 工作進展情況 擬定驅動橋殼設計的總體方案，對橋殼結構及尺寸參數(shù)進行計算。 2017年04月19日 指導教師意見 完成了總體方案設計，基本合理，但還需要進一步進行論證，為后期工作打下良好的基礎，避免出現(xiàn)過多的工作反復。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 第 7 周 工作進展情況 整理前期工作，并進行中期檢查，開始著手對橋殼進行有限元分析，驗證橋殼設計的合理性。 2017年04月19日 指導教師意見 前期方案設計和結構設計基本完成，建議進入三維造型和軟件分析結果 ，中期檢查結果為中。 指導教師(簽字)：XX 2017年04月18日 第 8 周 工作進展情況 使用Pro/E建立幾何模型，用ANSYS進行有限元分析，校核計算是否滿足要求。 2017年05月19日 指導教師意見 要學習和掌握pro/E和Ansys工程軟件，掌握必要的操作，要注意操作的 準確性，以保證分析結果的可信度。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 第 9 周 工作進展情況 根據(jù)校核結果對設計進行修改，同時繪制橋殼圖紙以及完善之前所設計內容。 2017年05月19日 指導教師意見 按照中期檢查的結果對前期工作進行調整，抓緊時間，加快工作進度 ，要注意工作的嚴謹認真。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 第 11 周 工作進展情況 整理設計結果，將所設計內容進行歸納梳理，開始撰寫設計說明書。 2017年05月19日 指導教師意見 橋殼模型不完善，建議進行實物拆解，完善模型，重新進行分析，以期更接近真實的工作狀態(tài)。按工作進度開展下一步工作。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 第 13 周 工作進展情況 修改完善設計說明書，完善圖紙細節(jié)表達，將改好的設計說明書給指導老師檢查，有無格式錯誤。 2017年05月19日 指導教師意見 設計說明書初稿完成，但內容還需完善，不要補充相關設計內容，調整章節(jié)內容，注意格式規(guī)范性。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 第 14 周 工作進展情況 完善設計說明書，檢查論文查重率，整理設計資料，準備答辯。 2017年05月19日 指導教師意見 修改和完善設計說明書，調整論文結構，注意語言表達，圖標表達要符合規(guī)范要求。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 第周 工作進展情況 年 月 日 指導教師意見 指導教師(簽字)： 年 月 日 過程管理評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 2 遵守紀律 自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 2 開題報告 內容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務完成 按時、圓滿完成各項工作任務 4 3 過程管理評分合計 11 過程管 理評語 該生在整個畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，工作態(tài)度教認真，雖然后期刻苦努力，但前期由于找工作等原因表現(xiàn)得不夠積極主動；能夠自覺遵守學校有關規(guī)定；在指導教師的督促下，能夠接受指導，匯報工作進度；開題報告撰寫內容詳實，條理清晰，文獻閱讀書目滿足要求 ，對文獻理解基本正確，格式符合學校的規(guī)范要求，能夠按工作進度、較好完成各項工作任務。希望在今后的工作和學習中，能夠更加嚴謹認真，克服惰性，持之以恒，戒驕戒躁，必然會取得滿意的成績。 指導教師簽字:XX 日期:2017-05-24 指導教師評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 指導教師評分合計 15 指導教 師評語 該生在前期調研的基礎上，完成了中型卡車驅動橋殼設計及有限元分析，進行了驅動橋殼的結構設計，并應用ansys軟件進行了受 力分析，提出了改進措施。選題屬于汽車設計研究范疇，符合車輛工程專業(yè)培養(yǎng)目標要求，有一定實踐意義，難度適宜，工作量飽滿 ，該生據(jù)有一定的綜合運用知識能力，能夠參考文獻資料，完成了相關設計計算，研究方法選擇恰達，設計說明書撰寫文題相符，分析、計算、設計正確合理，結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)范要求。所提交的設計資料完整。綜合以上各點，該生完成了畢業(yè)設計任務書的內容，同意參加本科畢業(yè)答辯。 指導教師簽字:XX 日期:2017-05-24 評閱人評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 5 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 6 評閱人評分合計 15 評閱人 評語 XX同學以《中型卡車驅動橋殼設計及有限元分析》為題 ，選題符合車輛工程專業(yè)培養(yǎng)目標的要求，對汽車零部件的設計有一定的研究價值和實踐意義，選題的深度、難度適宜，工作量較充足。設計過程使用CATIA軟件建模，運用ANSYS軟件進行受力分析 ，可見該生已經(jīng)具有較強的計算機運用能力。從畢業(yè)論文的完成質量來看，論文文題相符，分析、計算、設計等基本正確，但論文結構、撰寫格式、目錄、序號的使用等尚需再按照基本規(guī)范的要求完善。 評閱人簽字：郭秀麗 評閱人工作單位：機械工程學院日期：2017-05-24 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設計)題目： 中型卡車驅動橋殼設計及有限元分析 答辯時間：2017年05月26日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 辯小組)成員 主任委員(組長)： XX XXX 委 員(組 員)： XXX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：兩次ANSYS分析有什么不同？ 回 答： 第一次是ANSYS應力和位移分析結果；第二次是ANSYS模態(tài)分析結果。 問題2：為什么要做模態(tài)分析？ 回 答： 模態(tài)分析是用來確定結構振動特性的一種技術，通過它可以確定自然頻率，振型和振型參與系數(shù)。進行模態(tài)分析可以使結構避免共振或以特定頻率 問題3：本次設計的模態(tài)分析為什么要做到六階？ 回 答： 計算結果的前六階模態(tài)頻率很小幾乎為零，反映的是橋殼的剛體位移，省 略這六階剛體模態(tài)，第七階模態(tài)頻率對應的模態(tài)為實際的第一模態(tài)，以此類 推，計算得到前六階模態(tài)。 問題4：模型簡化的內容 回 答：（1）略去不必要的圓角（2）略去工藝結構（3）忽略細節(jié)特征，如倒角，不重要區(qū)域的小孔及小尺寸的細節(jié)結構等 （4）簡化非危險區(qū)域的小尺寸細節(jié)結構 問題5：橋殼采用整體鑄造式的好處 回 答： 采用整體鑄造式橋殼的主要優(yōu)點在于可制成復雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應力分布，其強度及剛度較好，工作可靠。 