汽车后桥壳结构强度的有限元分析及轻量化_刘建泽.docx

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1、 Finite Element Analysis and Lightweight Optimization of Drive Axle Bridge Shell Structure Strength by LIU Jianze A thesis submitted in partial fulfillment of the Requirements for the degree of Master of Engineering Supervisor Professor TANG Xiaohong Central South University of Forestry and Technolo

2、gy 498 Shaoshan South Road, Tianxin District Changsha Hunan 410004, P.R.CHINA June, 2015 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品，也不包含 为获得中南林业科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的 材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解

3、学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件或电子版， 允许论文被 查阅或借阅。本人授权中南林业科技大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于： 1、 保密口，在年解密后适用本授权书。 2、 不保密 0。 (请您在以上相应方框打 “ V ”) 作者签名： 年 / 月 曰 摘要 作为汽车上重要的传力件和承载件，驱动桥桥壳具有着广泛的应用市场，它 不仅承载着汽车总的重量，传递动力，还承受由驱动轮传递的制动力、牵引力、 垂向力、侧向力的反力和反力矩，并由悬架传给车身

4、或车架。合理地设计驱动桥 壳，保证其具有足够的刚度、强度和安全系数，是保证汽车安全性、平顺性的重 要措施。而通过有限元法分析驱动桥壳结构的性能，优化驱动桥壳的设计，对提 高车辆行驶时的安全可靠性，保证驾驶人员与乘车人员的人身安全，以及减轻车 身自量，降低驱动桥壳的制造成本等有着十分重大的意义。 本文拟以某公司客车的 153驱动桥桥壳为研究对象，在对该车桥进行受力分 析后，以有限元线性静态分析、自由模态分析、约束模态分析以及机械结构优化 设计为理论基础，将建模软件 UG与有限元分析软件 ANSYS结合使用。在建立 驱动桥壳三维模型时进行了一定程度上的简化处理，然后将 UG模型导入到 ANSYS

5、workbench中，进行赋予结构材料属性及网格划分的有限元模型建立。 本文结合驱动桥壳实际运行环境的四种典型工况，分析了驱动桥壳在四种典 型工况下的等效应力与形变量，及其在自由模态下与约束模态下的固有频率和振 型，结果表明驱动桥壳在各种工况下运行可靠、安全且不会与路面激振引起共振， 满足设计要求。最后，在保证安全系数的前提下，通过改变驱动桥壳的厚度参数， 对驱动桥壳进行了优化，减轻了驱动桥壳的质量，达到了轻量化的目标。本文的 研究有一定的经济价值，并为绿色低碳、节能减排做出了间接贡献，有较好的实 际工程应用意义。 关键词：驱动桥壳；受力分析；有限元分析；轻量化 Abstract With w

6、ide application market,drive axle bridge shell is an important part to withstand the load and transmission torque.Not only supports vehicle weight, transfers the load to the wheels,but also affords the traction N the braking force、 the lateral force and the vertical force of reaction and the reverse

7、 torque.Therefore,it is an important measure to improve the comfort and security by designed the drive axle shell reasonably and guaranteed the sufficient strength、 stiffness and good dynamic characteristics.With the finite element method to analyze structural performance and optimal design of drive

8、 axle shell.lt has an very important significance to improve the traffic safety and reliability,if s also can ensure drivers and driving safety. This paper uses 153 drive axle bridge shell of a bus company as the research object.After the force analysis of drive axle bridge shell,it bases on finite

9、element linear static analysis,free modal analysis,constraint modal analysis and the theoretical basis of mechanical structure optimization design?then combines modeling software UG with finite element analysis software ANSYS.Its simplified the model when set up the 3D model of drive axle shell,then

10、 imports the UG model into the ANSYS workbench.Finally gives the structural material properties to drive axle shell and mesh finite element model. This paper combines with actual operation environment about four kinds of typical working condition of drive axle shell,analyzes its equivalent stress an

11、d total deformation,as well as its natural frequency and mode shapes under the free modal and constraint modal,the results show that the drive axle shell can operation reliably and security,also not cause resonance with the road vibration under various condition,so meet the design requirements.F目录 .

