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CAD软件Pro/E和ANSYS结合运用主要完成了以下设计内容：
（1）驱动桥的总体方案确定和半轴的设计校核；
（2）驱动桥的设计和多工况校核；
（3）桥壳模型的简化和Pro/E建模；
（4）运用ANSYS软件对桥壳进行多工况分析，验证设计的合理性。
将CAD软件Pro/E和ANSYS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： ANSYS；驱动桥壳；半轴；静力分析；强度；刚度

ABSTRACT

Designed to determine the success of vehicle dynamics, ride comfort, economy and other aspects of the design requirements. Therefore, the drive axle housing should have sufficient strength, stiffness and good dynamic characteristics, the rational design of drive axle to improve vehicle ride comfort is also an important measure. In this paper, the finite element static analysis based on the theory, ANSYS and the CAD software Pro/E combined use of the design was completed for the following elements:
(1) the overall scheme for the drive axle and axle design verification;
(2) drive axle design and multi-condition check;
(3) shell model bridge model simplification and Pro/E;
(4) the use of ANSYS software, multi-axle condition analysis, verify the design is reasonable.
Pro/E CAD software and ANSYS will be combined with the use of complete three-dimensional modeling from the drive axle to the finite element analysis of the entire process, and gain checking the strength and stiffness.

Key words: ANSYS; Drive axle housing; Static analysis; Strength; Stiffness

摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1选题背景目的及意义 …1
1.2国内外研究状况 .1
1.3设计主要内容和拟解决的问题 3
第2章驱动桥的总体方案确定 4
2.1设计车型主要参数 4
2.2驱动桥形式的确定 6
2.3半轴形式的确定 7
2.4驱动桥设计要求 8
2.5本章小结 9
第3章驱动半轴的设计 10
3.1全浮式半轴计算载荷的确定 10
3.2全浮式半轴的杆部直径的初选 11
3.3全浮式半轴的强度计算 .11
3.4半轴花键的强度计算 12
3.5半轴材料与热处理 13
3.6本章小结………….……………………………………………………………….14
第4章驱动桥壳的设计………………………………………………………………….14
4.1铸造整体式桥壳的结构…………………………………..……………...……….14
4.2桥壳的受力分析与强度计算……………………………………………………..15
4.2.1桥壳的静弯曲应力计算……………………………………………..….....15
4.2.2在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算…………..………….........17
4.2.3汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算…………………….……......18
4.2.4汽车紧急制动时的桥壳强度计算…………………………………….......19
4.2.5汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算……………………………..….…22
4.3本章小结…………………………………………………………………………..23

第5章驱动桥壳几何模型的建立……………………………………………………….24
5.1 Pro/E的简介………………………………………………………………………24
5.2几何模型的简化…………………………………………………………………..24
5.3驱动桥桥壳几何模型的建立……………………………………………………..25
5.4本章小结…………………………………………………………………………..27
第6章驱动桥壳的有限元分析…………………………………………………………..28
6.1驱动桥壳的静力分析……………………………………………………………..28
6.1.1驱动桥桥壳静力分析的典型工况…………………………………………28
6.1.2载荷与约束的处理…………………………………………………………30
6.2各工况的ANSYS分析过程详述…………………………………………………31
6.3各个工况的ANSYS分析结果 ..36
6.4驱动桥壳的模态分析……......................................................................................38
6.5驱动桥ANSYS分析过程详述…….......................................................................38
6.6驱动桥ANSYS分析结果…...................................................................................40
6.7本章小结……...........................................................................................................43
结论……........................................................................................................................44
参考文献……................................................................................................................45
致谢……........................................................................................................................46
附录…………………………………………………………………………....……....47

第1章绪论

1.1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一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值, 然后考虑一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ANSYS对某型货车上使用的整体式驱动桥壳进。