問題6：半軸采用全浮式半軸的原因 回 答： 全浮式半軸的外端和以兩個軸承支撐于橋殼的半軸套管上輪轂相聯(lián)接，由于其工作可靠，廣泛應用于輕型及以上的各類汽車上。 記錄人： XX 2017年05月26日 答辯委員會評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 自述總結 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 7 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 7 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 10 7 答辯委員會評分合計 33 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作努力，態(tài)度比較認真，能遵守各項紀律，表現(xiàn)一般。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析無原則性的錯誤，解決問題方案比較實用，結論正確。 論文使用的概念正確，語句通順，條理比較清楚。 論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，基本規(guī)范。 能夠獨立查閱文獻，外語應用能力一般，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結論準確可靠。 答辯過程中，能夠簡明地闡述論文的主要內容，回答問題基本正確，但缺乏深入地分析。 答辯成績： 33 答辯委員會主任： XX 2017年05月31日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 11 指導教師評分 15 評閱人評分 15 答辯委員會評分 33 總分 74 成績等級 C 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 審核人簽章： XX 一、選題依據(jù) 1．研究領域 汽車部件設計 2．論文（設計）工作的理論意義和應用價值 驅動橋殼作為汽車驅動橋的主要組成部分之一，合理的設計可以保證汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。本次設計將通過對汽車驅動橋殼的學習和設計實踐、結構的優(yōu)化設計、主要零部件強度的計算分析和有限元分析等內容， 可以更好地學習并掌握現(xiàn)代汽車零部件設計與計算分析的相關知識和技能。通過本次設計，將對汽車的結構具有更深入的認識，掌握汽車零部件設計的過程，并能熟練應用計算機輔助軟件進行設計，不僅能夠將所學專業(yè)理論知識應用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。 3．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 國內許多汽車廠家相繼引進了一些中重型車輛，其后橋殼大多為鋼板沖壓焊接而成。但沖壓焊接式橋殼采用沖壓成型的方法存在材料成型困難，有的還需增加退火工藝，能耗高、工序多，制造工藝復雜，生產成本高。汽車在崎嶇的路面上顛簸行駛，受到交變負荷的作用，橋殼焊接處易出現(xiàn)脫焊開裂問題，疲勞性能差，超載易變形，主減速器齒輪正常嚙合受影響，噪聲大，減少了驅動橋總成的使用壽命。球墨鑄鐵具有高強度、高韌性、高可靠性、高壽命的特點，能生產出最接近要求的形狀。隨著球墨鑄鐵技術的發(fā)展，鑄造已成為取代沖壓焊接生產汽車后橋殼的首選方法。因為與沖壓焊接后橋殼相比，鑄造后橋殼具有強度和剛度較大，生產成本 低，拆裝、保養(yǎng)、維修方便等優(yōu)點。 發(fā)達國家在機械產品設計上早以進入了分析設計階段，他們利用計算機輔助設計技術，將現(xiàn)代設計方法，如有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計等應用到產品設計中，采用機械 CAD 系統(tǒng)在計算機上進行建模、分析、仿真、干涉檢查，實現(xiàn)三維設計，大大地提高產品設計的一次成功率，減少了試驗費用，縮短了產品更新周 期。而我們的設計手段仍處于以經(jīng)驗設計為主的二維設計階段，設計完成后在投產中往往要進行很大的改動，使得產品開發(fā)周期很長，性能質量低等。為改變我國的車輛零部件的生產和設計手段的落后狀況，縮短新產品的開發(fā)周期，提高市場競爭力，有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的 CAD 系統(tǒng)，對已開發(fā)的 CAD 系統(tǒng)需進一步提高和完善。 驅動橋殼需要有很大的強度和剛度，驅動橋殼傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法是利用數(shù) 學、力學等理論知識進行計算。這種方法計算量大且很復雜，很難模擬各種工況。隨著科學技術的進一步發(fā)展，企業(yè)只有提高設計研發(fā)能力才能跟上發(fā)展的腳步，現(xiàn)代工業(yè)的典型特征就是大量使用計算機，所以人們希望借助計算機輔助分析技術 （CAE）來解決相關復雜問題，有限元作為 CAE 技術的一種關鍵計算方法，被廣泛應用于各個行業(yè)，驅動橋殼作為車橋的重要組成部分之一，應用有限元法模擬，可以計算出驅動橋系統(tǒng)的動態(tài)響應，結果可信且接近實際，能較真實的模擬出驅動橋動態(tài)使用過程，是驅動橋殼設計的發(fā)展主流。 隨著各國政府對汽車節(jié)能環(huán)保理念認識的不斷提高，各大汽車零部件廠商為了能夠滿足主機廠綠色設計的要求紛紛開始大力研究節(jié)能環(huán)保技術，汽車作為一種重要的交通工具，控制油耗成為主要的突破口，對汽車驅動橋殼進行輕量化設計成為驅動橋殼設計部分很重要的一環(huán)。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 確定橋殼的類型，對其結構進行設計，并計算相應參數(shù)尺寸，對主要結構尺寸進行校核，用有限元技術對橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1）查閱相關資料，了解研究課題的意義價值、研究概況和發(fā)展趨勢 （2）橋殼結構設計及計算相應尺寸參數(shù)； （3）橋殼的受力分析； （4）橋殼的靜彎曲應力計算； （5）各種工況下橋殼強度的分析； （6）有限元技術分析驗證； （7）繪制橋殼圖紙，寫設計說明書。 3.本論文（設計）預期取得的成果 通過本次設計，將對汽車的結構具有更深入的認識，掌握汽車零部件設計的過程，并能熟練應用計算機輔助軟件進行設計，不僅能夠將所學專業(yè)理論知識應用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。預期提交以下成果： (1)設計圖紙一套（總工作量達 3 張零號圖紙）； (2)設計說明書（10000 字以上）； (3)與課題相關的一篇外文翻譯（2000 字以上）。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； （1）調研并查閱相關資料； （2）總體方案的確定； （3）橋殼的設計； （4）橋殼的 Pro-e 建模； （5）設計結果的有限元技術校核； （6）繪制橋殼圖紙； （7）完成畢業(yè)設計和設計說明書。 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周：通過查閱文獻，了解設計選題，與指導教師溝通理解任務書的內容。第 2、3 周：查閱資料，準備開題報告 第 4 周：修改開題報告，并進行開題答辯。