車輛工程專業(yè)+某1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性分析評估

某1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性分析評估摘要本次論文設計是以江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼為研究目標，首先，對本次的研究目標進行了基本結(jié)構(gòu)分析，然后通過SolidWorks這個軟件來對此次研究的江淮1083型貨車驅(qū)動橋殼，對其三維建模的建立，然后對本次的研究對象進行在四種典型工況下的基本受力分析，再將完成的三維建模導入到有限元分析軟件ANSYS中，進行初始條件的設定，載荷及約束的添加，結(jié)果的求解?？梢缘贸鏊姆N極限工況下的橋殼有限元分析結(jié)果云圖，完成江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼四種極限條件下的有限元靜態(tài)分析。至此完成了對其研究對象的三維建模到有限元分析的詳細流程，可以清晰的分析出橋殼在四種典型工況下的應力分布、位移變形結(jié)果。通過求解的結(jié)果與規(guī)定安全范圍參考值來對比，就可以判斷該貨車的驅(qū)動橋殼在這四種典型的工況下的可靠性分析評估結(jié)果。關鍵詞：驅(qū)動橋殼；三維建模；有限元分析

ABSTRACTThedesignofthisthesisisbasedonthedriveaxlehousingofJianghuai1083truck.Firstly,thebasicstructuralanalysisofthisresearchtargetiscarriedout,andthentheDK3isusedtosimulatethedriveaxlehousingofthisstudy.Modeling,thenthedriveaxlehousingisanalyzedandcalculatedunderfourtypicalconditions,andthenthecompleted3DmodelingisimportedintothefiniteelementanalysissoftwareANSYStosettheinitialconditions,loadandconstraintaddition.Solving.Theequivalentstressclouddiagramanddisplacementdeformationclouddiagramofthebridgeshellunderfourtypicalconditionscanbeobtained,andthestaticanalysisofthedriveaxleshellunderfourtypicalconditionsiscompleted.Sofar,thewholeprocessfromthethree-dimensionalmodelingofthetransaxleshelltothefiniteelementanalysisiscompleted,andthestressdistributionanddisplacementdeformationresultsofthetransaxleshellunderfourtypicalworkingconditionsareobtained.Bycomparingtheresultsofthesolutionwiththereferencevaluesofthespecifiedsafetyrange,itispossibletojudgethereliabilityanalysisandevaluationresultsofthedriveaxlehousingofthetruckunderthesefourtypicalworkingconditions.Keywords:Driveaxlehousing;3Dmodeling;finiteelementanalysis

目錄摘要 3ABSTRACT 4目錄 5第一章緒論 61.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 71.2國外研究現(xiàn)狀 7第二章驅(qū)動橋殼的三維建模 92.1驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu) 92.1.1整體式橋殼 102.1.2分段式橋殼 122.2驅(qū)動橋殼建模過程 122.2.1SolidWorks簡介 132.2.2三維建模 13第三章驅(qū)動橋殼的工況分析 163.1最大垂向工況分析 163.2最大牽引力工況分析 173.3最大制動力工況分析 183.4最大側(cè)向力工況分析 18第四章驅(qū)動橋殼的有限元分析 204.1有限元法簡介 204.2驅(qū)動橋殼有限元模型建立 214.3幾種典型工況下的靜力分析 234.3.1最大垂向力工況下靜力分析 244.3.2最大牽引力工況下靜力分析 264.3.3最大制動力工況下靜力分析 274.3.4最大側(cè)向力工況下靜力分析 294.4分析小結(jié) 30總結(jié) 31致謝 32第一章緒論現(xiàn)如今的車輛工程領域的快速發(fā)展，是的當代的人們對現(xiàn)在的汽車性能和使用舒適感的要求日益提升。而驅(qū)動橋殼在車輛的速度和平穩(wěn)性影響極大，這就表示這過去一般的驅(qū)動橋殼設計方法無法在滿足當代人們的生活水準的需求。