1.2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，将桥壳看成是一简支

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A0-桥壳.gif

A0-驱动桥壳和半轴.gif

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内容简介：: 毕业论文指导教师评分表学生姓名刘元鑫院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-4指导教师姓名王永梅职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力154研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性157科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业设计指导教师评分表学生姓名刘元鑫院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-4指导教师姓名王永梅职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业论文评阅人评分表学生姓名刘元鑫专业班级车辆07-4指导教师姓名王永梅职称讲师题目基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度152题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力204研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性15得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计评阅人评分表学生姓名刘元鑫专业班级车辆07-4指导教师姓名王永梅职称讲师题目基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业论文答辩评分表学生姓名刘元鑫专业班级车辆07-4指导教师王永梅职称讲师题目基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、理论意义或价值102研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力、综合运用知识的能力、应用文献资料和外文的能力203论文撰写水平、文题相符程度、写作规范化程度、篇幅、成果的理论或实际价值、创新性154毕业论文答辩准备情况55毕业论文自述情况206毕业论文答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计答辩评分表学生姓名刘元鑫专业班级车辆07-4指导教师王永梅职称讲师题目基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名刘元鑫性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级07-4设计（论文）题目基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名职称指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院系公章：年月日注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计（论文）推荐表题目基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计类别L学生姓名刘元鑫院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院车辆07-4指导教师王永梅职称讲师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名刘元鑫系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-4指导教师姓名王永梅职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计一、设计（论文）目的、意义中型货车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳是重型货车的一个重要部件，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。在我国传统的设计方式中以手工绘图或采用AutoCAD 绘制二维平面图，做出成品进行试验为主，无法满足快速设计的需求，造成产品开发周期长、设计成本高。利用ANSYS软件对半轴与桥壳进行分析校核，能够大大提高设计的效率和质量，为中型货车的研发缩短了宝贵的时间。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）（一）设计内容依据主要技术指标确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，有限元技术在ANSYS中对半轴与桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。（二）设计的车型和主要参数依据主要技术指标设计的车型为解放J5K俊威型号为CA1103P9K2L2E，载质量4870kg,整备质量4830kg,满载总质量9895kg,车长为7840mm,车宽2476mm,车高2750mm。根据车型来确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，用pro/e建模在用有限元技术ANSYS对桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。（三）研究方法1、参考相关资料，对比各种半轴与桥壳优缺点，初步确定设计方案。2、实地考察相关类型的车，为最终设计方案提供依据。3、ANSYS软件分析验证合理性。4、利用Autocad软件绘制半轴与桥壳图纸。三、设计（论文）完成后应提交的成果（一）计算说明部分完成设计说明书1.5万字。其中包括半轴与桥壳零部件进行设计及强度校和部分。（二）图纸部分半轴与桥壳装配图零件图若干张。四、设计（论文）进度安排（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告第12周（2月28日3月14日）（2）确定总体方案第34周（3月15日3月28日）（3）对半轴与桥壳结构及尺寸参数进行设计第56周（3月29日4月11日）（4）ANSYS软件验证半轴与桥壳设计合理性第7周（4月12日4月18日）（5）建立半轴与桥壳的零件图及装配模型第811周（4月19日5月16日）（5）书写设计说明书第1213周（5月17日5月30日）（6）设计审核、修改设计说明书第1416周（6月1日6月20日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月21日6月27日）五、主要参考资料1蒋崇贤，何明辉专用汽车设计武汉工业大学出版社2工程中的有限元方法(第3版)机械工业出版社，20043黄天泽，黄金陵汽车车身结构与设计机械工业出版社，20004孙桓主编.机械设计.机械工业出版社出版5余志生汽车理论M，机械工业出版社，19876陈家瑞主编.汽车构造.人民交通出版社出版7吴镇著.理论力学.上海:上海交通大学出版社，19978吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华大学出版社，2002六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 基于有限元中型货车半轴与桥壳设计院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程 07-4 学生姓名: 刘元鑫导师姓名: 王永梅开题时间: 指导委员会审查意见：签字：年月日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。