第 5-7 周：對橋殼進行總體設計 第 8 周：整理前期工作，并進行中期檢查。翻譯外文文獻 1 篇。第 9-11 周：參數(shù)設計和計算；校核計算是否滿足要求 第 12-14 周：繪制橋殼圖紙，準備設計說明書第 15 周：完善設計說明書，整理設計資料。第 16 周：準備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1]黃昶春,韋志林,沈光烈. 驅動橋殼有限元分析模型的改進[J]. 汽車技術,2012,0 2:27-30. [2]劉為,薛克敏,李萍,杜長春,唐子玉. 汽車驅動橋殼的有限元分析和優(yōu)化[J]. 汽車工程,2012,06:523-527. [3]陳元華. 礦用自卸車驅動橋殼有限元疲勞分析與優(yōu)化[J]. 煤炭技術,2012,07:30 -31. [4]閻樹田,王劍,孫會偉,徐明輝. 商用車驅動橋殼強度和模態(tài)的有限元分析[J]. 機械與電子,2012,08:14-16. [5]梁洪明,王靖岳,李學明. 基于 CATIA 和 ANSYS 的貨車驅動橋殼有限元分析[J]. 汽車工程師,2012,10:34-35. [6]彭才望,周菊林,石毅新. 農用載貨汽車后驅動橋殼有限元分析[J]. 農業(yè)裝備與車輛工程,2015,12:49-52. [7]王開松,許文超,王雨晨. 汽車驅動橋殼有限元分析與輕量化設計[J]. 機械設計與制造,2016,07:222-225+231. [8]楊利輝. 基于實際工況輪式挖掘機驅動橋殼有限元分析[J]. 機械傳動,2014,11: 157-161. [9]庹前進. 基于有限元理論載重車驅動橋殼輕量化及可靠性分析[J]. 機械傳動,20 15,03:141-144. [10]吳超,廖敏,業(yè)紅玲. 基于有限元方法的汽車驅動橋殼分析[J]. CAD/CAM 與制造業(yè)信息化,2015,04:45-48. [11]郭冬青,張翠平,姚曉博,肖帥,張鵬超. 農用車驅動橋殼的有限元分析與結構改進[J]. 中國農機化學報,2015,05:198-202. [12]庹前進. 解放 CA141 載重汽車驅動橋殼動態(tài)特性的有限元分析[J]. 機械工程師 ,2015,11:192-193. [13]王超,李強,邵方. 重型牽引車驅動橋殼的有限元分析[J]. 農業(yè)裝備與車輛工程 ,2014,10:42-46. [14]王彥博,梁長佳. 某叉車驅動橋殼有限元分析[J]. 叉車技術,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. 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Klingbeil. 附：文獻綜述或報告 1.引言 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對汽車的性能要求越來越高，這使得傳統(tǒng)的驅動橋殼設 計計算方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代汽車設計的要求。電子計算機的出現(xiàn)以及有限元法的飛速發(fā)展為驅動橋殼結構性能的計算分析帶來了新的革命。 驅動橋殼是汽車的重要承載件和傳力件，非斷開式驅動橋殼支承汽車重量，并將載荷傳給車輪。作用在驅動車輪上的牽引力、制動力、側向力、垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此，驅動橋殼的使用壽命直接影響汽車的有效使用壽命。合理地設計驅動橋殼，使其具有足夠的強度、剛度和良好的動態(tài)特性，減少橋殼的質量，有利于降低動載荷，提高汽車行駛的平順性和舒適性。 驅動橋殼應滿足如下設計要求： （1）應具有足夠的強度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常并不使半軸產生附加彎曲應力； （2）在保證強度和剛度的前提下，盡量減小質量以提高汽車行駛平順性； （3）保證足夠的離地間隙； （4）結構工藝性好，成本低； （5）保護裝于其上的傳動部件和防止泥水浸入； （6）拆裝，調整，維修方便。 2.驅動橋殼的分類 驅動橋殼從結構上可分為整體式橋殼和分段橋殼兩類。 （1）整體式橋殼 整體式橋殼的結構特點是一個剛性整體外殼或空心梁。按制造工藝的不同又可分為多種形式，常見的為整體鑄造、鋼板沖壓焊接式、中斷鑄造兩端壓入鋼管和鋼管擴張成形等形式。整體鑄造式橋殼的強度和剛度較大，但質量大，加工面多，制造工藝復雜，主要用于中、重型貨車上。但其簧下質量較大，對汽車的行駛平順性有不利的影響。鋼板沖壓焊接式和擴張成形式橋殼質量小，材料利用率高，制造成本低，適用用于大量生產，結構簡單，制造工藝性好，主減速器支承剛度好，拆 裝、調整、維修方便，廣泛用于轎車和中、小型貨車上。 （2）分段式橋殼 分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓連成一體。分段式橋殼比整體式易于鑄造， 加工簡便，但維修不方便。拆檢主減速器時，必須把整個驅動橋從汽車上拆卸下 來，目前已很少采用。 驅動橋殼按結構形式分為整體式、可分式和組合式三種。 （1）可分式橋殼 由左、右橋殼和半軸套管組成。左、右橋殼經(jīng)鑄造制成后，先在每個橋殼外端壓入半軸套管，然后將兩者沿結合面圓周方向布置的螺栓緊固在一起，構成可分式橋殼。這種橋殼結構簡單，制造工藝性好，主減速器支撐剛度好。但拆裝、調整、維修很不方便，橋殼的剛度和強度受結構的限制，曾用于總質量不大的汽車上，現(xiàn)已較少使用。 （2）整體式橋殼 整個橋殼是一根空心梁，橋殼和主減速器殼為兩體。有剛度、強度大因而工作可靠的優(yōu)點，但質量大、加工困難，適用于裝載質量大的商用車。 按照制造工藝不同，整體式橋殼又可分為: ①整體鑄造式橋殼。由兩端壓入用無縫鋼管制成的半軸套管、橋殼和后蓋等主要零件組成。整個橋殼為一根空心梁。 ②鋼板沖壓焊接式橋殼。由橋殼主件、鋼板彈簧座、半軸套簡、后蓋等組成。將兩個橋殼、三角鑲塊、鋼板彈簧座和半軸套筒焊合在一起組成焊接式驅動橋橋殼 (見圖 1 所示)。具有質量小、制造容易、材料利用合理、抗沖擊性能良好、成本低等優(yōu)點。在乘用車和裝載質量小的商用車上得到廣泛應用。 ③擴張成形式橋殼。由中部經(jīng)過擴孔，兩端又經(jīng)過滾壓變細的鋼管、突緣和彈簧座等組成。凸緣和彈簧座焊在鋼管上構成橋殼。擴張成形式橋殼材料利用率最 高、質量小，而強度和剛度也足夠，故大量生產的乘用車和裝載質量在中等的商用車都適合用這種結構。 （3）組合式橋殼 組合式橋殼 由主減速器殼、無縫鋼管組成。特點是將主減速器殼與部分橋殼鑄造為一體，再在兩端分別壓入無縫鋼管而構成。組合式橋殼有主減速器從動齒輪軸承支承剛度較好，主減速器的裝配、調整比可分式橋殼方便的優(yōu)點，但加工精度要求高，僅應用在乘用車和總質量較小的商用車上。 3.國內外研究現(xiàn)狀 我國早期的汽車是借鑒前蘇聯(lián)的汽車技術，我國汽車工業(yè)發(fā)展至今，也借鑒和 研究了歐美日德等汽車工業(yè)強國的技術和經(jīng)驗。但是目前大多數(shù)車廠借鑒和引進的技術還是保留在車輛的外觀和內飾的層面，對于發(fā)動機和底盤這些關鍵技術的自主知識產權擁有量還是微乎其微。不過這些局面最近幾年得以較大的改觀，雖然還是一些汽車工業(yè)強國把持著領先的關鍵技術，但是我國也形成了一大批擁有自主知識產權的汽車工業(yè)機關，在汽車領域重新分得一杯羹。特別是汽車研究領域，形成了一大批科研院所和專家，對汽車的關鍵技術，諸如驅動橋殼的結構型式的改進方面有較大的進步。 國內許多汽車廠家相繼引進了一些中重型車輛，其后橋殼大多為鋼板沖壓焊接而成。但沖壓焊接式橋殼采用沖壓成型的方法存在材料成型困難，有的還需增加退火工藝，能耗高、工序多，制造工藝復雜，生產成本高。