而互聯(lián)網(wǎng)和計算機學科的快速發(fā)展，衍生出其他多個學科的快速發(fā)展，帶動了很多行業(yè)的進步，而其中就包括最近幾年發(fā)展飛速的有限元方法，很多制造業(yè)和設計業(yè)都開始利用有限元的方法來對所設計的產(chǎn)品或制造加工的產(chǎn)品都來進行結(jié)構(gòu)分析和靜態(tài)應力分析，而其中車輛工程行業(yè)及其土木工程都是屬于應用較為廣泛的。正是應用的相關廣泛，使得現(xiàn)有的有限元方法來解決實際中的工程問題已經(jīng)逐漸變得較為成熟了。同時為采取有限元的方法來為汽車中極其重要的組成部分之一驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)，來進行性能計算和對其重要結(jié)構(gòu)部位進行靜應力分析提供了很大程度上的便捷。江淮1083型貨車中的驅(qū)動橋殼體是其車輛的組成部分，也是傳動系統(tǒng)的組成部分。橋殼的主要作用就是用來承受著貨車的質(zhì)量，而且還將貨車上的產(chǎn)生的很多載荷力都是通過驅(qū)動橋殼來進行傳遞的。在貨車的行駛過程中，貨車的車輪上一般都會垂向力，牽引力，制動力和側(cè)向力。而這幾種作用在車輪上的常見載荷力都是利用貨車的驅(qū)動橋殼作為橋梁來進行傳輸?shù)?。所以，?qū)動橋殼可以說是貨車組成部件中極其重要的部分，一旦驅(qū)動橋殼受到損壞或者完全喪失使用作用，將會直接影響到貨車的正常工作和行駛，因此車輛的使用壽命與貨車的驅(qū)動橋殼使用壽命完全是密不可分的，兩者是唇亡齒寒的。汽車的驅(qū)動橋殼位于傳動系統(tǒng)的尾部。其基本功能是增加驅(qū)動軸從傳動軸傳遞的扭矩，將該扭矩分配到左右驅(qū)動輪并將其傳遞給汽車。同時，驅(qū)動橋殼體還受到作用在道路和框架上的垂直，縱向和橫向力。當變速器處于高位時，它在很大程度上依賴于變速驅(qū)動橋傳動比，以確保在良好的道路上有足夠的牽引力來克服行駛阻力。因此，驅(qū)動橋的部件必須具有足夠的強度和剛度，以確保機器的可靠運行。驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)各不相同，但基本要求是類似的，可歸納如下：①駕駛過程中滿足汽車的最佳動力和燃油節(jié)省。②結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，機件工藝性好，容易制造。③由于貨車在行駛的過程中，貨車的左右車輪與行駛地面的附著系數(shù)是不一樣的，所以應該要求貨車的驅(qū)動橋殼要很好的滿足貨車在行駛過程中產(chǎn)生的牽引力。④承受并傳遞垂直力，路面和車架式車輛的前后橫向力，行駛時的牽引力和制動力。

⑤在確保其強度和可靠性的前提下，驅(qū)動橋應滿足減少在驅(qū)動橋上不均勻的道路沖擊載荷，提高行駛質(zhì)量。⑥要求貨車的驅(qū)動橋殼在工作中與其他相連接的零部構(gòu)件相接的地方不會產(chǎn)生極大的摩擦和噪音，應該工作平穩(wěn)而高效。總而言之，驅(qū)動橋殼又是驅(qū)動橋中最為重要的組成部分之一，而且影響著驅(qū)動橋的正常運轉(zhuǎn)還是主要在于驅(qū)動橋殼的正常工作，而驅(qū)動橋殼的頻繁工作也是最為導致?lián)p壞的部位之一。1.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)的驅(qū)動橋發(fā)展要從上世紀50年代開始，在吸收了國外先進技術之后根據(jù)國內(nèi)的實際情況研發(fā)了普通的驅(qū)動橋。目前，從車橋的產(chǎn)品分布來看，我國現(xiàn)在正與國外合資企業(yè)合作，引進國外先進技術，提升自主研發(fā)能力，東風已經(jīng)與德納合作成立東風德納車橋有限公司，專門生產(chǎn)大型貨車的驅(qū)動橋殼。國內(nèi)也有不少的研究學者，逐漸的開始對驅(qū)動橋殼開展了研究，例如，王海龍，張艷娥，林海，劉艷萍等人通過某型號橋殼減重后的理論校核及試驗驗證，闡述了橋殼設計的一個方法[1]。黃偉等人提出了用三維軟件CATIA來對某重型卡車的驅(qū)動橋殼建模，然后采用有限元的方法來分析其橋殼在四種極限工況條件下的受力分析云圖。最后，通過對驅(qū)動橋殼的臺架試驗，得出驅(qū)動橋殼的變形符合軸殼臺的試驗標準，表明軸殼的結(jié)構(gòu)設計合理[2]。朱釗等人，首先結(jié)合三維建模理論和使用條件對某重型貨車驅(qū)動橋橋殼的結(jié)構(gòu)進行一定程度上的簡化處理，用建模軟件建立驅(qū)動橋橋殼三維模型，然后將模型導入有限元分析軟件中，進行有限元模型的建立[3]。楊彥超，以TY-1型自卸車驅(qū)動橋殼為研究對象,應用有限元分析軟件HyperWorks,從靜態(tài)特性、動態(tài)特性、疲勞強度三個方面進行分析,綜合應用拓撲優(yōu)化和尺寸優(yōu)化,對所選驅(qū)動橋殼進行輕量化設計[4]等。1.2國外研究現(xiàn)狀國外電子技術發(fā)達，從1980年開始就已經(jīng)將電子信息技術運用到制造業(yè)的生產(chǎn)當中，其中ANSYS有限元分析軟件在汽車領域得到了最廣泛的運用，運用有限元分析軟件可明顯縮短開發(fā)周期，像美國的波音747客機上的全部零部件均都采用三維建模模擬裝配，建模完成之后使用ANSYS有限元分析軟件對模型進行疲勞及應力分析。同時，國外也有不少的研究學者通過有限元的方法和別的方法來對驅(qū)動橋殼進行了相關研究。1951年V.A.Ognevskii和A.G.Orlovskii等人，對莫斯科汽車工廠生產(chǎn)的ZIL.130型重型載貨貨車的后驅(qū)動橋進行電熱處理，分析熱處理溫度的變化對驅(qū)動橋橋殼強度和剛度的影響，為驅(qū)動橋橋殼的靜力學分析提供理論和數(shù)據(jù)依據(jù)[11]。2008年Y．Huang通過掃描式電子顯微鏡對貨車上的驅(qū)動橋橋殼半軸的摩擦焊處進行疲勞分析，分析了摩擦焊對驅(qū)動橋橋殼半軸強度的影響，為驅(qū)動橋橋殼的設計提供了數(shù)據(jù)依據(jù)[12]。