毕业设计（论文）开题报告学生姓名刘元鑫系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-4指导教师姓名王永梅职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状近些年来，随着中重型货车在国际车市上凸显强劲的增长势头和市场占有率，随着中重型货车市场的发展，作为四大总成之一的车桥也飞速的发展起来，所以国内外都对车桥行业投入了大量的人力物力，国内市场过去，商用车整车企业的发展战略是车身必须自制，发动机立足或争取自制，而车桥则一般采用社会资源。然而，随着近年商用车市场，特别是中、重型卡车市场竞争的加剧，为了在核心总成上不受制于人，国内一汽、中国重汽等主要商用车企业要么投巨资、重兵布局发展自己的车桥业务；要么积极主动与有关大型车桥生产企业建立长期战略联盟，以确保自己稳定的零部件供应。国外市场，作为目前顶级的欧洲品牌的车桥代表了当今世界最高的设计水平，如戴姆勒克莱斯勒公司20 世纪90 年代末期开发的全新重型卡车ACTROS 系列VOLVO的FM FH系和SCANIA的第5代(4系列G级)，代表着技术变革的前沿MAN 的重型卡车TGA五十铃F系列等都代表着目前世界最高水平载货车车桥设计水平。随着中国加入WTO 和中国运输结构变化、消费水平的提高，国内市场对中重型车产品需求向多层次、多品种方向发展。未来市场对中重型载货车的需求稳步上升，2010 年达到40 万辆。在总量需求中，中重型车的需求增量较大，2010 年占总需求的70 %。特别是高速公路的飞速发展，为大吨位、大功率载货车提供了得天独厚的有利条件。我国集装箱运输业的高速发展，也为大吨位、大功率载货车提供了广阔的用武之地。1999 年后, 中重型载货汽车高速增长, 特别是2000 年、2001 年( 上半年) 其增长率分别达66. 64%、86. 32%, 远远高于汽车行业增长率14%。2005 年汽车销售20 万辆, 年增长率为17%，在未来的几年内,中重型车和大型客车将进入高速增长时期, 车桥的需求量也将随之剧增。近年来，随着普利适优迪车桥有限公司、美国车桥国际控股有限公司（AAM）等在中国的纷纷落户，我国车桥行业内，外资公司由合资到独资的逐渐渗入也在加快进程。也加快了国内车桥市场的发展，如今国内上百家商用车车桥企业中，具有一定实力、水平及规模的只有十多家，目前，国内中、重型车桥生产企业主要集中在东风德纳车桥有限公司、一汽解放汽车有限公司车桥分公司、中国重汽济南桥箱有限公司、陕西汉德车桥有限公司、安徽安凯福田曙光车桥有限公司、一汽山东汽车改装厂及青特众力车桥有限公司等七家企业，这些企业几乎占到国内中重卡车桥90%以上的市场。国内许多汽车厂家相继引进了一些中重型车型，其后桥壳大多为钢板冲压焊接而成。但冲压焊接式桥壳采用冲压成型的方法存在材料成形困难，有的还需增加退火工艺，能耗高、工序多，制造工艺复杂，生产成本高。汽车在崎岖的路面上颠簸行驶，受到交变负荷的作用，桥壳焊接处易出现脱焊开裂问题，疲劳性能差，超载易变形，主减速器齿轮正常啮合受影响，噪声大，减少了驱动桥总成的使用寿命。球墨铸铁具有高强度、高韧性、高可靠性、高寿命的特点，能生产出最接近要求的形状。随着球墨铸铁技术的发展，铸造已成为取代冲压焊接生产汽车后桥壳的首选方法。因为与冲压焊接后桥壳相比，铸造后桥壳具有强度和刚度较大，生产成本低，拆装、保养、维修方便等优点。近年来，东风德纳开发的不少产品占领了国内车桥产品技术的制高点：13吨单双桥产品技术国内领先，13吨级驱动桥则充分吸收了美国德纳及日产柴驱动桥技术，承载能力更强、齿轮寿命更长、噪音更低，广泛应用于东风天龙等中重型商用车。中重型轮边减速桥是为适应超重载型的自卸车运输市场而开发的全新车桥，因其卓越的技术优势而成为市场新宠，也为我国汽车行业生产中重型后桥壳开拓了一条新路。随着科学技术的进一步发展，企业只有提高设计研发的能力才能跟上发展的脚步，现代工业的典型特征就是大量使用计算机，所以人们希望借助计算机辅助分析技术（CAE）来解决相关复杂问题，有限元作为CAE技术的一种关键计算方法，被广泛的应用于各个行业，ANSYS软件是美国ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析软件，能够进行包括结构热声流体以及电磁场等科学研究，在核工业铁道石油化工航空航天机械制造能源汽车交通国防军工电子土木工程造船生物医学轻功地矿水利日用家电等领域有广泛应用，驱动桥作为汽车四大总成之一，用pro/e建模再用ansys分析既方便又快捷。2、选题目的和意义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。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向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。其作用主要有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小，并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造，驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用于各类汽车上。但是由于其形状复杂，因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论，驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值，然后考虑一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。在我国传统的设计方式中以手工绘图或采用AutoCAD 绘制二维平面图，做出成品进行试验为主，无法满足快速设计的需求，造成产品开发周期长、设计成本高。利用ANSYS软件对桥壳进行分析校核，能够大大提高设计的效率和质量，为中型货车的研发缩短了宝贵的时间。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题依据主要技术指标设计的车型为解放J5K威驰型号为CA1103P9K2L2E，载质量4870kg,整备质量4830kg,满载总质量9895kg,车长为7840mm,车宽2476mm,车高2750mm。根据车型来确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，用pro/e建模在用有限元技术ANSYS对桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。（二）拟解决问题（1）半轴的设计1. 半轴计算载荷的确定2. 半轴的杆部直径的初选3. 半轴的强度计算4. 半轴花键的强度计算（2）桥壳的设计1. 桥壳的受力分析2. 桥壳的静弯曲应力计算3. 各种工况下桥壳强度的分析（3）ANSYS软件分析验证（4）利用Autocad软件绘制半轴与桥壳图纸。三、技术路线（研究方法）调研并查阅相关资料总体方案的确定桥壳的设计半轴的设计桥壳的Pro-e建模设计结果的ANSYS校核利用AUTOCAD绘图完成毕业设计和设计说明书四、进度安排（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告第12周（2月28日3月14日）（2）确定总体方案第34周（3月15日3月28日）（3）对半轴与桥壳结构及尺寸参数进行设计第56周（3月29日4月11日）（4）ANSYS软件验证桥壳设计合理性第7周（4月12日4月18日）（5）建立半轴与桥壳的零件图及装配图第811周（4月19日5月16日）（5）书写设计说明书第1213周（5月17日5月30日）（6）设计审核、修改设计说明书第1416周（6月1日6月20日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月21日6月27日）五、参考文献1 辛木. 