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（答辩稿）基于有限元中型货车半轴与桥壳设计（CAD图纸+DOC论文）

基于有限元中型货车半轴与桥壳设计摘要质量大加工面多，制造工艺复杂，且需要相当规模的铸造设备，在铸造时质量不宜控制，也容易出现废品，故仅用于载荷大的中重型汽车。.桥壳的受力分析与强度计算选定桥壳的结构形式以后，应对其进行受力分析，选择其端面尺寸，进行强度计算。汽车驱动桥的桥壳是汽车上的主要承载构件之，其形状复杂，而汽车的行驶条件如道路状况气候条件及车辆的运动状态又是千变万化的，因此要精确地计算出汽车行驶时作用于桥壳各处的应力大小是相当困难的。在通常的情况下，在设计桥壳时多采用常规设计方法，这时将桥壳看成简支梁并校核些特定断面的最大应力值。我国通常推荐计算时将桥壳复杂的受力状况简化成四种典型的计算工况，即当车轮承受最大的铅锤力当汽车满载并行驶与不平路面，受冲击载荷时当车轮承受最大切应力当汽车满载并以最大牵引力行驶时当车轮承受最大切应力当汽车满载紧急制动时最大侧向力时。只要在这四种载荷计算工况下桥壳的强度特征得到保证，就认为该桥壳在汽车各种行驶条件下是可靠的。在进行上述四种载荷工况下桥壳的受力分析之前，应先分析下汽车满载静止于水平路面时桥壳最简单的受力情况，即进行桥壳的静弯曲应力计算。桥壳的静弯曲应力计算桥壳犹如空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷，而左右轮胎的中心线，地面给轮胎的反力双轮胎时则沿双胎中心，桥壳则承受此力与车轮重力之差值，即，计算简图如.所示。图.桥壳静弯曲应力计算简图桥壳按静载荷计算时，在其两钢板弹簧座之间的弯矩为•.式中汽车满载时静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，在此为车轮包括轮毂制动器等重力，驱动车轮轮距，在此为驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离，在此为.桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。通常由于远小于，且设计时不易准确预计，当无数据时可以忽略不计所以.•而静弯曲应力则为.式中危险断面处钢板弹簧座附近桥壳的垂向弯曲截面系数，具体如下关于桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面的形状，主要由桥壳的结构形式和制造工艺来确定，钢板冲压焊接整体式桥壳在弹簧座附近多为圆管端面，截面图如图.所示，其中，图.钢板弹簧座附近桥壳的截面图垂向弯曲截面系数.水平弯曲截面系数.扭转截面系数.垂向弯曲截面系数,水平弯曲截面系数,扭转截面系数的计算参考材料力学。关于桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面的形状，主要由桥壳的结构形式和制造工艺来确定，从桥壳的使用强度来看，圆形管状的比矩形管状高度方向为长边的要好。所以在此采用圆形管状。根据上式桥壳的静弯曲应力.在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算当汽车在不平路面上高速行驶时，桥壳除承受静止状态下那部分载荷外，还承受附加的冲击载荷。在这两种载荷总的作用下，桥壳所产生的弯曲应力为.式中动载荷系数，对于载货汽车取.桥壳在静载荷下的弯曲应力，。根据上式汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算为了使计算简化，不考虑侧向力，仅按汽车作直线行驶的情况进行计算，另从安全系数方面作适当考虑。如图.所示为汽车以最大牵引力行驶的受力简图。图.汽车以最大牵引力行驶的受力简图作用在左右驱动车轮的转矩所引起的地面对于左右驱动车轮的最大切向反作用力共为发动机的最大转矩传动系档传动比.主减速比.传动系的传动效率.轮胎的滚动半径.。.根据上式可计算得.由于设计时些参数未定而无法计算出汽车加速行驶时的质量转移系数值，而对于载货汽车的后驱动桥可在范围内选取，在此取.。此时后驱动桥桥壳在左右钢板弹簧座之间的垂向弯矩为•.根据上式•由于驱动车轮所承受的地面对其作用的最大切向反作用力，使驱动桥壳也承受着水平方向的弯矩，对于装有普通圆锥齿轮差速器的驱动桥，由于其左右驱动车轮的驱动转矩相等，故有•.所以根据上式•图.汽车紧急制动时后驱动桥的受力简图桥壳还承受因驱动桥传递驱动转矩而引起的反作用力矩，这时在两钢板弹簧座间桥壳承受的转矩为•.式中发动机最大转矩，在此为•传动系档传动比.主减速比.传动系的传动效率，在此取.。根据上式可计算得.•由于桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面处为圆管断面，所以在该断面处的合成弯矩为.该危险断面处的合成应力为.桥壳需用弯曲应力为，需用扭转应力为。汽车紧急制动时的桥壳强度计算这时不考虑侧向力，图.为汽车在紧急制动时的受力简图。图.汽车在紧急制动时的受力简图由于设计时基于有限元中型货车半轴与桥壳设计摘要基于,有限元,中型,货车,设计,毕业设计,全套,图纸本科学生毕业设计基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计系部名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程班学生姓名指导教师职称讲师黑龙江工程学院二年六月摘要中型货车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳是中型货车重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量，并将载荷传给车轮。