2008年C．KendallClarke等人，研究了驅(qū)動橋橋殼中半浮式半軸和全浮式半軸通過感應淬火后的疲勞強度比較，分析貨車在翻滾時半軸對驅(qū)動橋橋殼的影響，為驅(qū)動橋橋殼模型的建立提供依據(jù)[13]等。綜上所述，我國國內(nèi)及其國外都有不少的研究學者對驅(qū)動橋殼體開展了不同性質(zhì)的研究，主要集中在利用有限元法對車輛驅(qū)動橋殼體進行有限元分析，通過有限元分析的結(jié)果與國標中的工作安全標準值來進行對比分析，可以很好的分析出驅(qū)動橋殼是否達標，是否在能夠滿足實際工作的強度和變形指標，以及驅(qū)動橋殼的應力變化的趨勢是否能夠滿足應力和應變要求，另外，還可以通過有限元法對驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，在不改變其工況要求的基礎下，來對其結(jié)構(gòu)進行合理的優(yōu)化，適當?shù)臏p少其加材料，從而可以達到減少加工成本的目的。

第二章驅(qū)動橋殼的三維建模本文選取的研究目標是江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼來三維建模。作為中國商用車的主導品牌，江淮輕型卡車已有50多年的歷史。其產(chǎn)品已銷售和銷售近200萬臺。它在全球100多個國家銷售，連續(xù)14年成為中國第一個輕卡品牌。中國汽車工業(yè)的崛起和中國物流業(yè)發(fā)展的重要力量。江淮輕型汽車秉承“卓越品質(zhì)，領先技術”的產(chǎn)品理念，得到了用戶的廣泛認可。銷量在全國排名第二，出口量連續(xù)12年位居全國第一。而此次選取的江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼的一般產(chǎn)品數(shù)據(jù)表格如下表2-1所示：表2-1江淮1083型貨車產(chǎn)品數(shù)據(jù)產(chǎn)品名稱:江淮HFC1083型載貨汽車公告批次:240裝載質(zhì)量:8490kg額定質(zhì)量:3800kg整備質(zhì)量:4210kg最高車速:95(km/h)接近離去角(°):24/15前懸/后懸:1125/2170前排乘客(人):3彈簧片數(shù):8/10+10燃料種類:柴油輪胎數(shù):6輪胎規(guī)格:8.25-1614PR,8.25-2010PR前輪距:1660后輪距:1680,1724軸數(shù):2軸距:4700免檢:是燃油達標:是環(huán)保:否免征:否外形尺寸(mm):7995/2270/2450貨箱尺寸(mm):6100/2100/550備注：側(cè)面及后下部防護裝置材料為Q235,連接方式為螺栓連接,后部防護裝置斷面尺寸(長×寬):140mm×45mm,離地高度為369mm2.1驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)汽車通常由四部分組成：發(fā)動機、底盤、車身和電氣設備。而其中的驅(qū)動橋殼這一部分就是傳動系統(tǒng)中非常重要的結(jié)構(gòu)，是不可缺少的部分之一。江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼的其主要功能是：支撐和保護主減速器、差速器和半軸等。還可以將貨車的左車輪和右車輪之間的軸向距離在行駛的過程中保持不變；支撐框架和以上部件的總質(zhì)量；當汽車行駛時，它承受車輪傳遞的道路反作用力和力矩，并通過懸架傳遞到車架上。汽車的驅(qū)動橋殼使用頻率相對較高，工作條件復雜。而導致故障的情況更加頻繁。因此，具有足夠剛度和強度的驅(qū)動橋殼體的設計變得極其重要。此外，驅(qū)動橋殼在具有足夠的強度和剛度情況下，結(jié)構(gòu)設計還應該滿足設計的合理性和便于拆卸和調(diào)整。從而，應考慮是否降低制造的材料成本和汽車的燃料經(jīng)濟性。驅(qū)動橋殼體分為整體式橋殼和分段式橋殼。且兩類驅(qū)動橋殼的基本組成結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示：圖2.1驅(qū)動橋殼的基本組成結(jié)構(gòu)2.1.1整體式橋殼由于貨車中的主減速器、差速器及車輪傳動裝置都是安裝在驅(qū)動橋殼之中的。所以，江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)上其實是可以看作為是一根連接貨車左車輪和右車輪之間的剛性梁，且這個梁還是一個空心梁。對于貨車的驅(qū)動橋殼的制造加工的方法，在現(xiàn)如今的生活中制造加工方法多樣化，但是大多數(shù)都是采用的整體鑄造、鋼板沖壓焊接、中段鑄造兩端壓入鋼管等制造加工形式來對其進行加工的。而對于貨車中的驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)選取，現(xiàn)如今都是采取的為整體式橋殼。特點及應用：②結(jié)構(gòu)簡單從而利于橋殼的維修，加工方便從而很好的降低了其加工成本；②但是整體式橋殼也有其不好的地方，比如，由于它是一個整體式的結(jié)構(gòu)，而不利于貨車子行駛過程中保持一定的平穩(wěn)性，另外也是不利于去減小動載荷。廣泛用于各種卡車，公共汽車和大多數(shù)越野車和一些小型車。整體式橋殼的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，本課題分析的1083型貨車驅(qū)動橋殼就屬于此類整體式橋殼。