中国商用车车桥行业现状及发展动向.2008092 张骄, 杨建. 重载货车驱动桥壳有限元分析. 2010043 郑燕萍，王瑜，宋怀. 基于CAE 的驱动桥壳设计方法探讨.20074 王文竹，程勉宏，刘刚. 汽车驱动桥壳的有限元分析. 2008.035 童麟章. 驱动桥半轴的有限元分析设计.2010年第3期6 张冬，尤华胜. 中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势2008.097 张骄, 杨建伟. 重载货车驱动桥壳有限元分析.2010028 焦红兰，黄卫祥 2. 13 t单级减速驱动桥总成疲劳试验研究.2006109 何延俊. 单纵臂横扭杆独立悬架驱动桥设计研究. 2004.0410 羊玢，孙庆鸿，王睿. 基于参数化的车辆驱动桥壳动态优化设计.20050511 杨朝会，王丰元，马浩. 基于有限元方法的载货汽车驱动桥壳分析.农业装备与车辆工程. 2006年第10期12 李奇霏，徐梁晋.浅谈基于虚拟现实技术的中型客车驱动桥设计与开发.20070213 王革新. 某车型汽车驱动桥壳的力学分析20060214 王铁，张国忠，周淑文. 路面不平度影响下的汽车驱动桥动载荷.20030115 王丰元，周群辉，杨朝会，王爱兵. 汽车驱动桥虚拟设计系统研究.20090416 刘惟信. 汽车车桥设计北京清华大学出版社. 2003.117 王庆五，左眆，胡仁喜.ANSYS 10.0机械设计高级应用实例北京机械工业出版社.2006.1 18 Piotr A. Dudziski The problems of multi-axle vehicle drives Original Research Article Shanghai Jiaotong Univ 19860319 JIN Jun-songDie design for cold precision forging of bevel gear based on finite element method J Cent South Univ Technol200906六、备注指导教师意见：签字：年月日毕业设计（论文）中期检查表填表日期2009年 4月 26日迄今已进行 8 周剩余 9 周学生姓名刘元鑫系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆B07-4指导教师姓名王永梅职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容1.调研、查阅相关资料、完成开题报告 2. 确定驱动桥壳和半轴的总体方案 3. 对半轴与桥壳结构及尺寸参数进行设计 4. ANSYS软件验证桥壳设计合理性1.建立半轴与桥壳的零件图及装配图 2. 书写设计说明书 3. 设计审核、修改设计说明书存在问题及努力方向对CAD画图软件使用还不够熟练，对ANSYS软件了解还不够深，以后还要对驱动桥的结构有更深的了解。学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日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B07-4班学生姓名：刘元鑫指导教师：王永梅职称：讲师黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design For Bachelors DegreeMedium Goods Vehicle Axle Based on Finite Element Design and Axle HousingCandidate：LiuyuanxinSpecialty： VehicleEngineeringClass： B07-4Supervisor：Lecturer. Wang YongmeiHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计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CAD软件Pro/E和ANSYS结合运用主要完成了以下设计内容：（1）驱动桥的总体方案确定和半轴的设计校核；（2）驱动桥的设计和多工况校核；（3）桥壳模型的简化和Pro/E建模；（4）运用ANSYS软件对桥壳进行多工况分析，验证设计的合理性。将CAD软件Pro/E和ANSYS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： ANSYS；驱动桥壳；半轴；静力分析；强度；刚度ABSTRACTMedium goods vehicle applications in the automotive industry more widely, and axle and the axle housing is an important medium goods vehicle parts and force the bearing parts. Vehicle weight bearing axle, and wheel loads pass.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典Designed to determine the success of vehicle dynamics, ride comfort, economy and other aspects of the design requirements. Therefore, the drive axle housing should have sufficient strength, stiffness and good dynamic characteristics, the rational design of drive axle to improve vehicle ride comfort is also an important measure. In this paper, the finite element static analysis based on the theory, ANSYS and the CAD software Pro/E combined use of the design was completed for the following elements: (1) the overall scheme for the drive axle and axle design verification; (2) drive axle design and multi-condition check; (3) shell model bridge model simplification and Pro/E; (4) the use of ANSYS software, multi-axle condition analysis, verify the design is reasonable. Pro/E CAD software and ANSYS will be combined with the use of complete three-dimensional modeling from the drive axle to the finite element analysis of the entire process, and gain checking the strength and stiffness. Key words: ANSYS; Drive axle housing; Static