12、 I Abstract .II 第一章概述 . 1 1.1研究背景和意义 . 1 1. 2国内外研究现状 . 2 1. 3课题的来源和本论文工作 . 4 第二章 驱动桥壳有限元模型的建立 . 6 2. 1有限元法分析基本方法介绍 . 6 2. 1. 1有限元法简介 . 6 2. 1.2有限元法分析流程 . 7 2. 2驱动桥壳三维模型的建立 . 8 2.2. 1UG软件简介 . 8 2. 2. 2驱动桥的基本结构简介 . 8 2. 2. 3UG建模简化原则及方法 . 9 2. 2. 4驱动桥壳的模型建立 . 10 2.3驱动桥壳有限元模型的建立 . 11 2. 3. 1 ANSYS Workb

13、ench 软件介绍 . 11 2.3.2有限元单元模型单元和材料的选取 . 13 2.3.3划分网格 . 15 2. 4本章小结 . 17 第三章驱动桥壳不同工况的受力分析 . 18 3. 1汽车的参数 . 18 3.2工况的确定 . 19 3.3不同工况下的受力分析 . 19 3.3. 1最大驱动力工况下桥壳的受力分析 . 19 3.3.2最大制动力工况下桥壳的受力分析 . 21 3. 3. 3最大垂向力工况下桥壳的受力分析 . 23 3.3.4最大侧向力工况下桥壳的受力分析 . 25 3. 4本章小结 . 26 第四章驱动桥売结构强度分析 . 27 IN 4. 1驱动桥壳材料的设定 . 2

14、7 4. 2驱动桥壳的载荷与约束 . 29 4.3桥壳在四种典型工况下的静力分析 . 30 4. 3. 1最大驱动力工况 . 30 4. 3. 2最大制动力工况 . 31 4.3. 3最大垂向力工况 . 32 4. 3. 4最大侧向力工况 . 33 4.4本章小结 . 34 第五章驱动桥売模态分析 . 35 5. 1模态分析简介及作用 . 35 5. 1. 1模态分析的基本概念及理论基础 . 35 5. 1_ 2模态分析的作用 . 38 5. 2桥壳的模态分析 . 38 5.2. 1模态分析流程 . 38 5. 2. 2在 workbench中的桥壳模态分析 . 39 5.2. 3桥壳自由模态

15、分析的结果及分析 . 39 5. 2. 4桥壳约束模态分析的结果及分析 . 42 5. 3本章小结 . 44 第六章驱动桥壳轻量化设计 . 45 6. 1轻量化设计简述 . 45 6. 2轻量化设计 . 45 6.2. 1结构的安全系数与许用应力 . 45 6. 2. 2优化设计 . 47 6. 3优化后驱动桥壳的有限元分析验证 . 50 6. 3. 1优化后驱动桥壳的结构强度分析 . 50 6. 4本章小结 . 56 结论与展望 . 57 结论 . 57 后续研究展望 . 58 . 59 酬 . 63 IV 中南林业科桔大学专业硕士学位论玄 第一章概述 汽车后桥壳结构强度的有限元分析及轻量化

16、 1.1研究背景和意义 在公路安全保护条例 m的正式实施以来，国家和地方政府在超载运输执 法中有了更严格的规定和处罚，在车辆实施计重收费制后，物流行业的模式正在 发生转变，从以前的 “ 多拉多运 ” 违法方式逐渐向 “ 少拉快运 ” 高效、安全的运 输方式过渡。人们的思想观念也开始转变，开始渴望高质量、轻量化的产品，这 也是汽车行业的重要趋势之一，大力发展汽车轻量化将成为市场的趋势和主流。 为了应对未来可能出现的能源资源危机，在不改变汽车性能的前提下，减轻 汽车的重量，追求轻量化来降低汽车油耗的方法具有很重大的现实意义 2。 汽车一般由发动机 、底盘、车身及其电器配件等组成的，而底盘是由传动系