圖2.2整體式驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)一般的整體式驅(qū)動橋殼的實物圖如下圖2.3所示：圖2.3整體式驅(qū)動橋殼實物2.1.2分段式橋殼分段驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)一般是由多個部分組成的，不是一個獨立的整體單元。每個部分通過螺栓相互連接。它主要由主減速器、殼蓋、兩個鋼制半軸套管和法蘭組成。分段橋殼與整體橋殼來相比，分段式橋殼是相對而言比較好加工制造的。雖然分段式橋殼的加工不復雜，但是它的拆裝是極其復雜不便的，從而導致了維護是一個難題。分段橋殼主要用于中型和輕型車輛。特點及應用：①結(jié)構(gòu)復雜，成本高，但大大增加了離地間隙;②分段式橋殼很好的改善了乘客的乘坐舒適度，而且還較好的提升了汽車行駛速度；③提高了零件的使用壽命；④車輪與地面接觸良好，適應各種地形，大大提高了車輪的防滑能力。分段式驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)如圖2.4所示圖2.4分段式驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)圖2.2驅(qū)動橋殼建模過程本論文選取的江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼，該貨車的產(chǎn)品數(shù)據(jù)已經(jīng)于上表（江淮1083型貨車產(chǎn)品數(shù)據(jù)）陳述。根據(jù)這些產(chǎn)品數(shù)據(jù)和查閱相關江淮1083型貨車產(chǎn)品的更多詳細資料。就基本可以確定該貨車的驅(qū)動橋殼的數(shù)據(jù)尺寸，于是就可以采用SolidWorks來對于驅(qū)動橋殼一步步來建立其三維模型。2.2.1三維軟件簡介SolidWorks是達索系統(tǒng)的旗下的子公司，這個子公司主要是負責開發(fā)和營銷機械設計軟件一類的產(chǎn)品。而達索則是主要負責系統(tǒng)軟件的供應，并為制造商提供具有互聯(lián)網(wǎng)集成能力的支持服務。著名的CATIA來自這家公司。目前，達索擁有世界上最高的計算機輔助設計產(chǎn)品市場份額。SolidWorks軟件具有強大的功能，其中就包括操作起來易于上手，對于新手而言是非常好的三維建模軟件選擇之一，而在SolidWorks的畫圖界面中也是表現(xiàn)的較為人性化的設置和富有較強的畫面感，這些個不少的優(yōu)點，很快的使其成為業(yè)界領先的三維建模軟件。SolidWorks提供不同的設計選項，以減少設計過程中的錯誤，提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks中的右側(cè)有著較為明顯的結(jié)構(gòu)樹，在SolidWorks中進行草圖繪制和拉伸切除等一系列三維建模命令時，都會在其右側(cè)的界面中看到清晰的結(jié)構(gòu)建模樹，可以非常直觀的看到每一個三維模型的建立過程，而初學者則可以通過好好的研究三維模型的結(jié)構(gòu)樹的每一步，就會很快的熟悉在SolidWorks中的基本操作過程，可以很輕松的對自己所要建立的模型來進行簡單的三維建模。同時，SolidWorks繪制后的三維模型保存后，生成的三維文件是可以直接導入到有限元分析軟件中作為有限元分析的模型的，兩者之間的傳輸基本實現(xiàn)了無縫連接。使用SolidWorks的用戶可以在更短的時間內(nèi)完成更多的工作，更快地獲得更高的質(zhì)量。這種產(chǎn)品上市了。SolidWorks是目前市場上3D計算機輔助設計解決方案設計過程中相對簡單方便的軟件之一。這一次，江淮1083型貨車驅(qū)動橋殼的三維建模由該軟件建模。2.2.2三維建模由于驅(qū)動橋殼的模型更復雜，小零件更復雜。由于在有限元分析中，這些細小復雜的小零件基本上在模型初始化處理的過程，都會被略去，所以在本次論文中的驅(qū)動橋殼三維建模，就直接根據(jù)江淮1083型貨車的數(shù)據(jù)參數(shù)，對其橋殼進行大致上的實體建模，而直接忽略掉了那些細小復雜的小零件，對其整體進行了基本的建模。這不僅有利于簡化建模，也有便于在有限元建模過程中提取中間截面。具體而言，卡車驅(qū)動橋殼的三維建模步驟如下：首先，打開三維建模軟件SolidWorks，選取零件，進入三維零件建模的繪畫界面，然后在繪制的界面內(nèi)，可以任意選擇一個基準面基準面，后單擊進入“草繪界面”。通過基本的草繪操作，繪制出橋殼凸緣的大致樣子，如下如所示的驅(qū)動橋殼的輪廓，其中由幾段圓弧和直線組成，兩個圓弧的基本尺寸如下圖2.5所示，而且在本次草圖繪制的過程中，可以采用鏡像的方法來繪畫草圖，這個草圖繪制只是對于驅(qū)動橋殼中的橋殼本體進行草圖的繪畫，當完成草圖的繪畫后，可以保存繪制好的草圖，退出草圖繪制界面。圖2.5橋殼本體草繪圖形退出草繪后，可以選取凸臺拉伸選項，來對繪制好的橋殼本體草圖進行拉伸，拉伸的驅(qū)動橋殼厚度大小為160mm。然后，對拉伸后的三維圖形進行周邊的倒圓角，拉伸倒圓角后的橋殼本體的三維圖像如下圖2.6所示：圖2.6拉伸倒圓角后的三維圖然后，建立一個基準面進行放樣和另一面的圓柱凸臺的拉伸，將放樣和拉伸好的三維模型截圖如下圖2.7所示：圖2.7三維模型截圖再建立第二個基準平面，這個基準平面是平行于第一個基準平面的。在此時的第二個基準平面上進行第二個凸臺的拉伸，創(chuàng)建半軸套，將拉伸后的模型，進行整體三維模型的抽殼和實體鏡像處理。其中就包括鏡像板簧座、半軸套。就可以得到大致上的驅(qū)動橋殼的三維模型，最后對剛開始拉伸的驅(qū)動橋殼部分進行多余部分的拉伸切除。連接座上的螺栓孔、注油口和排油口省略，半軸套管和驅(qū)動橋殼為一體，不組裝。