analysis; Strength; Stiffness59目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1选题背景目的及意义11.2国内外研究状况.11.3设计主要内容和拟解决的问题3第2章驱动桥的总体方案确定42.1设计车型主要参数42.2驱动桥形式的确定62.3半轴形式的确定72.4驱动桥设计要求82.5本章小结9第3章驱动半轴的设计103.1全浮式半轴计算载荷的确定103.2全浮式半轴的杆部直径的初选113.3全浮式半轴的强度计算.113.4半轴花键的强度计算123.5半轴材料与热处理133.6本章小结.14第4章驱动桥壳的设计.144.1铸造整体式桥壳的结构.144.2桥壳的受力分析与强度计算.154.2.1桥壳的静弯曲应力计算.154.2.2在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算.174.2.3汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算.184.2.4汽车紧急制动时的桥壳强度计算.194.2.5汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算.224.3本章小结.23第5章驱动桥壳几何模型的建立.245.1 Pro/E的简介245.2几何模型的简化.245.3驱动桥桥壳几何模型的建立.255.4本章小结.27第6章驱动桥壳的有限元分析.286.1驱动桥壳的静力分析.286.1.1驱动桥桥壳静力分析的典型工况286.1.2载荷与约束的处理306.2各工况的ANSYS分析过程详述316.3各个工况的ANSYS分析结果.366.4驱动桥壳的模态分析.386.5驱动桥ANSYS分析过程详述.386.6驱动桥ANSYS分析结果.406.7本章小结.43结论.44参考文献.45致谢.46附录.47第1章绪论1.1 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一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值, 然后考虑一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ANSYS对某型货车上使用的整体式驱动桥壳进。1.2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，将桥壳看成是一简支梁，校核某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2.5 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：（1）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；（1）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；（2）汽车满载传递最大牵引力工况；（3）汽车紧急制动承受最大制动力工况；（4）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某一断面的应力平均值，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某点的真实应力值。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，在一定的前提条件下，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一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，也取得了一些成果。如东南大学的羊扮，孙庆鸿等应用ANSYS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8mm降至7mm，质量减轻了4.2千克。东风汽车公司技术中心的唐述斌，谷莉按经验对EQ1090E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8Kg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，但是与国外的研究相比有较大的差距，主要表现在多是按照经验修改主要部件的尺寸参数，往往只校核在静态工况下的强度和刚度；在桥壳的设计过程中使用有限元分析软件指导设计的应用范围较小，往往只是几个大的集团公司采用了这种先进的设计方法，大部分中小企业还未能将其应用于实际生产过程中。1.3 设计主要内容和拟解决的问题1、设计内容依据主要技术指标确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，有限元技术在ANSYS中对半轴与桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。2、拟解决问题（1）半轴的设计1）半轴计算载荷的确定2）半轴的杆部直径的初选3）半轴的强度计算4）半轴花键的强度计算（2）桥壳的设计1）桥壳的受力分析2）桥壳的静弯曲应力计算3）各种工况下桥壳强度的校核（3） ANSYS软件分析验证（4）利用CAD软件绘制半轴与桥壳图纸。第2章驱动桥的总体方案确定本设计要求设计中型载货车的驱动桥桥壳和半轴，要设计这样一个级别的驱动桥，一般选用非断开式结构以与非独立悬架相适应，该种形式的驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮的刚性空心梁，一般是铸造或钢板冲压而成，主减速器，差速器和半轴等所有传动件都装在其中，车型的选择和总体方案的确定与设计的成败息息相关。2.1设计车型主要参数图2.1 J5k 4x2平头柴油载货汽车图2.2车辆外形尺寸图表2.1车型号：CA1103PgK2L2E质量参数（kg）载质量4870整备质量4830满载总质量9895轴荷空载前轴2090后桥2740轴荷满载前轴2500后桥7395性能参数最高车速（km/h）99最大爬坡度（%）25六工况燃油消耗量（L /100km）16等速油耗（L/100km）80km/h16加速行驶车外最大噪声dB（A）83最小转弯半径（m）17制动距离（满载、车速60km/h）36.7m驻车停放坡度(满载、正反两方向)18%续行驶里程(km)780最高档经济车速（km/h ）4781尺寸参数（mm）外廓尺寸长7840宽2476高2750该车的发动机为型号CA4DF3-13E3U，额定功率为 101KW/2500，最大扭矩为 450/1400。变速器型号为一汽解放CA6T123，各档速比为 6.515； 3.916； 2.345； 1.425； 1.000； 0.813； 6.060。驱动桥型号为一汽解放9吨级单级减速器，全浮式半轴直齿锥齿轮式差速器，主减速比i=5.430。车轮型号为8.25R20 ，轮胎的滚动半径为0.462m，轮距1800mm,钢板弹簧中心距1035mm。2.2 驱动桥形式的确定由于要求设计的是9吨级的后驱动桥，要设计这样一个级别的驱动桥，一般选用非断开式结构以与非独立悬架相适应，该种形式的驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮的刚性空心梁，一般是铸造或钢板冲压而成，主减速器，差速器和半轴等所有传动件都装在其中，此时驱动桥，驱动车轮都属于簧下质量。驱动桥的结构形式有多种，基本形式有三种如下：（1）中央单级减速驱动桥。此是驱动桥结构中最为简单的一种，是驱动桥的基本形式，在载重汽车中占主导地位。一般在主传动比小于6的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。目前的中央单级减速器趋于采用双曲线螺旋伞齿轮，主动小齿轮采用骑马式支承，有差速锁装置供选用。（2）中央双级驱动桥。在国内目前的市场上，中央双级驱动桥主要有2种类型：一类如伊顿系列产品，事先就在单级减速器中预留好空间，当要求增大牵引力与速比时，可装入圆柱行星齿轮减速机构，将原中央单级改成中央双级驱动桥，这种改制“三化”（即系列化，通用化，标准化）程度高，桥壳、主减速器等均可通用，锥齿轮直径不变；另一类如洛克威尔系列产品，当要增大牵引力与速比时，需要改制第一级伞齿轮后，再装入第二级圆柱直齿轮或斜齿轮，变成要求的中央双级驱动桥，这时桥壳可通用，主减速器不通用，锥齿轮有2个规格。