汽車在崎嶇的路面上顛簸行駛，受到交變負荷的作用，橋殼焊接處易出現(xiàn)脫焊開裂問題，疲勞性能差，超載易變形，主減速器齒輪正常嚙合受影響，噪聲大，減少了驅動橋總成的使用壽命。球墨鑄鐵具有高強度、高韌性、高可靠性、高壽命的特點，能生產出最接近要求的形狀。隨著球墨鑄鐵技術的發(fā)展，鑄造已成為取代沖壓焊接生產汽車后橋殼的首選方法。因為與沖壓焊接后橋殼相比，鑄造后橋殼具有強度和剛度較大，生產成本 低，拆裝、保養(yǎng)、維修方便等優(yōu)點。 我國的汽車及各種車輛的零部件產品在性能和質量上和發(fā)達國家存在著一定的差距，其中一個重要原因就是設計手段落后，發(fā)達國家在機械產品設計上早以進入了分析設計階段，他們利用計算機輔助設計技術，將現(xiàn)代設計方法，如有限元分 析、優(yōu)化設計、可靠性設計等應用到產品設計中，采用機械 CAD 系統(tǒng)在計算機上進行建模、分析、仿真、干涉檢查，實現(xiàn)三維設計，大大地提高產品設計的一次成功率，減少了試驗費用，縮短了產品更新周期。而我們的設計手段仍處于以經(jīng)驗設計為主的二維設計階段，設計完成后在投產中往往要進行很大的改動，使得產品開發(fā)周期很長，性能質量低等。為改變我國的車輛零部件的生產和設計手段的落后狀 況，縮短新產品的開發(fā)周期，提高市場競爭力，有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的 CAD 系統(tǒng)，對已開發(fā)的 CAD 系統(tǒng)需進一步提高和完善。 國外的這些汽車公司已有 CAD 程序，但涉及各公司的標準和技術規(guī)范及試驗都很保密，不可能公開。與國外相比，我國的汽車工業(yè)在 CAD 方面起步較晚，發(fā)展比較慢。目前一些高校和大中型企業(yè)已開始進行 CAD 的研究，在產品的改進設計、設計后的計算機繪圖及有限元分析等方面已陸續(xù)取得一些效果。但總的來講國內工廠多數(shù)是依賴傳統(tǒng)的設計方法—經(jīng)驗類比法，對引進產品主要是測繪仿制，難以滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的客觀要求。采用現(xiàn)代設計方法，是提高自行設計、消化吸收和國產化的極其重要手段。 4.發(fā)展趨勢 驅動橋殼需要有很大的強度和剛度，驅動橋殼傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法是利用數(shù) 學、力學等理論知識進行計算。這種方法計算量大且很復雜，很難模擬各種工況。隨著科學技術的進一步發(fā)展，企業(yè)只有提高設計研發(fā)能力才能跟上發(fā)展的腳步，現(xiàn)代工業(yè)的典型特征就是大量使用計算機，所以人們希望借助計算機輔助分析技術 （CAE）來解決相關復雜問題，有限元作為 CAE 技術的一種關鍵計算方法，被廣泛應用于各個行業(yè)，驅動橋殼作為車橋的重要組成部分之一，應用有限元法模擬，可以計算出驅動橋系統(tǒng)的動態(tài)響應，結果可信且接近實際，能較真實的模擬出驅動橋動態(tài)使用過程，是驅動橋殼設計的發(fā)展主流。 隨著各國政府對汽車節(jié)能環(huán)保理念認識的不斷提高，各大汽車零部件廠商為了能夠滿足主機廠綠色設計的要求紛紛開始大力研究節(jié)能環(huán)保技術，汽車作為一種重要的交通工具，控制油耗成為主要的突破口，對汽車驅動橋殼進行輕量化設計成為驅動橋殼設計部分很重要的一環(huán)。 5.本文擬開展以下工作 （1）根據(jù)給定參數(shù)，確定橋殼類型，確保所選用的橋殼類型最適合設計車輛； （2）對橋殼進行結構設計并計算相應尺寸參數(shù)，使橋殼各部分結構合理； （3）對主要結構尺寸進行校核，用有限元技術對橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性； （4）用 CATIA 軟件繪制驅動橋殼圖紙，使汽車驅動橋殼的結構能夠清晰的展示出來。 中型卡車驅動橋殼設計及有限元分析 摘 要 本課題的研究內容是對中型卡車的驅動橋殼進行設計校核并運用軟件對驅動橋殼進行有限元分析。中型卡車廣泛作為載貨汽車使用，在日常生活中處處可見，而驅動橋殼作為汽車結構一個重要的部件，負責支承汽車重量，容易發(fā)生危險面應力過大和扭轉變形等故障，從而影響汽車的功能和使用時間，所以驅動橋殼的設計在車輛行業(yè)的設計要求中是很關鍵的一步。通過對驅動橋殼的設計校核，可以有效改善汽車的性能指標，并且可以進一步提升汽車的使用壽命。 本設計依據(jù)參考文獻，以機械設計與汽車設計理論為基礎，將軟件和有限元分析軟件交互運用，完成了如下工作任務：首先，決定了驅動橋的總體設計方案，為接下來橋殼設計提供各項參數(shù)；其次對驅動橋殼進行設計并對其在多工況下進行受力和強度校核，確定設計的橋殼是否符合標準；然后應用三維設計軟件對橋殼進行簡化并建立幾何模型，將幾何模型導入到有限元分析軟件10.0中生成最終的分析模型；最后運用軟件對最終的模型進行分析計算，求出橋殼在多工況下的應力和變形結果，并作出橋殼應力圖和位移圖，同時對橋殼進行模態(tài)分析，驗證設計結果是否符合標準。 關鍵詞： ANSYS；驅動橋殼；有限元分析；模態(tài)分析 ABSTRACT The 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 analysis II 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 I 1 緒 論 1 1.1 選題背景目的及意義 1 1.2 國內外研究狀況 1 1.3 設計主要內容和研究工作 3 2 驅動橋的總體方案確定 4 2.1 總體方案設計 4 2.2 驅動橋形式的確定 5 2.3 半軸形式的確定 5 2.4 本章小結 6 3 驅動橋殼的設計 7 3.1 鑄造整體式橋殼的結構 7 3.2 橋殼的靜彎曲應力計算 7 3.3 本章小結 14 4 驅動橋殼模型的建立 15 4.1 Pro/E的簡介： 15 4.2 驅動橋殼模型的建立 15 4.3 本章小結 19 5 驅動橋殼的有限元分析 20 5.1 驅動橋殼的靜力分析 20 5.2 各工況的ANSYS分析過程詳述 22 5.3 ANSYS應力和位移分析結果 23 5.4 驅動橋殼模態(tài)分析 33 5.5 ANSYS模態(tài)分析結果 35 5.6 本章小結 36 6 結 論 37 參考文獻 38 附錄1：外文翻譯 39 附錄2：外文原文 42 致 謝 46 中型卡車驅動橋殼設計及有限元分析 1 緒 論 1.1 選題背景目的及意義 驅動橋殼是汽車上重要的承載件和傳力件。驅動橋殼支承汽車重量, 并將載荷傳給車輪。作用在驅動車輪上的牽引力、制動力、側向力、垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此, 驅動橋殼的使用壽命直接影響汽車的有效使用壽命。合理地設計驅動橋殼, 使其具有足夠的強度、剛度和良好的動態(tài)特性, 減少橋殼的質量, 有利于降低動載荷, 提高汽車行駛的平順性和舒適性。驅動橋殼的常規(guī)設計方法是將橋殼看成一個簡支梁并校核幾種典型計算工況下某些特定斷面的最大應力值, 然后考慮一個安全系數(shù)來確定工作應力, 這種設計方法有很多局限性。因此近年來, 許多研究人員利用有限元方法對驅動橋殼進行了計算和分析，并利用有限元分析軟件ANSYS對某型貨車上使用的整體式驅動橋殼改進[1]。 1.2 國內外研究狀況 汽車驅動橋殼既是承載零件, 也是傳力部件, 同時又是主減速器、差速器及驅動車輪傳動裝置( 如半軸)的外殼。在汽車行駛過程中, 橋殼承受繁重的載荷, 設計時必須考慮在動載荷下橋殼有足夠的強度和剛度。