也就將整個的驅(qū)動橋殼的三維模型簡化成如下圖2.8所示，且最終建立的三維的驅(qū)動橋殼的尺寸參數(shù)如下：壁厚16mm，輪距1800mm，板簧距的大小值為1040mm。圖2.8驅(qū)動橋殼的三維模型總而言之，首先對于此次研究對象驅(qū)動橋殼從結(jié)構(gòu)上和分類上進行了簡單的介紹，通過選取的具體研究對象是江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼，于是可以查閱到與之相關的驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)和相關設計及參數(shù)，簡化其三維模型后，可以大致的對選取的驅(qū)動橋殼用SolidWorks來建立三維模型。上述也詳細的論述了運用SolidWorks建立驅(qū)動橋殼幾何模型的過程，為驅(qū)動橋殼的有限元分析做好必要的準備。

第三章驅(qū)動橋殼的工況分析考慮到當車輛在不同的工作條件下行駛時，驅(qū)動橋殼的應力和變形是不同且復雜的。我國國內(nèi)一般是通過對驅(qū)動橋殼在四種典型工況下的受力分析來判斷其是否基本符合實際中的使用條件的。也就是認為在這四種極限工況下如果能夠滿足各項指標的橋殼是合格的。本文選擇了四個極限條件來分析橋殼，四種工況的受力分析如下：3.1最大垂向工況分析最大垂直力的工作條件是，當車輛滿載時，它受到?jīng)_擊載荷，而不管卡車在行駛過程中受到的側(cè)向力和切向力。驅(qū)動橋殼像空心梁，兩端通過輪轂軸承支撐在車輪上。彈簧座處的驅(qū)動橋殼承受卡車的簧上載荷。如下圖3.1：圖3.1橋殼靜彎曲應力計算這種工況也就是當江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼只受到靜載荷力時來進行分析，這種工況要求車輛滿載并承受沖擊載荷，側(cè)向力和切向力此時忽略考慮分析狀況。取兩個板簧座所受載荷的2.5倍，板簧座之間最大垂直力的計算公式為:左側(cè)彈簧座：；右側(cè)彈簧座：式中：，—左、右板彈簧座上的載荷；—后驅(qū)動橋殼滿載軸荷；—左邊鋼板彈簧座中點與橋殼中央點的距離；—右邊鋼板彈簧座中點與橋殼中央點的距離；—動載荷系數(shù),對不同的車輛取值大小都是不同的。本次由于研究對象是江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼，所以經(jīng)查閱而選取值為最大牽引力工況分析驅(qū)動橋殼的大致結(jié)構(gòu)是可以看成一個空心梁的，它的兩端是靠著貨車兩個車輪的軸承來連接固定在車輪的左右輪之間。橋殼中的板彈簧座上承受著貨車的載荷，同時沿左右貨車的輪胎的中心線，接觸面給貨車左右輪胎一個反向力。在此工況中先不管側(cè)向力怎樣，橋殼承受該力和車輪重力之間的差異，并在汽車直線行駛時進行計算。下圖顯示了汽車以最大牽引力行駛時的力圖。如下圖3.2所示：圖3.2最大牽引力行駛時的受力簡圖式中：表示汽車滿載靜止于水平地面時給地面的總載荷；表示汽車質(zhì)心高度；而此工況下的貨車最大牽引力計算公式為：式中：；——；—；—；3.3最大制動力工況分析貨車在行駛的過程中制動時，沖擊力可達正常工況的數(shù)倍，因此制動工況情況下的應力分析對橋殼的可靠性研究至關重要。橋殼在制動工況下，承受的主要為車重的壓力及制動時的扭矩，因此可以得到以下車橋受力簡圖如圖3-1所示。汽車緊急制動時的受力情況如下圖3.3所示：圖3.3汽車緊急制動時的受力簡圖由上圖可以得出，當貨車在制動的過程中的，最大制動力的力學公式如下：式中；；對本次的江淮1083貨車的后驅(qū)動橋一般取，取0.8；，本次論文的設計過程中，該取值大小取0.75。3.4最大側(cè)向力工況分析貨車在行駛的過程中，肯定是不會朝著不變的方向來一直這樣行駛的，只要出現(xiàn)貨車在轉(zhuǎn)向時，就會導致產(chǎn)生一個離心力。當出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎是這個離心力就會變得更加的大，當貨車在行駛的過程中，轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的離心力的大小超過貨車路面的附著力時，就會導致貨車出現(xiàn)側(cè)面滑動。下面的圖3.4是汽車向右側(cè)滑時的受力圖。根據(jù)該圖，可以獲得驅(qū)動橋側(cè)滑時面向驅(qū)動輪的左右軸承力和側(cè)向力。圖3.4汽車向右側(cè)滑時的受力簡圖當汽車側(cè)滑發(fā)生在側(cè)翻之前時汽車所受到的側(cè)向力為式中；；；總之，主要對江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼分析了四種極限工況下的應力情況，為下一章對橋殼有限元模型施加載荷和約束提供了參考。

第四章驅(qū)動橋殼的有限元分析有限元法作為一種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)計算方法，可以在一定的前提下通過計算機分析出位移、應力和應變。本文利用ANSYS軟件對四種典型工況下建立的三維驅(qū)動橋殼模型進行了分析。4.1有限元法簡介ANSYS可以說是當代各個行業(yè)內(nèi)使用度最高的一款有限元分析軟件。它廣泛應用于各行各業(yè)。比如在土木建筑、機械設計、車輛工程很多個行業(yè)都使用的相當廣泛，有限元分析的大致過程包括，有限元前后處理、有限元求解和系統(tǒng)動力學分析于一體，最大限度地滿足工程設計分析的需要。結(jié)合ANSYS軟件，可以很快的而且比較準確的建立有限元分析模型，可以采用自動生成有限元網(wǎng)格的方式，也可以通過自己對于網(wǎng)格質(zhì)量的要求精度來自己對網(wǎng)格進行更加細化處理操作，所以對于網(wǎng)格設置這一塊的設計也是極為具有人性化的。