由于上述中央双级减速桥均是在中央单级桥的速比超出一定数值或牵引总质量较大时，作为系列产品而派生出来的一种型号，它们很难变型为前驱动桥，使用受到一定限制；因此，综合来说，双级减速桥一般均不作为一种基本型驱动桥来发展，而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。（3）中央单级、轮边减速驱动桥。轮边减速驱动桥较为广泛地用于油田、建筑工地、矿山等非公路车与军用车上。当前轮边减速桥可分为2类：一类为圆锥行星齿轮式轮边减速桥；另一类为圆柱行星齿轮式轮边减速驱动桥。1）圆锥行星齿轮式轮边减速桥。由圆锥行星齿轮式传动构成的轮边减速器，轮边减速比为固定值2，它一般均与中央单级桥组成为一系列。在该系列中，中央单级桥仍具有独立性，可单独使用，需要增大桥的输出转矩，使牵引力增大或速比增大时，可不改变中央主减速器而在两轴端加上圆锥行星齿轮式减速器即可变成双级桥。这类桥与中央双级减速桥的区别在于：降低半轴传递的转矩，把增大的转矩直接增加到两轴端的轮边减速器上，其“三化”程度较高。但这类桥因轮边减速比为固定值2，因此，中央主减速器的尺寸仍较大，一般用于公路、非公路军用车。2)圆柱行星齿轮式轮边减速桥。单排、齿圈固定式圆柱行星齿轮减速桥，一般减速比在3至4.2之间。由于轮边减速比大，因此，中央主减速器的速比一般均小于3，这样大锥齿轮就可取较小的直径，以保证重型汽车对离地问隙的要求。这类桥比单级减速器的质量大，价格也要贵些，而且轮穀内具有齿轮传动，长时间在公路上行驶会产生大量的热量而引起过热；因此，作为公路车用驱动桥，它不如中央单级减速桥。综上所述，由于设计的驱动桥的传动比为5.430，小于6。况且由于随着我国公路条件的改善和物流业对车辆性能要求的变化，中型汽车驱动桥技术已呈现出向单级化发展的趋势，主要是单级驱动桥还有以下几点优点：（1）单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺简单，成本较低，是驱动桥的基本类型，在重型汽车上占有重要地位；（2）重型汽车发动机向低速大转矩发展的趋势，使得驱动桥的传动比向小速比发展；（3）随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，重型汽车使用条件对汽车通过性的要求降低。因此，重型汽车不必像过去一样，采用复杂的结构提高通过性；（4）与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性提高。单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看，重型车产品在主减速比小于6的情况下，应尽量选用单级减速驱动桥。2所以此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。2.3 半轴形式的确定驱动车轮的传动装置置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。其结够型式与驱动桥的结构型式密切相关，在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向接传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半铀齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。如图2.3所示，根据半轴外端支撑形式分为半浮式，3/4浮式，全浮式。（a）半浮式（b）3/4浮式（c）全浮式图2.3 半轴支撑形式半浮式半轴以其靠近外端的轴颈直接支撑在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有圆锥面的轴颈及键与轮毂相固定。具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。主要用于质量较小，使用条件好，承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。3/4浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支撑着轮毂，而半轴则以其端部与轮毂想固定，因其侧向力引起弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命，所以未得到推广。全浮式半轴的外端和以两个轴承支撑于桥壳的半轴套管上的轮毂相联接，由于其工作可靠，广泛应用于轻型及以上的各类汽车上。1根据相关车型及设计要求，本设计采用全浮式半轴。以上2.2和2.3相关图形和资料来自于汽车车桥设计2.4 驱动桥设计要求1、选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。2、外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。3、齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。4、在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。5、具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。6、与悬架导向机构运动协调。7、结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。2.5本章小结本章首先对各种驱动桥的结构形式做了简单的介绍，综合考虑，此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。之后又对半轴的各种支撑形式做了对比分析，根据相关车型及设计要求，决定本设计采用全浮式半轴。最后对选择车型的各项参数作了简要列举。第3章驱动半轴的设计驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器的半轴齿轮传给驱动车轮。在一般的非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，半轴将差速器的半轴齿轮与车轮的轮毂联接起来，半轴的形式主要取决半轴的支承形式：普通非断开式驱动桥的半轴，根据其外端支承的形式或受力状况不同可分为半浮式，3/4浮式和全浮式，在此由于是中型载货汽车，采用全浮式结构。2 设计半轴的主要尺寸是其直径，在设计时首先可根据对使用条件和载荷工况相同或相近的同类汽车同形式半轴的分析比较，大致选定从整个驱动桥的布局来看比较合适的半轴半径，然后对它进行强度校核。3.1 全浮式半轴计算载荷的确定计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷，应考虑到以下三种可能的载荷工况： 1.纵向力（驱动力或制动力）最大时，其最大值为，附着系数在计算时取0.8，没有侧向力作用； 2.侧向力最大时，其最大值为（发生于汽车侧滑时），侧滑时轮胎与地面的侧向附着系数在计算时取1.0，没有纵向力作用； 3.垂向力最大时（发生在汽车以可能的高速通过不平路面时），其值为，车轮对地面的垂直载荷，为动载荷系数，这时不考虑纵向力和侧向力的作用。由于车轮承受的纵向力，侧向力值的大小受车轮与地面最大附着力的限制，即有（3.1）全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩可有求得，其中，的计算，可根据以下方法计算，并取两者中的较小者。若按最大附着力计算，即（3.2）式中：轮胎与地面的附着系数取0.8；汽车满载时驱动桥给水平地面的最大负荷，N；但后桥来说还应考虑到汽车加速时负腷增大量，可初取：=9.8=73959.8=72471N；汽车加速或减速时的质量转移系数，可取1.21.4在此取1.3；左侧半轴所受纵向力；右侧半轴所受纵向力。根据上式=37685 N 若按发动机最大转矩计算，即（3.3）式中：差速器的转矩分配系数，对于普通圆锥行星齿轮差速器取0.6；发动机最大转矩，450Nm；汽车传动效率，计算时可取1或取0.9；由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比=5.436.515=35.37645变速器传动比=6.515；轮胎的滚动半径，0.462m。