17、 统、转向系统、制动系统和行驶系统组成的，其中驱动桥是必不可少的传输系统 组件。 位于传动系的末端的汽车驱动桥，提供汽车左、右驱动轮的差动功能，这是 汽车的行驶运动所需要的；同时，驱动桥还要承受垂直力、横向力和纵向力，这 些力作用在路面和车架或承载式结构的车身上。驱动桥桥壳作为汽车的主要传力 件和承载件，频繁使用，容易发生故障，其性能和质量的好坏将直接影响汽车的 有效的使用寿命和整体的性能 3。因此驱动桥壳必须有足够的刚度、强度和安全 系数，才能改善车辆舒 适性和平顺行，由于要保证在各种不同的路况，如车辆加 速、紧急制动、转弯等情况下的正常工作，驱动桥壳是汽车工作环境最恶劣的部 件，有经验数据

18、表明，驱动桥壳的损坏大部分是在外界路面激励的频率与车桥固 有频率相同而产生了共振的情况下，产生了较大动应力，使驱动桥壳的材料疲劳 断裂而造成的，因此，保证驱动桥壳的强度、刚度，是车辆零部件破坏研究的重 点。 汽车行驶工况十分复杂，驱动桥壳承载着各种复杂的动态负载，它们产生的 应力和变形远大于汽车正常行驶时所受到的应力和变形，他们是导致驱动桥壳破 坏的主要因素 W。 分析驱动桥 壳各种典型工况下的静态和动态特征有利于合理地 减少桥壳的质量，降低动载荷，改善汽车的舒适性，研究这一问题，具有重要的 现实意义。 1 中 南抹女 举告 #砸 士荸位 论 t 汽车后桥壳结构睇摩的有限元分析及轻量化 1.2

19、国内外研究现状 国外对桥壳结构进行静、动态分析的研究现状如下： (1) 汽车驱动桥挢壳结构计算 日本五十铃公司曾经略去桥壳后盖，将挢壳中部安装主减速器处的凸包简化 成规则环形的前提下，利用弹性力学方法对桥壳进行变形和应力计算虽然弹 性力学计算方法本身虽精确，但在桥壳的结构上却做了很多简化，所以它的计算 结果并不精确。 (2) 对汽车驱动挢桥壳的有限元分析 1995年，法国的 SOMA公司应甩 ALGOLFES软件对 SOMA C116转向驱动 桥桥壳进行了有限元的静力学分析，并提出了驱动桥桥壳强度校核方法，得出在 三种典型工况下的最大应力及应力分布位置 6。 2009年，土耳其的 M.MTop

20、ic7，研究了后桥壳在垂直疲劳试验中过早失效 的问题，在通过 CAD建立详细的后桥模型后，运用有限元法对桥壳的固有频率、 振型以及疲劳寿命、应力和应变进行分析，将分析结果和实验数据做对比，找出 并确定桥壳失效的真实原因，通过这种方法设计优化了桥壳，提高桥壳的使用寿 命。 国内对桥壳结构进行有限元分析的研究现状如下： (1) 汽车驱动桥桥壳的有限元分析计算 在杨波，罗金桥 8的基于 ANSYS汽车驱动桥壳的有限元分析通过使用 有限元分析软件 ANSYS对某汽车的驱动桥壳进行分析和计算，并简要分析了驱 动桥壳强度计算的传统方法，得出有限元法分析法的诸多优点：可提高产品质量， 缩短设计开发周期，减少

21、试验次数并降低设计开发成本，节约资源，使 得汽车在 安全性、舒适性、稳定性和汽车轻量化方面得到长足的提高，具有非常重大的实 际意义。 2006年，在王亮 9的汽车驱动桥壳设计的文章中采用实验模态技术得到 了桥壳的相关模态参数，并以此与所建有限元模型计算所得的模态结果进行了对 比，取得了较好的一致性，使有限元模型的合理性得到了验证。证明了以模态试 验结果为参考来建立有限元模型的方法是可行的。提出了将驱动桥壳三维实体模 型转化为有限元分析模型的简化原则和方法。讨论了有限元网格划分的技巧，包 括网格数量、疏密、阶次、质量、布局等，适用于复杂结构的有 限元建模及网格 划分。通过对驱动桥壳的有限元分析，