當網(wǎng)格劃分好以后，以下就是對模型的邊界條件來進行設置，確定載荷施加的位置和大小，以及約束條件，待有限元模型初始化條件一切就緒后，就可以采用求解模塊自動進行有限元求解，求解后可以自己選取總的變形云圖和應力變化云圖，從生成的云圖中就可以直接看出三維模型中的應力應變情況。驅(qū)動橋殼是車輛的主要承重部件之一。驅(qū)動橋殼的形狀和受力非常復雜。因此，很難精確計算驅(qū)動橋殼在各種狀態(tài)下的應力。過去，橋殼的強度和剛度主要通過橋殼樣品試驗和車輛駕駛試驗來評估。這些方法只能用于橋殼樣品，需要大量的財力物力和時間?；蛘邔驓ひ暈橐桓唵蔚臋M梁，以檢查某些零件的最大應力值。傳統(tǒng)的橋殼強度計算方法只能近似橋殼截面的平均應力，不能充分反映橋殼的實際應力及其分布。有限元法是工程分析中常用的解決復雜問題的近似數(shù)值分析方法。在解決任意結(jié)構(gòu)形狀和邊界條件下的力學問題時，我們多半會首先想到通過有限元分析的方法來解決，因此廣泛將其真正應用于實踐中去了。在車輛設計中，有限元法也得到應用。有限元法可用于分析車輛所有結(jié)構(gòu)部件的剛度、強度和穩(wěn)定性，進行模態(tài)分析，再現(xiàn)振動模式，進一步計算動態(tài)響應，準確描述動態(tài)過程。由于通常建議在典型工作條件下簡化橋殼的復雜應力條件，只要保證橋殼的強度，橋殼在車輛的各種行駛條件下都是可靠的。本文利用ANSYS軟件對四種典型工況下建立的三維驅(qū)動橋殼模型進行了分析。4.2驅(qū)動橋殼有限元模型建立有限元法的求解步驟基本相同，有限元法求解該問題的基本步驟一般如下:①預處理:預處理包括建立有限元模型、輸入材料特性、施加邊界條件和載荷等步驟。②求解:求解過程在求解器中執(zhí)行。③后處理:后處理包括輸出位移和應力云圖，并根據(jù)各種失效準則比較有限元分析結(jié)果。有限元模型的建立是對驅(qū)動橋殼進行有限元分析的第一步，主要工作包含將建立好的驅(qū)動橋殼三維模型導入到ANSYS中、進行劃分網(wǎng)格、添加材料屬性和施加約束和載荷等。建立驅(qū)動橋殼的有限元模型需進行如下步驟：（1）將SolidWorks建立的驅(qū)動橋殼三維模型導入到ANSYS中。啟動ANSYS，并使用導入命令將三維模型導入到ANSYS中。導入的模型如下圖4.1：圖4.1導入ANSYS后的驅(qū)動橋殼模型（2）進行網(wǎng)格劃分在江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼進行網(wǎng)格劃分時，應該注意一下幾個方面:①網(wǎng)格數(shù)量：網(wǎng)格的數(shù)量越多時，就會將模型分成越多的塊，產(chǎn)生的節(jié)點數(shù)也會更加的多，當節(jié)點數(shù)越多時，顯然會增加計算結(jié)果的時間，同時必然會對計算出來的結(jié)果的準確性造成一定的影響，因此，應該將網(wǎng)格的數(shù)量控制在恰當好的范圍，一方面既可以減少計算時間，另一方面，又可以保持計算結(jié)果的精確性，將兩者很好的結(jié)合在一起。②單位順序:高階單位是指二次或三次形式的單位。高階元素具有節(jié)點多、精度高的特點，但高階元素節(jié)點多，這將增加分析的計算規(guī)模。③網(wǎng)格密度:應該控制好網(wǎng)格的密度，不宜過密，也不宜過于稀疏，可以將自己想要分析的部位或者比較重要的部位，將網(wǎng)格畫的密集些，提高精確度，而對于不重要的地方則可以將網(wǎng)格畫的稀疏些，為此來提高計算速度。④網(wǎng)格質(zhì)量:網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格幾何的合理性。對于本文中江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼網(wǎng)格劃分中是選用四面體單元進行劃分，在減少計算時間的基礎上，基本可以保持著計算精度。對于結(jié)構(gòu)較復雜的實體模型，若采用六面體單元劃分，可能會使單元退化影響精度，所以一般選用四面體單元劃分。驅(qū)動橋殼經(jīng)過網(wǎng)格劃分后，如下圖4.2：圖4.2橋殼網(wǎng)格劃分（3）定義材料屬性。至于橋殼材料，可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和鑄鋼主要用于鑄造整體、可分離和組合的橋殼。40中碳鋼板主要用于沖壓和焊接鋼板制成的整體橋殼。半軸套管主要由中碳鋼或45中碳鋼無縫鋼管制成。本設計中的驅(qū)動橋殼總長為1800mm，板簧座距為1040mm，橋殼厚度為16mm，選用材料為可鍛鑄鐵，彈性模量為，泊松比為0.3，密度為，抗拉強度為350Mpa，屈服強度為400Mpa。這種材料有著較高的強度、塑性和沖擊韌度，可用于承受較高的沖擊，振動及扭轉(zhuǎn)載荷下工作的零件。（4）施加載荷與約束。施加載荷和約束對計算結(jié)果的準確性影響很大。應該在仔細分析橋殼受力特點和約束形式的基礎上施加載荷和約束。施加載荷，應準確分析不同工況下橋殼受力形式的特點。本文中涉及的載荷形式主要是集中力、扭矩和均布載荷。前面已經(jīng)就汽車的四種典型工況對橋殼進行了靜力計算，得到了橋殼的受力狀況。對不同的典型工況中，驅(qū)動橋殼載荷得的施加、約束的添加就變得相當?shù)闹匾话阋獫M足足夠的約束，防止驅(qū)動橋殼有限元模型發(fā)生位移，同時，要也要做到簡單直觀，便于分析和計算。