其设计的成功与否决定着车辆的动力性平顺性经济性等多方面的设计要求。因此，驱动桥壳应具有足够的强度刚度和良好的动态特性，合理地设计驱动桥壳也是提高汽车平顺性的重要措施。本文以有限元静态分析理论为基础，将软件和结合运用主要完成了以下设计内容驱动桥的总体方案确定和半轴的设计校核驱动桥的设计和多工况校核桥壳模型的简化和建模运用软件对桥壳进行多工况分析，验证设计的合理性。将软件和结合运用，完成了从驱动桥壳和半轴三维建模到有限元分析的整个过程，并对其进行了强度和刚度的校核。关键词驱动桥壳第章绪论.选题背景目的及意义驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量,并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力制动力侧向力垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此,驱动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。驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成个简支梁并校核几种典型计算工况下些特定断面的最大应力值,然后考虑个安全系数来确定工作应力,这种设计方法有很多局限性。因此近年来,许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。并利用有限元分析软件对型货车上使用的整体式驱动桥壳进。.国内外研究状况汽车驱动桥壳既是承载零件,也是传力部件,同时又是主减速器差速器及驱动车轮传动装置如半轴的外壳。在汽车行驶过程中,桥壳承受繁重的载荷,设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量,以利于降低动载荷提高汽车的行驶平顺性,在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量。桥壳还应结构简单制造方便,以利于降低成本。过去我国主要是通过对桥壳样品进行台架试验和整车行驶试验考核桥壳强度和刚度。有时还采用在桥壳上贴应变片的电测方法，让汽车在典型路段上满载行驶，以测定桥壳的应力。这些方法只有在有桥壳样品的情况下才能使用，而且需要付出相当大的人力物力和时间。日本五十铃公司曾采用略去桥壳后盖，将桥壳中部安装主减速器处的凸包简化成规则的环形的简化方法，用弹性力学进行应力和变形的计算。弹性力学计算方法本身虽精确，但由于对桥壳的几何形状作了较多的简化，使计算结果受到很大的限制。通常情况下，设计桥壳时多采用常规的设计方法，将桥壳看成是简支梁，校核些特定断面的最大应力值。例如，日本有的公司对驱动桥壳的设计要求是在.倍满载轴荷的作用下，弹簧座处桥壳与半轴套管焊接处轮毂内轴承根部圆角处各断面的应力不应超过屈服极限。我国通常推荐将桥壳复杂的受力状况简化为四种典型的计算工况汽车满载以较高车速在不平路面行驶受到冲击载荷和受最大的垂直载荷工况汽车满载以较高车速在不平路面行驶受到冲击载荷和受最大的垂直载荷工况汽车满载传递最大牵引力工况汽车紧急制动承受最大制动力工况汽车最大侧向力工况。在这四种典型工况下，只要桥壳的强度得到保证，就认为该桥壳在汽车的各种行驶条件下是可靠的。传统的桥壳强度的计算方法，只能近似计算出桥壳断面的应力平均值，不能完全反映桥壳上应力及其分布的真实情况。因此，这种方法仅用于对桥壳强度的验算，或用来与其它车型的桥壳强度进行比较，而不能用于计算桥壳上点的真实应力值。有限单元法是近三四十年随着计算机的发展而发展起来的用于各种结构分析的数值计算方法，在定的前提条件下，它可以计算各种机械零件的几乎所有几何部位的应力和应变。由于有限元法能够很好地模拟零部件的实际形状结构受力和约束，因此，其计算结果更精确，也更接近实际，可以作为设计改进零部件的依据。同时，可以利用有限元分析的结果进行多方案的比较，有利于设计方案的优化和产品的改进。有限元法解决了过去对复杂结构作精确计算的困难，改变了传统的经验设计方法，有限元软件已经成为个广为接受的工程分析工具。目前国外有限元方法在汽车分析中得到了广泛的使用，有限元分析除了汽车结构的强度刚度计算外，还在车身的结构的摸态分析操纵稳定性分析整车振动分析传热分析如汽缸汽缸盖在气室燃烧时的温度分布空气动力学分析等各方面发挥着重要的作用。在国外，二十世纪七十年代前后，有限元方法逐渐在汽车桥壳的强度分析中得到应用。例如，美国的机械研究所万国汽车公司等，都曾经使用有限元法计算过桥壳的强度。我国工程使用有限元分析方法起步较晚，但是发展较快,特别是近十年来,有限元分析方法在工程中特别是在汽车领域的应用也变得越来越广泛，也取得了些成果。如东南大学的羊扮，孙庆鸿等应用软件对影响驱动桥壳强度和刚度的因素进行了研究，并进行了产品结构优化设计。优化后的桥壳本体厚度由降至，质量减轻了.千克。东风汽车公司技术中心的唐述斌，谷莉按经验对汽车的后桥桥壳厚度进行减薄，然后通过计算和试验进行校核，取得了减重的效果。从国内的研究现状可以看到，国内对桥壳的有限元分析虽然做了很多工作，但是与国