22、发现理论值和实际值由于在建模以及加载 2 中南林业科技大学专业硕士学位论文 汽车后桥壳结构强度的有限元分析及轻暈化 约束中的简化有误差，误差控制在允许的范围内是允许的。 2008年，南京理工大学的郑慧林在基于有限元法的微型车驱动桥结构分 析及疲劳寿命预测研究一文中，建立了微型车驱动桥桥壳的有限元模型，并对 其进行受力分析，验证了该款桥壳的刚度和强度满足要求，通过有限元法对桥壳 的疲劳寿命进行数据分析，将分析结果与桥壳实验的结果进行比对，通过理论与 实际相结合的方法进一步验证了有限元分析法的准确性。 2009年，林正祥 11在汽车驱动桥桥壳动力特性分析与疲劳寿命预测中， 利用 CATIA软件，建

23、立了某中型货车非断开式驱动桥桥壳的三维实体模型，使用 有限元软件 ABAQUS进行网格划分，并使用有限元软件 ANSYS workbench对其 进行疲劳寿命和力学性能的研究分析，获得了桥壳的疲劳寿命数据和动态特性参 数。找到结构容易损坏的薄弱环节，得出容易发生损坏的风险共振频率，得出桥 壳 本体与半轴套管过盈装配对桥壳疲劳寿命的影响规律。 (2) 汽车驱动桥桥壳的结构分析及力学性能计算 2008年，王星 12在货车驱动桥壳结构强度分析方法研究一文中应用 Pro/Engineer软件建立某货车驱动桥壳的模型，在建模时忽略了桥壳的细节特征， 并尽可能的简化模型，分析了其结构强度，在此基础上对桥壳

24、进行了网格划分， 选用四边形壳单元建立有限元模型，利用 MSC.Nastran软件对桥壳的模态和强度 等进行了分析，在保证驱动桥壳满足强度和刚度的前提下，并对桥壳进行了结构 优化。 2010年，辽宁大学的付景顺 、王金 13等人，通过对轻型卡车驱动桥壳在不同 工况下的刚度和强度进行分析，得出其应力、形变云图。结果表明，桥壳壳体上 有一个明显的应力集中区域，他们通过对驱动桥壳的结构优化来达到降低局部应 力值的目的。 2010年，沈阳工业大学的王晋 在轻型货车驱动桥壳力学性能分析与研究 一文中，以汽车后桥为例，研究了杂交系统的动力学分析问题，推导了其振动微 分方程，并用有限元法建立了其动力学分析模

25、型。利用 FE Models软件对汽车在 典型工况下桥壳的疲劳寿命进行了计算，并进行了模态分析和动力响应分析，得 出其 危险区域及危险区域的疲劳寿命，在此基础上，验证该驱动桥壳满足设计要 求。 2010年，青岛理工大学的孙辉 15在微型车驱动桥壳结构强度分析一文中， 通过力学与数学知识的构建，着重分析了微型车驱动桥壳的受力问题，计算分析 了驱动桥壳的强度和模态。结果表明该种驱动桥壳满足刚度、强度的要求，且驱 中南林 #斜持女举专业硕士学份论文 汽车后桥壳结构踊 If的有陌元分析及锌量化 动桥壳在有路面激励的情况下不会发生共振，结果显示满足桥壳的设计要求。 (3) 汽车驱动桥桥壳优化设计 200

26、8年，羊玢，郑燕萍，张维民 16在基于参数化的车辆驱动桥壳动态优化 设计一文中在建立了驱动桥壳的 UG参数化模型后，通过有限元分析方法分析 了 2.5倍的满载轴荷下桥壳的弯曲刚度和强度，在对桥壳自由模态分析后，结合 结构参数化优化方案设计，优化了桥壳。分析结果显示，驱动桥壳有足够的刚度 和强度，为轻量化设计这种类型的驱动桥壳部分提供了基础，有重要的现实意义。 其文中指出，对驱动桥壳使用有限元软件分析方法，具有效率高，耗资少， 耗时少，变型方便等优点，且设计人员劳动强度低，这些都是传统设计方法所不 具备的优点。加强有限元分析法在我国的汽车企业中的应用，定会对我国的汽车 行业产生划时代的影响。 2