為了減小汽車的簧下質量, 以利于降低動載荷、提高汽車的行駛平順性, 在保證強度和剛度的前提下應力求減小橋殼的質量。橋殼還應結構簡單、制造方便, 以利于降低成本。 過去我國主要是通過對橋殼樣品進行臺架試驗和整車行駛試驗考核橋殼強度和剛度。有時還采用在橋殼上貼應變片的電測方法，讓汽車在典型路段上滿載行駛，以測定橋殼的應力。這些方法只有在有橋殼樣品的情況下才能使用，而且需要付出相當大的人力、物力和時間。 日本五十鈴公司曾采用略去橋殼后蓋，將橋殼中部安裝主減速器處的凸包簡化成規(guī)則的環(huán)形的簡化方法，用彈性力學進行應力和變形的計算。彈性力學計算方法本身雖精確，但由于對橋殼的幾何形狀作了較多的簡化，使計算結果受到很大的限制。 通常情況下，設計橋殼時多采用常規(guī)的設計方法，將橋殼看成是一簡支梁，校核某些特定斷面的最大應力值。例如，日本有的公司對驅動橋殼的設計要求是在2.5 倍滿載軸荷的作用下，彈簧座處、橋殼與半軸套管焊接處、輪轂內軸承根部圓角處各斷面的應力不應超過屈服極限。我國通常推薦將橋殼復雜的受力狀況簡化為四種典型的計算工況： （1）汽車滿載以較高車速在不平路面行駛受到?jīng)_擊載荷和受最大的垂直載荷工 況； （2）汽車滿載傳遞最大牽引力工況； （3）汽車緊急制動承受最大制動力工況； （4）汽車最大側向力工況。 在這四種典型工況下，只要橋殼的強度得到保證，就認為該橋殼在汽車的各種行駛條件下是可靠的。 傳統(tǒng)的橋殼強度的計算方法，只能近似計算出橋殼某一斷面的應力平均值，不能完全反映橋殼上應力及其分布的真實情況。因此，這種方法僅用于對橋殼強度的驗算，或用來與其它車型的橋殼強度進行比較，而不能用于計算橋殼上某點的真實應力值。 有限單元法是近三四十年隨著計算機的發(fā)展而發(fā)展起來的用于各種結構分析的數(shù)值計算方法，在一定的前提條件下，它可以計算各種機械零件的幾乎所有幾何部位的應力和應變。由于有限元法能夠很好地模擬零部件的實際形狀、結構、受力和約束，因此，其計算結果更精確，也更接近實際，可以作為設計、改進零部件的依據(jù)。同時，可以利用有限元分析的結果進行多方案的比較，有利于設計方案的優(yōu)化和產品的改進。有限元法解決了過去對復雜結構作精確計算的困難，改變了傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法，有限元軟件已經(jīng)成為一個廣為接受的工程分析工具[2]。 目前國外有限元方法在汽車分析中得到了廣泛的使用，有限元分析除了汽車結構的強度、剛度計算外，還在車身的結構的摸態(tài)分析、操縱穩(wěn)定性分析、整車振動分析、傳熱分析（如汽缸、汽缸蓋在氣室燃燒時的溫度分布）、空氣動力學分析等各方面發(fā)揮著重要的作用[3]。在國外，二十世紀七十年代前后，有限元方法逐漸在汽車橋殼的強度分析中得到應用。例如，美國的機械研究所、萬國汽車公司等，都曾經(jīng)使用有限元法計算過橋殼的強度[4]。 我國工程使用有限元分析方法起步較晚，但是發(fā)展較快,特別是近十年來,有限元分析方法在工程中特別是在汽車領域的應用也變得越來越廣泛，也取得了一些成果。如東南大學的羊扮，孫慶鴻等應用ANSYS軟件對影響驅動橋殼強度和剛度的因素進行了研究，并進行了產品結構優(yōu)化設計。優(yōu)化后的橋殼本體厚度由8mm降至7mm，質量減輕了4.2千克[5]。 東風汽車公司技術中心的唐述斌，谷莉按經(jīng)驗對EQ1090E汽車的后橋橋殼厚度進行減薄，然后通過計算和試驗進行校核，取得了減重8Kg的效果[6]。 從國內的研究現(xiàn)狀可以看到，國內對橋殼的有限元分析雖然做了很多工作，但是與國外的研究相比有較大的差距，主要表現(xiàn)在多是按照經(jīng)驗修改主要部件的尺寸參數(shù)，往往只校核在靜態(tài)工況下的強度和剛度；在橋殼的設計過程中使用有限元分析軟件指導設計的應用范圍較小，往往只是幾個大的集團公司采用了這種先進的設計方法，大部分中小企業(yè)還未能將其應用于實際生產過程中[7]。 1.3 設計主要內容和研究工作 1、設計內容 依據(jù)主要技術指標確定橋殼的類型，對其結構進行設計，并計算相應參數(shù)尺寸，對主要結構尺寸進行校合，有限元技術在ANSYS中對橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性。 2、研究工作 （1） 橋殼的設計 1) 橋殼的受力分析 2) 橋殼的靜彎曲應力計算 3) 各種工況下橋殼強度的校核 （2） ANSYS軟件分析驗證 （3） 利用CAD軟件繪制橋殼圖紙。  2 驅動橋的總體方案確定 本設計對中型卡車的驅動橋殼進行設計并進行有限元分析，在進行設計之前，首先要確定總體方案。 2.1 總體方案設計 圖2.1 中型卡車外形結構圖 圖2.2中型卡車外形尺寸圖 該種中型卡車的發(fā)動機類型為，額定功率為，最大扭矩為。 變速器型號為，各檔速比為；；；；；；。 減速器的型號是噸級單級減速器，主減速比為。 差速器形式采用直齒錐齒輪式。 車輪型號為，滾動半徑為，輪距為,鋼板彈簧中心距。 2.2 驅動橋形式的確定 本設計驅動橋的傳動比為5.430，小于6。由于我國對車輛性能要求越來越高，并且道路越來越好，中型卡車驅動橋基本上采用單級驅動橋，單級驅動橋有結構簡單、傳動速比小、平整公路適應性高、可靠性高等優(yōu)點。 因此本設計選用單級驅動橋。 2.3 半軸形式的確定 全浮式半軸工作可靠性高，且半軸與橋殼之間沒有直接聯(lián)系，有利于半軸的拆卸和更換，因此廣泛用于中型卡車上。 根據(jù)所選車型及設計要求，所以本設計采用全浮式半軸。 2.4 本章小結 本章首先對所選車型的各項參數(shù)進行敘述，根據(jù)中型卡車的設計要求確定了變速器、減速器、差速器等部件型號，然后根據(jù)主減速比確定了驅動橋形式，根據(jù)車型確定了半軸形式。綜上所述，本設計采用單級驅動橋、全浮式半軸、鑄造整體式橋殼的總體方案。  3 驅動橋殼的設計 3.1 鑄造整體式橋殼的結構 如圖3.1所示，為本設計所采用驅動橋的結構。 圖3.1 鑄造整體式橋殼與半軸連接結構圖 采用該種類型橋殼的優(yōu)勢在于可塑性好，強度及剛度較好；缺點是制造起來比較繁瑣，且鑄造設備成本大。 3.2 橋殼的靜彎曲應力計算 橋殼受該種力時計算簡圖如下圖所示。 圖3.2 計算簡圖 橋殼兩支撐板彈簧座之間受到的彎矩為 () 式中：——滿載時的質量，。 ——輪胎質量，。 ——輪胎中心距離，。 ——兩支撐板彈簧座中心距離，。 普遍情況下因為遠小于，且進行設計時很難準確得出，因此當無準確數(shù)據(jù)時可以忽略不計，此時彎矩為： 忽略不計時，靜彎曲應力為 （） 公式（）中：為橋殼垂向危險截面的彎曲系數(shù)。 支撐板彈簧座附近的截面圖如圖4.3所示，其中，。 圖3.3截面圖 垂向危險截面彎曲系數(shù): = 水平危險截面彎曲系數(shù): = 扭轉系數(shù): = 橋殼在危險斷面的形狀使用圓形管強度比較好，因此本設計在橋殼危險斷面的形狀使用圓形管狀。 根據(jù)公式（）可得，靜彎曲應力 3.2.1 在不平路面最大垂向載荷下的橋殼強度計算 橋殼所產生的彎曲應力為 （） 式中：——受力系數(shù)，取。 ——彎曲應力，。 根據(jù)公式（）： 3.2.2 以最大牽引力行駛時的橋殼強度計算 該種工況下汽車的受力情況，如下圖所示。 圖3.4受力簡圖 左右輪胎受到地面的最大切向反作用力為： （） 公式（）中： ——汽車受到的最大轉矩，。 ——變速器處于檔時的傳動比，。 ——減速器的主減速比，。 ——傳動結構的效率，。 ——車輪半徑，。 根據(jù)公式（4.3）計算可得 此時后驅動橋橋殼在左、右鋼板彈簧座之間的垂向彎矩為 () 根據(jù)公式（）可得： = 式中：——取。 驅動橋殼承受水平方向的彎矩 為 （） 根據(jù)公式（）可得： 圖3.5 汽車緊急剎車時的受力簡圖 兩支承板彈簧座間橋殼受到的轉矩為 () 公式（）中： ——汽車受到的最大轉矩，。 ——變速器處于檔時的傳動比，。 ——減速器的主減速比，。 ——傳動結構的效率，。 根據(jù)公式（3.7）計算可得： 根據(jù)、、可求出橋殼在危險截面處的合成彎矩： () 根據(jù)公式（）可求出該處的合成應力為： == () 橋殼許用彎曲應力為。 許用扭轉應力為。 3.2.3 汽車緊急剎車時的橋殼強度計算 汽車在行駛過程緊急剎車時的受力情況，如圖所示。 圖3.6 汽車緊急剎車時的受力簡圖 驅動后橋的受力簡圖如圖所示，根據(jù)圖可求得橋殼垂向彎矩及水平方向的彎矩分別為： （） = （） 其中： ——； ——輪胎與地面的附著系數(shù)，一般取，在本文??； 根據(jù)公式（）、（）計算可得： = 圖3.7 汽車緊急剎車時驅動后橋的受力情況 驅動后橋承受的轉矩為： （） 根據(jù)公式（）計算可得： 所以可根據(jù)公式（），（）計算出和分別為： 3.2.4 汽車受最大側向力時橋殼的強度計算 汽車向右方發(fā)生滑動時受力情況如圖所示。 所以該工況下驅動橋受力情況應滿足： （3.13） 公式（3.13）中： ——來自側方的力矩； ——左、右輪胎所受反力。 ——滿載時的質量，為。 ——車輪側面的附著系數(shù)，為。 向右滑動時，左、右輪胎受到的反力為： （） （） 式中：——滿載時幾何中心的高度，為。 ——輪胎中心的距離，為。 圖3.8 汽車向右方滑動時受力簡圖 向右滑動時，左、右輪胎沿行駛方向受到的支承力分別為: （） （） （） （） 其中：——車輪半徑，為。 ——滿足關系。 受地面反力、可由下式求得： （） （） 在本設計中，取。如圖4.10所示為汽車向右側滑時驅動橋殼所受垂直力及彎矩，套管套在半軸上，其危險斷面處的彎矩為： （） 公式（）中： ——軸承的中心到其內部的距離，為。 圖3.9 汽車向右方滑動時驅動橋殼受力及彎矩 根據(jù)圖3.9計算可得，和分別為： （） （） （） 根據(jù)上述計算結果，半軸處的受力大小都小于，滿足設計要求。 許用彎曲應力為，許用扭轉應力為，根據(jù)計算結果，各個工況下的校核結果均在指標之內，所以設計符合要求。 3.3 本章小結 本章選擇的橋殼形式為整體式橋殼，并對其進行受力分析和計算，同時對各工況下的橋殼強度進行校核，經(jīng)檢驗，各個工況下橋殼的受力和強度均符合設計要求。  4 驅動橋殼模型的建立 驅動橋殼模型的建立是強度和剛度校核的基礎，也是有限元分析的重要過程[8]。 4.1 Pro/E的簡介： 是美國公司設計的軟件。年，的問世。軟件問世至今，一直是參數(shù)化建模領域的領先者，是很多從事應用的企業(yè)的第一選擇，隨著建模要求的不斷提高，正在轉型，向直接建模方向發(fā)展，在建模領域取得更大的突破[9]。 4.2 驅動橋殼模型的建立 創(chuàng)建橋殼模型的詳細步驟如下所示： （1）打開軟件，選擇“新建”，做出圖4.1所示的選擇。 圖4.1對話框圖 （2）設置單位制,如圖4.2所示。 圖4.2 單位制選擇圖 （3）在PRO/E界面中，利用拉伸命令完成橋殼主體的創(chuàng)建,如圖4.3所示。 圖4.3 橋殼主體 （4）利用倒圓角功能實現(xiàn)圓弧過渡,如圖4.4所示。 圖4.4 圓弧過渡 （5）選擇如圖所示基準面，利用拉伸命令的去除材料功能完成中間空的創(chuàng)建 ,如圖4.5所示。 圖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減速器橋殼內圓弧表面的創(chuàng)建,如圖4.6所示。 圖4.6 內圓弧面 （7）利用倒圓角功能，完成兩個內表面的圓弧過渡,如圖4.7所示。 圖4.7 內表面過渡 （8）利用基準軸工具，確定橋殼的橫向中心軸線L1。 （9）利用旋轉命令，以L1為中心軸生成一端部分,如圖4.8所示。 圖4.8 一端半軸 （10）利用鏡像命令完成另一端的創(chuàng)建,如圖4.9所示。 圖4.9 兩端半軸 （11）利用基準軸工具，確定橋殼的橫向中心軸線L2 （12）利用旋轉工，以L2為中心軸生成橋殼后蓋,如圖4.10所示。 圖4.10 后蓋 （13）利用拉伸命令去除材料功能完成螺栓孔的創(chuàng)建,如下兩圖所示。 圖4.11 法蘭盤螺栓孔 圖4.12 橋殼中央螺栓孔 （14）利用多步拉伸命令，創(chuàng)建橋殼的彈簧座,如圖4.13所示。 圖4.13 彈簧座 （15）完成橋殼幾何模型，如圖4.14所示。 圖4.14 橋殼模型 （16）將完成后的橋殼圖形文件保存成功，使用接口串聯(lián)的指令，將橋殼模型導入到軟件中如圖4.15。 圖4.15 橋殼的有限元模型 4.3 本章小結 本章節(jié)選用Pro/E作為創(chuàng)建模型的軟件，對橋殼模型進行了一些簡化以便于接下來的分析計算，選擇拉伸、去除材料等指令完成橋殼模型的創(chuàng)建，既保留了橋殼的總體結構不變，又減少了計算，為ANSYS分析打下基礎。  5 驅動橋殼的有限元分析 軟件涉獵極廣，作為大型CAE分析軟件，由美國公司開發(fā)，可應用于機械制造行業(yè)、化工行業(yè)、航海業(yè)、土木行業(yè)等眾多行業(yè)的分析研究。軟件功能強大，具有廣泛的分析能力，一體化的處理技術，完善的分析體系[10]。 5.1 驅動橋殼的靜力分析 本章將驅動橋殼在車輛行駛過程中的受力情況簡化為以下四種工況進行計算[11]： （1）最大垂向力工況 （5.1） 式中：，——彈簧座所受載荷。 ——滿載時載荷，為。 ——為。 因此根據(jù)公式（）計算可得： == （2）最大牽引力工況 左、右輪胎受到地面的垂向反作用力分別為，且相等，則 （） 公式（）中： ——滿載時質量，。 ——汽車幾何中心的高度，。 ——軸距，。 ——重心到前軸的距離，。 ——輪胎受到的最大反力，。 ——汽車受到的最大轉矩，。 這時最大牽引力為： （） 公式（）中： ——變速器處于檔時的傳動比，。 ——減速器的主減速比，。 ——傳動結構的效率，。 ——車輪半徑，。 根據(jù)公式（）和（），通過計算可得左、右輪胎受到地面的垂向反作用力為： == 最大牽引力為： 。 （3）最大制動力工況 左、右輪胎受到地面的垂向反作用力分別為，且相等，則： （） 公式（）中：——減速加速度，為 汽車緊急剎車時，最大制動力大小為： （） 式中：——取。 ——輪胎附著系數(shù)，取。 本文在進行計算時和均取。 根據(jù)公式（）和（），通過計算可得左、右輪胎受到地面的垂向反作用力為： == 最大制動力為： 。 （4）最大側向力工況 驅動橋向右滑動需滿足： （） 公式（）中： ——來自側方的力矩； ——左、右輪胎所受反力。 ——滿載時的質量，為。 ——車輪側面的附著系數(shù)，為。 根據(jù)上述，支承反力為： （5.7） 此時驅動橋承受的側向力為： （5.8） 根據(jù)上述內容，將參數(shù)代入到公式和中，根據(jù)公式，求得反力分別為： 此時驅動橋承受的側向力為 。 5.2 各工況的ANSYS分析過程詳述 1、Preprocessor模塊 點擊單元類型 選擇 l l l 命令，彈出對話框選擇 10 92。 定義材料屬性 選擇 l lProps l 彈出對話框選擇 l l l,在彈性模量值處填入“”，泊松比填入“”。 點擊網(wǎng)絡劃分工具 生成網(wǎng)格 選擇 l l命令，將模型網(wǎng)絡劃分。 圖5.1網(wǎng)格劃分 3、模塊 選擇添加約束 l l lApply l l l 。 賦予面載荷 l l l l l ，輸入壓力值 求解 選擇Menu l lSolve l LS命令 5.3 ANSYS應力和位移分析結果 在ANSYS的求解模塊（Simulation）中進行求解（Solve）,完成計算后，在的結果頁面就可以看到各個工況下驅動橋殼的應力和變形情況[8]。 