根据上式=18607.1 N在此18607.1N =18607.10.462=8596.5Nm3.2 全浮式半轴的杆部直径的初选全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行（3.4）式中：半轴杆部的直径，mm。根据上式=（42.0344.69）mm根据强度要求在此取45.0mm。3.3 全浮式半轴的强度计算首先是验算其扭转应力： MPa （3.5）式中：半轴的计算转矩，Nm在此取8596.5Nm；根据上式481 MPa =(490588) MPa半轴的扭转许用应力，取=490588MPa。所以满足强度要求。半轴的最大扭转角为（3.6）式中：T半轴承受的最大转矩，8596.5；半轴长度800mm； G材料的剪切弹性模量8.410N/mm； J半轴横截面的极惯性矩，=402373.8mm。经计算最大扭转角=11.7，扭转角宜选为615满足条件。3.4 半轴花键的强度计算为了使半轴的花键内径不小于其杆部直径，常常将加工花键的端部做得粗些，并适当地减小花键槽的深度，在现代汽车半轴上，渐开线花键用得较广，但也有采用矩形或梯形花键的。本次设计采用带有凸缘的全浮式半轴，采用渐开线花键。根据杆部直径为45mm，选择的渐开线的花键具体参数为：花键齿数为19，模数2.5，分度圆直径47.5mm分度圆上压力角为30。在计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其花键的剪切应力和挤压应力。半轴花键的剪切应力为 MPa (3.7)半轴花键的挤压应力为 MPa （3.8）式中：半轴承受的最大转矩，Nm ，在此取8596.5Nm; 半轴花键的外径，mm，在此取50mm; 相配花键孔内径，mm，在此取45mm; 花键齿数；在此取19 花键工作长度，95mm，花键齿宽，mm，=3.925mm; 载荷分布的不均匀系数，计算时取0.75。根据上式可计算得=68.12 MPa =106.96 MPa 根据要求当传递的转矩最大时，半轴花键的切应力不应超过71.05 MPa，挤压应力不应超过196 MPa，以上计算均满足要求。以上有关花键内容查机械设计实用手册北京机械工业出版社；789页3.5半轴材料与热处理半轴多采用含铬的中碳合金钢制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB是我国研制出的新钢种，作为半轴材料效果很好。半轴的热处理过去都采用调质处理的方法，调质后要求杆部硬度为HB388444(突缘部分可降至HB248)。近年来采用高频、中频感应淬火的口益增多。这种处理方法使半轴表面淬硬达HRC5263，硬化层深约为其半径的13，心部硬度可定为HRC3035；花键部分表面硬度5055HRC；不淬火区(突缘等)的硬度可定在HB248277范围内。由于硬化层本身的强度较高，加之在半轴表面形成大的残余压应力，以及采用喷丸处理、滚压半轴突缘根部过渡圆角等工艺，使半轴的静强度和疲劳强度大为提高，尤其是疲劳强度提高得十分显著。由于这些先进工艺的采用，不用合金钢而采用中碳(40号、45号)钢的半轴也日益增多。2本次设计考虑到半轴对传动系需要有一定的保护作用，故采用45号钢作为半轴的材料进行加工。 3.6 本章小结首先本章对半轴的功用进行了说明，并且在纵向力最大时确定了半轴的计算载荷。对半轴进行了具体的设计计算，确定了半轴的各部分尺寸，并进行了校核。最后对材料和热处理做了说明。第4章驱动桥壳的设计驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量，并承受有车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车身，它同时又是主减速器，差速器和半轴的装配体。驱动桥壳应满足如下设计要求：1.应具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常，并不使半轴产生附加弯曲应力；2. 在保证强度和刚度的情况下，尽量减小质量以提高行驶的平顺性；3. 保证足够的离地间隙；4.结构工艺性好，成本低；5. 保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入；6.拆装，调整，维修方便。考虑的设计的是载货汽车，驱动桥壳的结构形式采用铸造整体式桥壳。4.1 铸造整体式桥壳的结构通常可采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。在球铁中加入1.7%的镍，解决了球铁低温（-41C）冲击值急剧降低的问题，得到了与常温相同的冲击值。为了进一步提高其强度和刚度，铸造整体式桥壳的两端压入较长的无缝钢管作为半轴套筒，并用销钉固定。如图4-1所示，每边半轴套管与桥壳的压配表面共四处，由里向外逐渐加大配合面的直径，以得到较好的压配效果。钢板弹簧座与桥壳铸成一体，故在钢板弹簧座附近桥壳的截面可根据强度要求铸成适当的形状，通常多为矩形。安装制动底板的凸缘与桥壳住在一起。桥壳中部前端的平面及孔用于安装主减速器及差速器总成，后端平面及孔可装上后盖，打开后盖可作检视孔用。另外，由于汽车的轮毂轴承是装在半轴套管上，其中轮毂内轴承与桥壳铸件的外端面相靠，而外轴承则与拧在半轴套管外端的螺母相抵，故半轴套管有被拉出的倾向，所以必须将桥壳与半轴套管用销钉固定在一起。图4.1 铸造整体式驱动桥结构铸造整体式桥壳的主要优点在于可制成复杂而理想的形状，壁厚能够变化，可得到理想的应力分布，其强度及刚度均较好，工作可靠，故要求桥壳承载负荷较大的中、重型汽车，适于采用这种结构。尤其是重型汽车，其驱动桥壳承载很重，在此采用球铁整体式桥壳。除了优点之外，铸造整体式桥壳还有一些不足之处，主要缺点是质量大、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。4.2 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一，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某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，应先分析一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。4.2.1 桥壳的静弯曲应力计算桥壳犹如一空心横梁，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4.2所示。图4.2 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 Nm (4.1) 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72471N；车轮（包括轮毂、制动器等）重力，N；驱动车轮轮距，在此为1800mm; 驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离，在此为1035mm.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=13860.07Nm而静弯曲应力则为 MPa （4.2）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，1 截面图如图4.3所示，其中d=90mm，D=126mm图4.3 钢板弹簧座附近桥壳的截面图垂向弯曲截面系数: = =145266.72mm水平弯曲截面系数: = =145266.72mm扭转截面系数: =290533.44mm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。1根据上式桥壳的静弯曲应力=95.4 MPa4.2.2 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 MPa （4.3）式中：动载荷系数，对于载货汽车取2.5；桥壳在静载荷下的弯曲应力，MPa。根据上式 MPa4.2.3 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4.4所示为汽车以最大牵引力行驶的受力简图。