27、011年，南京理工大学的孙忠云 17】 在基于可靠性优化的汽车驱动桥壳设计 研究一文中以某款汽车的驱动桥壳为研究对象，在理论分析的基础上，建立有 限元模型，并进行了应力分析，得到了桥壳应力分布冗余的区域，并对半轴套管 和桥壳体结构进行了优化，从而改善了桥壳整体的壁厚分布。 1.3课题的来源和本论文工作 课题来源为硕士学位论文自选课题。 通过查阅有关汽车驱动桥壳的有限元分析研究的国内外参考文献，学习并掌 握了一定的理论知识，发现汽车驱动桥壳普遍存在应力分布冗杂、受力不均匀等 问题，为研究并优化这一问题，本论文主要做了如下工作： (1) 运用 UG软件建立驱动桥壳的三维几何模型，为建立其有限元模型

28、做前 期准备； (2) 在 ANSYS workbench软件中，定义单元的类型并赋予其材料属性，接 着进行划分网格，建立桥壳的有限元模型； (3) 分析汽车运行时的不同工况，在数学与力学基础上分析各种工况下驱动 桥壳所受力及其力矩，以及所受力的位置； (4) 釆用 ANSYS workbench软件，对桥壳进行汽车的四种典型工况下的静 力分析，得到应力 与变形云图，验证桥壳的结构强度； (5) 对驱动桥壳进行动态分析，通过分析桥壳的自由模态与约束模态保证其 具有足够的寿命及可靠性； (6) 利用优化模块修改厚度参数，对驱动桥壳厚度进行优化设计，达到轻量 4 中南林业科抟太学专业砸士学位论文

29、汽车后桥壳结构强度的有限元分析及轻量化 化的目标； (7) 对优化后的模型进行有限元分析，并对结果进行校核，判断其是否满足 要求。 5 中南林业料 # 孥专业砸士莩位论立 汽车后桥壳结构强度的有限元分析及鋅鼉化 第二章驱动桥壳有限元模型的建立 2.1有限元法分析基本方法介绍 2.1.1有限元法简介 对于大多数实际工程机械问题，往往难以得到解析解，通常通过两种方法来 求得问题的近似解。一是通过假设简化，可以解决在假设基础上的复杂的问题； 另一种是通过数值仿真模拟求解，求解复杂问题的近似解，其中使用最为广泛的 是有限单元法 （ finite element method)，简称为有限元法 18。它

30、是一种以力学理 论为基础，结合结构离散化的一种近似计算方法，通过简单的概念代替较复杂的 问题，可以应用在解决几乎所有的结构性问题中，但由于计算规模过大，有限元 法还没有被很好的推广，随着计算机技术的发展，为求解有限元方程提供了强有 力的支持，复杂方程式可以由计算机求解，有限元程序逐步进入市场，现在有限 元法已经成为一个强大的解决实际工程问题的数值计算工具，对于解决复杂的几 何形状、边界条件，材料的性能和外部负载等这类问题，有限元方法可以求解得 到更精确的结果。 有限元分析作为一款计算机工具，具有十分强大的功能，它应用于固体力学、 流体力学、生物力学、电磁学、声学、热传导等学科，可以解决各类场

31、的问题， 电路、噪声、润滑、水流管路、固体和流体之间的相互作用问题，可以解决梁、 杆、壳、板、块等的弹性、塑性和弹塑性问题 (包括静态和动态 )119。有限元法作 为一个强大的计算机辅助工具，在汽车驱动桥分析、优化、设计上，只要数值模 拟是合理的，就可以模拟驱动桥壳的实际结构、约束和受力，可以准确地计算桥 壳的变形和应力。目前，有限元分析应用在汽车驱动桥壳上的方面主要包括静态 分析 (增益系数的桥壳刚度和强度 )，疲劳寿命分析 (得到桥壳疲劳寿命 )，模态分析 (分析桥壳的固有频率和振型 )，随机振动分析 (分析桥壳在标 准路面谱激励的功率 谱 )，响应分析 (桥壳在激励作用下的响应和动态应力