本設計中橋殼的材料為球墨鑄鐵，其許用應力為，汽車驅動橋臺架實驗評價指標規(guī)定滿載軸荷時每米輪距最大變形量不超過[12]，由于本橋殼輪距為，所以允許的最大變形為。 5.3.1 沖擊載荷工況分析結果 約束加載完成后如圖5.2。 圖5.2 沖擊載荷工況前處理完成圖 經(jīng)過求解后便可得到以下云圖5.3、5.4和列表5.1、5.2。 （a）應力云圖一 （b）應力云圖二 （c）應力云圖三 （d）應力云圖四 圖5.3 沖擊載荷工況應力云圖 （a）位移云圖一 （b）位移云圖二 （c）位移云圖三 （d） 位移云圖四 圖5.4 沖擊載荷工況位移云圖 表5.1 沖擊載荷工況應力列表 單位：MPa NODE S1 S2 S3 SINT SEQV 7718 254.82 16.669 5.3090 249.51 244.03 3061 250.17 13.810 1.5041 248.66 242.74 5303 250.15 14.508 8.9934 241.16 238.45 3012 249.58 11.084 -0.25262 249.83 244.36 3805 246.47 16.603 4.0589 242.41 236.39 14050 238.63 25.320 11.466 227.17 220.57 144 227.48 16.808 1.0656 226.41 218.96 5323 226.19 12.743 3.5205 222.67 218.20 13968 224.95 13.709 3.6161 221.33 216.46 3027 218.60 17.895 5.1589 213.45 207.37 表5.2 沖擊載荷工況位移列表 單位：mm NODE UX UY UZ USUM 80 -1.6335 -0.95333E-03 -0.32740E-02 1.6335 2808 -1.6332 -0.10073E-02 -0.34110E-02 1.6332 7456 -1.6331 -0.10453E-01 -0.26999E-02 1.6332 2809 -1.6331 -0.99405E-02 -0.27154E-02 1.6331 2807 -1.6331 -0.12070E-02 -0.33969E-02 1.6331 3019 -1.6331 0.75825E-02 -0.40088E-02 1.6331 79 -1.6331 -0.13954E-02 -0.33885E-02 1.6331 2858 -1.6329 -0.88460E-02 -0.28476E-02 1.6329 2810 -1.6328 -0.21132E-01 -0.20346E-02 1.6329 3018 -1.6327 0.18869E-01 -0.44437E-02 1.6329 在ANSYS應力變形結果中取應力比較大的10個節(jié)點，如上表3.2所示，可得應力值最大為，小于許用應力。在ANSYS應力變形結果中取位移比較大的10個節(jié)點，如上表3.3所示，位移最大的節(jié)點為1.633mm，而由于本橋殼輪距為，即允許的最大變形為，所以本工況下的位移變形量符合標準。 5.3.2 最大牽引力工況載荷約束的添加與結果分析 網(wǎng)格劃分與定義材料情況與沖擊載荷工況相同。 約束加載完成后如圖5.5。 圖5.5 最大牽引力工況前處理完成 經(jīng)過求解可得到云圖5.6、5.7和列表5.3、5.4。 （a）應力云圖一 （b）應力云圖二 （c）應力云圖三 （d）應力云圖四 圖5.6 最大牽引力工況應力云圖 （a）位移云圖一 （b）位移云圖二 （c）位移云圖三 （d）位移云圖四 圖5.7 最大牽引力工況位移云圖 表5.3 最大牽引力工況應力列表 單位：MPa NODE S1 S2 S3 SINT SEQV 1776 -3.9216 -46.885 -265.68 261.76 243.14 2092 -34.947 -55.188 -243.07 208.13 198.78 9358 -24.000 -34.400 -183.25 159.25 154.32 9831 -24.685 -38.496 -181.48 156.80 150.37 2093 -12.125 -24.964 -163.53 151.41 145.42 9553 -10.230 -42.509 -161.63 151.40 138.12 1766 -31.808 -79.259 -160.47 128.66 112.69 9342 0.20798 -36.956 -157.21 157.42 142.52 71 -34.239 -52.056 -157.15 122.91 115.04 2102 -28.540 -64.448 -150.86 122.32 108.90 表5.4 最大牽引力工況位移列表 單位：mm NODE UX UY UZ USUM 6148 0.84334 0.24707 0.87288 1.2386 6149 0.84244 0.25507 0.87105 1.2383 6147 0.84386 0.23454 0.87484 1.2379 6150 0.84117 0.25809 0.86941 1.2370 6146 0.84398 0.21809 0.87684 1.2364 6151 0.83955 0.25572 0.86803 1.2344 6145 0.84371 0.19847 0.87881 1.2343 7605 0.84114 0.23009 0.87257 1.2336 7608 0.84228 0.21044 0.87597 1.2333 7607 0.84180 0.21623 0.87483 1.2332 在ANSYS應力變形結果中取應力比較大的10個節(jié)點，如上表3.4所示，可得應力值最大為，小于許用應力。在ANSYS應力變形結果中取位移比較大的10個節(jié)點，如上表3.5所示，位移最大的節(jié)點為，而由于本橋殼輪距為，即允許的最大變形為，所以本工況下的位移變形量符合標準。 5.3.3 最大制動力工況載荷約束的添加與結果分析 網(wǎng)格劃分能與定義材料與沖擊載荷工況相同。 約束加載完成后如圖5.8。 圖5.8 最大制動力工況前處理完成 經(jīng)過求解處理后得到云圖5.9、5.10和列表5.5、5.6。 （a）應力云圖一 （b）應力云圖二 （c）應力云圖三 （d）應力云圖四 圖5.9 最大制動力工況應力云圖 （a）位移云圖一 （b）位移云圖二 （c）位移云圖三 （d）位移云圖四 圖5.10 最大制動力工況位移云圖 NODE S1 S2 S3 SINT SEQV 1403 0.52961 -26.378 -220.22 220.75 208.60 1366 0.44125 -20.684 -179.30 179.74 170.16 9832 -14.069 -32.481 -163.66 149.59 141.29 11581 -9.7975 -36.791 -156.81 147.01 135.54 9341 -12.122 -42.265 -135.53 123.41 111.44 28 -21.038 -52.926 -131.34 110.31 98.319 29 -28.641 -52.685 -131.01 102.37 92.714 9359 -14.787 -25.330 -130.09 115.30 110.41 14 -23.176 -48.854 -128.45 105.28 95.075 9814 8.2786 -20.616 -127.23 135.51 123.62 表5.5 最大制動力工況應力列表 單位：MPa 表5.6 最大制動力工況位移列表 單位：mm NODE UX UY UZ USUM 6118 0.84718 -0.69299E-03 -0.57261 1.0225 6119 0.84869 0.19482E-01 -0.56998 1.0225 6117 0.84523 -0.20451E-01 -0.57487 1.0224 6120 0.84968 0.39315E-01 -0.56709 1.0223 6116 0.84292 -0.39124E-01 -0.57671 1.0221 6121 0.85011 0.58043E-01 -0.56403 1.0218 6115 0.84034 -0.56223E-01 -0.57809 1.0215 6122 0.84992 0.74910E-01 -0.56092 1.0211 6114 0.83744 -0.71775E-01 -0.57899 1.0206 6123 0.84913 0.89194E-01 -0.55789 1.0199 在ANSYS應力變形結果中取應力比較大的10個節(jié)點，如上表3.6所示，可得應力值最大為，小于許用應力。