本論文中四種典型工況下的載荷施加和約束添加如下表4-1所示：本文按下表對驅(qū)動橋殼模型施加載荷和約束：表4-1各工況下橋殼的加載方式與約束條件工況加載方式約束條件最大垂向力工況垂向力平均加載到兩板簧座上，方向垂直于板簧座約束橋殼一端輪距處節(jié)點X、Y、Z方向的平動，約束另一端輪距處節(jié)點的Y、Z方向的平動最大牽引力工況垂向力和縱向力均作用在板簧座上，垂向力垂直于板簧座，縱向力沿汽車運動相反的方向約束橋殼兩端輪距處節(jié)點Y、Z方向的平動，約束橋殼中間節(jié)點X方向的平動最大制動力工況垂向力和縱向力作用在板簧座上，垂向力垂直于板簧座，縱向力沿汽車運動方向約束橋殼兩端輪距處節(jié)點Y、Z方向的平動，約束橋殼中間節(jié)點X方向的平動最大側(cè)向力工況垂向力作用在板簧座上，側(cè)向力作用于側(cè)滑一端輪距處的節(jié)點上約束橋殼一端輪距處節(jié)點X、Y、Z方向的平動，約束橋殼一端輪距處節(jié)點Y、Z方向的平動4.3幾種典型工況下的靜力分析靜態(tài)分析可以得到有限云分析云圖的結(jié)果。根據(jù)橋殼不同部分的等效應力和等效位移的大小，在圖上用不同的顏色表示出來，是可以直接看出來哪里的應力應變最為明顯的。這樣就可以根據(jù)顏色區(qū)域的分布情況簡單明了的查看橋殼的應力分布情況和變形情況。云圖上還標出了最大等效應力和最大位移變化的發(fā)生的位置，這為校核橋殼的強度和剛度提供了參考。另外，ANSYS中還可以查看驅(qū)動橋殼上特定位置處的應力大小。本次論文中選取的是江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼，上面已經(jīng)陳述了該貨車的一些基本參數(shù)信息。其中裝載質(zhì)量為8490kg，也就是滿載的情況下的總質(zhì)量約為8500kg，本文將對驅(qū)動橋殼施加載荷的過程中，通過8500kg的負載來計算各個工況下的不同施加載荷的數(shù)值大小。4.3.1最大垂向力工況下靜力分析當汽車在不平的道路上行駛時，此工況要求汽車滿載，受沖擊載荷的作用，不考慮側(cè)向力和切向力。上述已經(jīng)討論了計算公式，公式其中是動載荷系數(shù)，本次論文設計中取值為2.5，也就是在2.5倍的滿載載荷下對驅(qū)動橋殼進行加載。取2.5倍的載荷施加在兩個鋼板彈簧座上，最大垂向力為：左側(cè)彈簧座：；右側(cè)彈簧座：式中；，其值的大小為85000N；；。代入以上公式可以計算出得：。首先，要對導入ANSYS中的進行在此工況下的約束條件的設定，上述已經(jīng)分析出在最大垂向力工況下靜力分析時，應該設置的約束的條件上述已經(jīng)進行了論述，于是在ANSYS界面中的約束條件設置及其載荷施加畫面，其中施加的載荷大小值為，如下圖4.3所示：圖4.3約束條件及載荷施加

于是，設置好一切該工況下的數(shù)據(jù)后，就可以利用ANSYS求解出在最大垂向力工況下的位移分布云圖和等效應力分布云圖，分別如下圖4.4和4.5所示：圖4.4位移分布云圖圖4.5等效應力分布云圖由上述的有限元分析出的結(jié)果云圖可知，在貨車在最大垂向力工況下，可以看出，卡車驅(qū)動橋殼的最大變形發(fā)生在橋殼法蘭盤的右側(cè)。其最大的總的位移形變量為，則每米輪距變形量為，而國家標準規(guī)定滿負荷時，每米輪距最大變形不超過，顯然是滿足此要求的。應力最大的部位在驅(qū)動橋殼的橋殼本體附近，且最大的應力數(shù)值大小為239.6MPa，而本次論文中的材料下的屈服強度400Mpa?？梢灾?，最大的應力大小值也在規(guī)定的范圍內(nèi)的。綜上可以知道，貨車在最大垂向力工況下，受到的最大等效應力和最大位移形變都是在規(guī)定的范圍內(nèi)的。即貨車在此工況的極限條件下，1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性是在安全范圍內(nèi)的。4.3.2最大牽引力工況下靜力分析由于這種工作條件要求車輛滿載并以最大牽引力直線行駛，無論側(cè)向力如何，左右車輪不僅具有垂直反作用力，而且還具有驅(qū)動車輪的牽引力。最大牽引力大小上述已經(jīng)分析過，其中計算公式為：式中：；；；；。帶入上述的計算公式后，可以計算出。由于在最大牽引力工況下靜力分析中，對于驅(qū)動橋殼模型在ANSYS中的約束條件的設定，上述已經(jīng)進行過陳述。于是可以進行載荷的施加和約束條件的設定。設置界面圖如下4.6：圖4.6施加和約束條件的設定圖于是，設置好一切該工況下的數(shù)據(jù)后，就可以利用ANSYS求解出在最大牽引力工況下的位移分布云圖和等效應力分布云圖，如下圖4.7和4.8：圖4.7位移分布云圖圖4.8等效應力分布云圖由上述貨車在最大牽引力工況下的有限元分析的結(jié)果云圖可知，貨車的驅(qū)動橋殼最大變形量發(fā)生在橋殼凸緣盤的四周邊緣部位處，其最大的總的位移形變量為，則每米輪距變形量為，其滿足國家標準規(guī)定滿載荷時的要求。應力最大的部位在驅(qū)動橋殼的橋殼本體與軸的交接附近，且最大的應力數(shù)值大小為236.4MPa，是遠小于400Mpa。于是?？芍涇囋谧畲鬆恳r下，受到的最大等效應力和最大位移形變都是在規(guī)定的范圍內(nèi)的。即貨車在此工況的極限條件下，1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性是在安全范圍內(nèi)的。4.3.3最大制動力工況下靜力分析由上述工況分析中可以知道，最大制動力的計算公式為：。而式中G取值85000N;本次論文取值0.8。取值大小為0.75。因此代入到上述的計算公式中可以計算出。上述已經(jīng)陳述過在此工況下的約束條件和載荷施加部位，同上的操作方法，在ANSYS中設置好初始條件后，就可以進行貨車在最大制動力工況下靜力分析，其位移變形云圖和等效應力分布云圖，分別如下圖4.9和4.10所示：圖4.9位移分布云圖圖4.10等效應力分布云圖由上述貨車在最大制動力工況下的位移分布云圖和等效應力分布云圖可知，貨車的驅(qū)動橋殼最大變形量發(fā)生在橋殼凸緣盤的四周邊緣部位處，其最大的總的位移形變量為，則每米輪距變形量為，同樣也是滿足國家標準規(guī)定滿載荷時的要求。