32、）。 6 中南林业科技大学专呲硕士学位论文 汽车后桥壳结构强度的有限元分析及轻量化 2.1.2有限元法分析流程 本论文对驱动桥壳进行有限元分析，并提出优化的流程是按照图 2.1执行的 : 图 2.1驱动桥壳优化流程图 Fig.2.1 Optimized flow chart of drive axle shell 对本文所涉及的 153驱动桥壳来说，刚度与强度是其工作时首先需要保证的 条件，能够承受一 定工况下的应力与变形，所以首先对其进行了受力分析，获取 其力学特征 。 其次驱动桥通过悬架系统承载着汽车所有的负载，同时也承受来自路面的随 机激励以及来自悬架系统、传动系的振动激励，振动源十分复

33、杂。驱动桥壳的振 动可以经由钢板弹簧传递到车身，从而影响整个汽车的行驶安全性和驶舒适。因 7 中南秣 #科梓士学专 lk砸士举位论立 汽东后桥寄结构彌摩的有限元分析及轻畺化 此，有必要研究分析桥壳的振动特性。模态分析是用来研究结构振动特性的方法 之一。系统可以通过固有频率和模态振动特性的分析，验证汽车的安全性和稳定 性，如固有频率值可以预测桥壳在一定激励频率下产生共振的情况；模态分析可 以研究桥壳固有频率对应的变形特性。通过模态分析可以确定车辆在运行的过程 中，桥壳是否会引起结构共振。为了保证优化后的桥壳在不同工况和不同循环加 载条件下不出现失效，保证其工作的可靠性，需要对其疲劳强度和疲劳寿命

34、进行 分析，也便于对其开展基于可靠性优化的设计，所以有必要对桥壳开展应力分析、 模态分析、疲劳分析等研究。而在进行有限元分析之前，必须先建立桥壳的有限 元模型 。 2.2驱动桥壳三维模型的建立 2.2.1UG软件简介 UG软件是当前制造行业的一款最先进的 CAD/CAM/CAE髙端软件，它 是由美国麦道飞机公司幵发的，如今则成为美国 EDS公司的一个完整的产品解 决方案。它不仅对任意复杂的产品模型都能进行设计，这是因为其拥有完全的三 维实体复合造型、特征建模、装配建模技术；而且能够应用于整个产品开发的全 过程，包括产品的概念设计、产品建模、优化分析及后续制造等工程的各个环节 , 这源于其集成了

35、技术上领先的 CAM模块和 CAE模块 21LUG拥有非常强大的 应用工具，工程设计人员可以利用这些提供的工具对产品进行设计、绘制工程图、 工程分析和编制数控加工程序等，满足现代工业发展的需求。近年来 UG的版本 也在不断改进、更新，功能越来越强大，同时软件的应用范围也在不断扩展，面 向更多的行业和领域。软件的专业化和智能化越来越高，例如可以根据工厂的实 际要求集成开发各种模具设计模块、管路布局、钣金加工模块等。该软件在多个 领域得到了广泛的应用，比如在航天航空、通用机械、模具加工、汽车制造等领 域获得了好评且具有很高的知名度。 2.2.2驱动桥的基本结构简介 汽车驱动桥是 主要传力部件和承载

36、部件，与从动桥共同支承车架及其上部的 各总成重量，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩。驱动桥壳又是主减速器、 差速器及驱动车轮传动装置的外壳。 驱动桥主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳 22等组成。 主减速器 8 中南林业科技大学专业硕士学位论文 汽车后桥壳结构铞庠的有限元分析及轻量化 主减速器一般用来改变传动方向，降低转速，增大扭矩，保证汽车有足够的 驱动力和适当的速度。主减速器类型较多，有单级、双级、双速、轮边减速器等。 单级主减速器是由一对减速齿轮实现减速的装置，称为单级减速器。其结构 简单，重量轻，东风 BQ1090型等轻、中型载重汽车上应用广泛。 而对一些载重较大的载重汽车，要求