在ANSYS應力變形結果中取位移比較大的10個節(jié)點，如上表3.7示，位移最大的節(jié)點為，而由于本橋殼輪距為，即允許的最大變形為，所以本工況下的位移變形量符合標準。 5.3.4 最大側向力工況載荷約束的添加與結果分析 網(wǎng)格劃分能與定義材料與沖擊載荷工況相同。 約束加載后如圖5.11所示。 圖5.11側滑工況前處理完成 求解后可得云圖5.12、5.13和列表5.7、5.8。 （a）應力云圖一 （b）應力云圖二 （c）應力云圖四 （d）應力云圖四 圖5.12 側滑工況的應力云圖 （a）位移云圖一 （b）位移云圖二 （c）位移云圖三 （d）位移云圖四 圖5.13 側滑工況的位移云圖 表5.7 側滑工況位移列表 單位：mm NODE UX UY UZ USUM 6152 1.6171 0.44763 0.10769 1.6814 6151 1.6212 0.43147 0.10990 1.6813 6153 1.6135 0.45483 0.10660 1.6798 6150 1.6246 0.40946 0.11280 1.6792 372 1.6092 0.45634 0.10618 1.6760 6149 1.6272 0.38284 0.11624 1.6757 7615 1.6175 0.41184 0.11209 1.6729 7618 1.6147 0.42326 0.11053 1.6729 7616 1.6200 0.39867 0.11386 1.6722 7614 1.6118 0.42753 0.10984 1.6712 表5.8 側滑工況應力列表 單位：MPa NODE S1 S2 S3 SINT SEQV 13462 260.33 21.216 5.8637 254.46 247.14 17581 244.81 16.540 3.1811 241.63 235.24 3825 244.79 15.791 -2.8298 247.62 238.86 3081 244.33 15.736 -1.7610 246.10 237.83 5323 241.25 15.143 3.9275 237.32 231.92 3032 238.93 13.194 2.0498 236.88 231.51 13461 209.75 12.739 -0.79580 210.55 204.11 3082 198.60 6.4709 -9.5668 208.16 200.63 5343 194.14 10.439 2.2088 191.93 187.95 5342 190.57 5.5577 1.6040 188.97 187.02 在ANSYS應力變形結果中取應力比較大的10個節(jié)點，如上表3.8所示，可得應力值最大為，小于許用應力。在ANSYS應力變形結果中取位移比較大的10個節(jié)點，如上表3.9所示，位移最大的節(jié)點為，而由于本橋殼輪距為，即允許的最大變形為，所以本工況下的位移變形量符合標準。 5.4 驅動橋殼模態(tài)分析 1、點擊分析狀態(tài)[13] 選擇 l l 2、Preprocessor模塊 點擊單元類型 選擇 l l l//命令，彈出對話框選擇 。 定義材料屬性，選擇 l lProps l 彈出對話框，點擊右側 l lelastic l,在彈性模量值處填入“”，泊松比填入“”，移步至輸入“”。 生成網(wǎng)格 選擇 l l命令 圖5.14網(wǎng)格模塊劃分 3、模態(tài)分析設置[14] 點擊主菜單 l l lNew 命令，打開 選擇命令內容，要求分析種類，選擇“”。 從主菜單中選擇 l l l 命令，打開 對話框，點擊模態(tài)分析命令，選擇“ ”,在. 文本框中輸入，將 設置為 ，在. 文本框中輸入，點擊按鈕。 4、施加邊界條件 添加約束 選擇 l l l l l l 。 5、結果模塊 查看結果 l l l l 點擊結果查看 以表格形式列出 在文本框內顯示分析結果 l l 。 5.5 ANSYS模態(tài)分析結果 圖5.15 分析結果 點擊命令查看模態(tài)變形結果 圖5.16 一階模態(tài)變形 圖5.17 二階模態(tài)變形 圖5.18 三階模態(tài)變形 圖5.19 四階模態(tài)變形 圖5.20 五階模態(tài)變形 圖5.21 六階模態(tài)變形 圖5.16所示為一階模態(tài)變形結果,頻率,最大變形值為(相對值);圖5.17所示為二階模態(tài)變形結果,頻率為,最大變形值為(相對值);圖5.18所示為三階模態(tài)變形結果,頻率為,最大變形值為(相對值);圖5.19所示為四階模態(tài)變形結果,頻率為,最大變形值為(相對值);圖5.20所示為五階模態(tài)變形結果,頻率為,最大變形值為(相對值); 圖5.21所示為六階模態(tài)變形結果, 頻率為,最大變形值為(相對值)。 本章使用ANSYS對橋殼進行模態(tài)分析，根據(jù)結果顯示，各階模態(tài)橋殼的頻率均在汽車橋殼安全的振動頻率范圍內，符合設計標準。 5.6 本章小結 本章對橋殼進行有限元分析，針對的是對橋殼的瞬態(tài)分析，運用軟件對最終的模型進行分析計算，求出橋殼在多工況下的應力和變形結果，并作出橋殼應力圖和位移圖，同時對橋殼進行模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)結果符合設計標準。 6 結 論 本文依據(jù)參考文獻，首先決定了驅動橋的總體設計方案，為接下來橋殼設計提供各項參數(shù)，然后對驅動橋殼進行設計并對其在多工況下進行受力和強度校核，確定設計的橋殼是否符合標準，最后應用三維設計軟件和有限元分析軟件10.0對橋殼進行幾何模型建立和有限元分析。通過本次設計，本人對軟件建模的特性有了初步的了解，對計算、分析功能的認知更清晰，充分體會到了軟件對于解決應力和變形問題的方便性和快速性。 本設計的主要內容如下: （1）因為本設計的總體方案確定為中型卡車，所以本設計采用鑄造整體式橋殼的形式。 （2）對四種工況下橋殼的受力和強度進行校核，符合標準。 （3）選用Pro/E作為創(chuàng)建模型的軟件，對橋殼結構進行了簡化處理，選擇拉伸、去除材料等指令完成橋殼模型的創(chuàng)建，既保留了橋殼的總體結構不變，又減少了計算。并成功導入，為ANSYS分析打下基礎。 （4）運用軟件對最終的模型進行分析計算，求出橋殼在多工況下的應力和變形結果，并作出橋殼應力圖和位移圖，同時對橋殼進行模態(tài)分析，驗證設計結果符合標準。 綜上所述，本設計設計的橋殼在各個工況下均符合設計要求，切實可用。 參考文獻 [1]黃昶春,韋志林,沈光烈. 驅動橋殼有限元分析模型的改進[J]. 汽車技術,2012,02:27-30. 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