應力最大的部位也在驅(qū)動橋殼的橋殼本體與軸的交接附近，且最大的應力數(shù)值大小為，是遠小于400Mpa。于是?？芍涇囋谧畲笾苿恿r下，受到的最大等效應力和最大位移形變都是在規(guī)定的范圍內(nèi)的。即貨車在此工況的極限條件下，1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性是在安全范圍內(nèi)的。4.3.4最大側(cè)向力工況下靜力分析該工況是汽車發(fā)生側(cè)滑時的極限工況，驅(qū)動橋承受的側(cè)向力為：式中；；φ1—輪胎與地面之間的橫向附著系數(shù)，取1.0代入上述的計算公式，驅(qū)動橋殼承受的橫向力的大小可按如下公式計算:。在這種工作條件下，載荷作為作用在板簧座上的垂直力施加，側(cè)向力作用在側(cè)滑一端的車輪節(jié)距處的節(jié)點上，并且約束被設置為在車軸殼體一端的車輪節(jié)距處的節(jié)點在X、Y和Z方向上的平移，以及在車軸殼體一端的車輪節(jié)距處的節(jié)點在Y和Z方向上的平移。同上，在ANSYS中設置好初始條件后，就可以進行貨車在最大側(cè)向力工況下靜力分析，其位移變形云圖和等效應力分布云圖，分別如下圖4.11和4.12所示：圖4.11位移分布云圖4.12等效應力分布云圖由上述貨車在最大側(cè)向力工況下的有限元分析的結(jié)果分布云圖可知，貨車的驅(qū)動橋殼最大變形量發(fā)生在橋殼凸緣盤的側(cè)向的部位，其最大的總的位移形變量為，則每米輪距變形量為，其滿足國家標準規(guī)定滿載荷時的要求，即規(guī)定的每米輪距最大變形不超過。應力最大的部位在貨車行駛側(cè)向方向的橋殼凸緣盤附近，且最大的應力數(shù)值大小為，是遠小于400Mpa。于是?？芍涇囋谧畲髠?cè)向力工況下，受到的最大等效應力和最大位移形變都是在規(guī)定的范圍內(nèi)的。即貨車在此工況的極限條件下，1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性是在安全范圍內(nèi)的。4.4分析小結(jié)綜上所述，通過有限元法，采用ANSYS軟件對江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼的四種典型工況的進行了靜力學分析。即進行了載荷計算和工況的應力、應變分析分析，通過對這四中典型工況下的分析，基本可以對該驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)設計及可靠性做出合理的評估?？煽啃栽u估結(jié)果分析如下:驅(qū)動橋殼在四種工況下的變形和應力分布合理，驅(qū)動橋殼在各種工況下穩(wěn)定可靠。

總結(jié)本次畢業(yè)設計中，對機械制圖、機械原理、汽車設計及生產(chǎn)制造等方面的基本理論知識又進行了大致的學習和回顧，從理論到實踐的了解汽車和貨車當中的驅(qū)動橋殼的設計和結(jié)構(gòu)，同時也體現(xiàn)出對目前所掌握的知識的局限性。對于這次的論文題目為某1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性分析評估的研究中，首先，是查閱了關于這方面的很多資料和雜志，最終選取了江淮1083型貨車的驅(qū)動橋殼作為研究對象，展開了對驅(qū)動橋殼的可靠性分析評估的研究，在這個過程中就很大的程度的培養(yǎng)了自己查閱資料的能力，在大量的資料中找到自己的需要，并加以分析很整理，再把它融入到自己的設計中去。其次，一定程度上培養(yǎng)了自己的動手能力。通過查閱的貨車的驅(qū)動橋殼的資料，整理出關于驅(qū)動橋殼的設計參數(shù)，然后通過三維建模軟件SolidWorks來對在驅(qū)動橋可進行三維建模。由于對結(jié)構(gòu)剛開始都是比較陌生，在建模的過程中不斷的遇到問題，又慢慢的去解決問題，無形之中鍛煉了自己的動手能力。通過對實際驅(qū)動橋殼的研究，再參照很多的前人工作者的研究，進一步加深對它的認識。最后，為了得到1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性分析評估的研究結(jié)果，將建立的驅(qū)動橋殼三維模型導入有限元分析軟件ANSYS進行有限元分析。通過對驅(qū)動橋殼在幾種典型工況下的靜態(tài)分析，得到分析云圖，根據(jù)云圖中顏色區(qū)域的分布，可以簡單而清楚地觀察到橋殼的應力分布和變形。將最大等效應力和最大位移與參考值進行比較。就可以得到1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性分析評估的最終結(jié)果。同時，此次畢業(yè)設計也是對四年所學過的知識的一個復習，將很多停留在理論上的知識運用到實踐中去了，又有了更為深刻的認識。通過這次設計，對這四年的學習做了一個總結(jié)，對自己也做了一個總結(jié)，讓自己感受到結(jié)果不是最重要的，享受的是這個慢慢努力的過程和認真的學習態(tài)度。當然對今后研究汽車方面的有限元仿真分析也有了一定了研究經(jīng)驗。致謝近兩個月的畢業(yè)設計即將到此圓滿結(jié)束，同時預示著大學四年生活即將畫上一個完美的句號，更預示著美好的未來生活的馬上就要開始！

首先，此次關于某1083型貨車驅(qū)動橋殼的可靠性分析評估的畢業(yè)設計是對于大學本四年綜合課程的一次重要檢驗和回顧?？简灹死喂陶莆樟巳克鶎W知識的熟練度，以及運用知識的能力。并且從另一個方面來考察了看待機械方面問題的一