37、较大的减速比，用单级主减速器传动， 则从动齿轮的直径就必须增大，会影响驱动桥的离地间隙，所以采用两次减速。 通常称为双级减速器。双级减速器有两组减速齿轮，实现两次减速增扭。为提高 锥形齿轮副的啮合平稳性和强度，第一级减速齿轮副是螺旋维齿轮。二级齿轮副 是斜齿圆柱齿轮。主动圆锥齿轮旋转，带动从动圆锥齿轮旋转，从而完成一级减 速。第二级减速的主动圆柱齿轮与从动圆锥齿轮同轴而一起旋转，并带动从动圆 柱齿轮旋转，进行第二级减速。因从动圆柱齿轮安装于差速器外壳上，所以，当 从动圆柱齿轮转动时，通过差速器和半轴即驱动车轮转动。 差速器 差速器用以连接左右半轴，可使两侧车轮以不同角速度旋转同时传递扭矩。 保

38、证车轮的正常滚动。有的多桥驱动的汽车，在分动器内或在贯通式传动的轴间 也装有差速器，称为桥间差速器。其作用是在汽车转弯或在不平坦的路面上行驶 时，使前后驱动车轮之间产生差速作用。 半轴 半轴是将差速器传来的扭矩再传给车轮，驱动车轮旋转， 推动汽车行驶的实 心轴。由于轮毂的安装结构不同，而半轴的受力情况也不同。所以，半轴分为全 浮式、半浮式、 3/4浮式三种型式。 驱动桥壳 驱动桥壳的作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等。同时，它又是行 驶系的主要组成部分，还具有以下功用。 (1) 与前桥一起承受汽车的质量。 (2) 使左右驱动车轮的轴向相对位置固定。 (3) 汽车行驶时，承受驱动轮传来的各

39、向反力、弯矩和制动时的力矩，并通过悬 架传给车架。 2.2.3UG建模简化原则及方法 因为有限元分析模型是以几何模型为基础的，所以我们要在充分考虑几何模 型建立的特点和有限元模型建立的特点之后，再进行几何模型的简化处理。有限 9 中南林业料枯士学专 #硒士举份讼 if _ 汽车后桥壳结抝 ?Sit的有限元分柘及鋅量化 元分析的最终模型就是有限元模型，其基本要求是 t23,24: 是要如实反映实际结 构的重要力学特性和重要结构特征，二是要采用量少的单元和选取简单的单元类 型，在保证较高的计算精度的前提下做到需要较少的时间和运算量。在对模型进 行处理时要尽量保留原实际结构的细节以准确的反映危险部位

40、和具体结构对桥壳 应力的影响，另一方面需要简化处理非危险部位的细节结构，应尽量减少有限元 模型节点数量，同时避免浪费也节约时间。 (1) 简化原则： 搞清楚承载件、辅助承载件和工艺装饰件三类构件是模型简化的前提。在保 证计算结果准确性的情况下，尽可能的减少节点数量；保持总体结构不变；保留 危险部位的细节结构。 (2) 简化方法： 1) 不必要的圆角省略掉； 2) 工艺结构也要省略掉； 3) 些不重要区域的小尺寸细节特征去掉，诸如小孔、倒角等； 4) 对非危险区的小尺寸细节结构进行简化。 2.2.4驱动桥壳的模型建立 驱动桥模型的简化： 桥壳的实际结构形状和材料特性比较复杂，本文在进行力学建模和

41、有限元分 析时作了以下两点假设 t25: (1)假设半轴套管和挢壳本体是一体，非装配的， 即不考虑焊接处的特性变化； （ 2)桥壳的材料为均质线弹性材料。 桥壳主要承载件的模型，基本保留原有的结构形状，尽量真实反映实际结构 的重要力学特性和结构特征，对桥壳上的次级危险区域尽可能多的进行简化。根 据桥壳的工作特点，在尽可能真实的反应其力学性能的前提下，将桥壳结构进行 简化 26: (1) 由于模型的细节，如螓栓孔，焊接等在划分网格时会增加网格数量，使 建立的模型太复杂，不利于计算机分析计算。因此，简化或删除这些细节 (如导线 的金属卡，桥壳中部的幵口槽，桥壳盖螺栓等 )和小孔 (如加油口、放油口等 )后产 生的影响不大。钢板弹簧与桥壳通过焊接连接，其焊接处焊缝质量相对于桥壳体 来说较小，因此省略焊缝处。 (