图4.4 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 N发动机的最大转矩450；传动系一档传动比6.515；主减速比5.43；传动系的传动效率0.9；轮胎的滚动半径0.462m。（4.4）根据上式可计算得=31011.8N由于设计时某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1.11.3范围内选取，在此取1.2。此时后驱动桥桥壳在左、右钢板弹簧座之间的垂向弯矩为 Nm (4.5) 根据上式=16632 Nm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 Nm （4.6）所以根据上式=5931Nm图4.5 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 Nm (4.7)式中：发动机最大转矩，在此为450Nm; 传动系一档传动比6.515；主减速比5.43；传动系的传动效率，在此取0.9。根据上式可计算得=7163.7 Nm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：=19055 MPa (4.8)该危险断面处的合成应力为：=131 MPa (4.9)桥壳需用弯曲应力为300-500，需用扭转应力为150-400。4.2.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算这时不考虑侧向力，图4.6为汽车在紧急制动时的受力简图。图4.6 汽车在紧急制动时的受力简图由于设计时一些参数是未知的，所以后驱动桥计算用的汽车紧急制动时的质量转移系数不可计算，一般对于载货汽车后驱动桥取0.750.95。图4.7为汽车紧急制动时后驱动桥壳的受力分析简图，此时作用在左右驱动车轮上除了有垂向反作用力外，尚有切向反力，即地面对驱动轮的制动力，因此可求得紧急制动时桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩及水平方向的弯矩分别为（4.10） = （4.11）式中：汽车制动时的质量转移系数，计算后驱动桥时0.8；驱动车轮与路面的附着系数，计算时可取0.750.80，在此取0.8；根据上式可以计算得=11079.8 Nm =8863.8 Nm 图4.7 汽车紧急制动时后驱动桥的受力简图桥壳在两钢板弹簧座的外侧部分处同时还承受制动力所引起的转矩，对于后驱动桥： Nm （4.12）根据上式=10706 Nm所以可根据式（4.8），（4.9）计算出在钢板弹簧座附近危险断面的弯曲应力和扭转应力分别为 4.2.5 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算当汽车满载、高速急转弯时，则会产生一相当大的且作用于汽车质心处离心力。汽车也会由于其他原因而承受侧向力。当汽车所承受的侧向力达到地面给轮胎的侧向反作用力的最大值即侧向附着力时，则汽车处于侧滑的临界状态，此时没有纵向力作用。侧向力一旦超过侧向附着力，汽车则侧滑如图4.8所示。因此汽车驱动桥的侧滑条件是：（4.13）式中：驱动桥所受的侧向力；地面给左、右驱动车轮的侧向反作用力；汽车满载静止于水平面时驱动桥给地面的载荷72471N；轮胎与地面的侧向附着系数取1.0。由于汽车产生纯粹的侧滑，因此计算时可以认为地面给轮胎的切向反作用力为零。汽车向右侧滑时，驱动桥侧滑时左、右驱动车轮的支承反力为：（4.14）（4.15）式中：左、右驱动车轮的支承反力，N；汽车满载时的质心高度，0.70m；驱动车轮的轮距1.8m。图4.8 汽车向右侧滑时受力简图对于半轴为全浮式的驱动桥，在桥壳两端的半轴套管上，各装着一对轮毂轴承，它们布置在车轮垂向反作用力的作用线的两侧，通常比外轴承离车轮中心线更近。侧滑时内、外轮毂轴承对轮毂的径向支承力，如图4.9所示，可根据一个车轮的受力平衡求出。（a）轮毂轴承的受力分析用图；（b）桥壳的受力分析用图图4.9汽车向右侧滑时轮毂轴承对轮毂的径向支承力S1、S2分析用图汽车向右侧滑时左、右车轮轮毂内外轴承的径向支承力分别为: （4.16）（4.17）（4.18）（4.19）式中：轮胎的滚动半径462mm；取a+b=130mm a=b=65mm。其中地面给左右驱动车轮的侧向反作用力Y2L、Y2R可由下式求得：（4.20）（4.21）轮毂内、外轴承支承中心之间的距离愈大，则由侧滑引起的轴承径向力愈小。另外，足够大，也会增加车轮的支承刚度。否则，如果将两轴承的距离缩至使两轴承相碰，则车轮的支承刚度会变差而接近于3/4浮式半轴的情况。当然，的数值过大也会引起轮毂的宽度及质量的加大而造成布置上的困难。在载货汽车的设计中，常取/4。轮毂轴承承受力最大的情况是发生在汽车侧滑时，所以轮轴（即半轴套管）也是在汽车满载侧滑时承受最大的弯矩及应力，如图4.10所示。半轴套管的危险断面位于轮毂内轴承的里端处，该处弯矩为：（4.22）式中：为轮毂内轴承支承中心至该轴承内端支承面间的距离。图4.10 汽车向右侧滑时驱动桥壳所受垂直力及弯矩弯曲应力（4.23）剪切应力（4.24）（4.25）半轴套管处的应力均不超过，满足使用要求。经过计算得知各种工况下校核结果均满足桥壳的许用弯曲应力300500MPa，许用扭转应力150400 MPa，所以驱动桥壳满足各种种条件下使用度要求。24.3 本章小结本章选择了整体驱动桥桥壳，并参考刘惟信版汽车设计进行了桥壳的受力分析和强度计算。在静弯曲应力下，不同路面冲击载荷作用下和汽车以最大牵引力行驶时及汽车紧急制动时的四种情况下桥壳受力和强度进行了校核，满足设计要求。第5章驱动桥桥壳几何模型的建立几何模型的建立是整个有限元分析工作的第一步，也对以后的所有工作有着至关重要的作用，几何模型的好坏直接决定着有限元模型的优劣乃至分析工作的进展程度。另外，在保证模型正确及几何元素相互关联的基础上，也要提高建模效率，能简化的尽量简化，以达到事半功倍的效果。5.1Pro/E的简介：1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER proewildfire5.0。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。5.2几何模型的简化几何模型是有限元分析模型的基础，我们在考虑几何模型的简化问题时，既要考虑到几何模型建立的特点，也要考虑有限元模型建立的特点。有限元模型是进行有限元分析的最终模型，它既要如实反映实际结构的重要结构特征和重要力学特征，又要采用尽量少的单元和简单的单元类型，以较少的时间和运算量，保证较高的计算精度。本次所建有限元模型为实体模型，模型要能反映危险部位具体结构对桥壳应力的影响，因此有限元模型要尽量保留原结构的细节。但为了减少有限元模型节点数量、节约机时、避免不必要的浪费，需要把非危险部位的细节进行结构简化。1、简化原则：在保证计算结果准确性的前提下，尽量减少节点数量以减少计算量；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）略去不必要的圆角；（2）略去工艺结构；（3）忽略细节特征，如倒角，不重要区域的小孔及小尺寸细节结构等；（4）简化非危险区域的小尺寸细节结构。3、驱动桥壳的简化本文以新型驱动桥壳为例，应用Pro/E软件建立该驱动桥壳的几何模型。根据驱动桥壳的结构形式和工作特点，拟对该桥壳模型进行如下简化：（1）忽略掉加油口、放油口、固定油管和导线的金属卡、桥壳中部的开口槽、板簧座处的中心孔等几何特征；（2）假设轮毂轴管（半轴套管）和驱动桥壳是一体的，它与驱动桥壳是刚性联接而不是装配的；（3）简化了受力小而又引起截面突变的部分，如忽略了轮毂轴管的台阶及台阶处的过渡倒角和圆角，将半轴套管视为两段等直径的套管，忽略掉桥壳两端轴承座处的台阶；（4）将一些不等厚度的结构假设为等厚度的，以便于中截面的定位；（5）省略桥壳后盖及主减速器对桥壳刚度的影响；（6）略去通气孔挡油罩、加油螺栓、放油螺栓以及各处螺纹孔。135.3驱动桥桥壳几何模型的建立由于本文拟采用实体单元生成驱动桥壳的有限元模型，所以，建立几何模型时直接采用实体来建立桥壳的几何模型。图中详细尺寸请查阅桥壳的零件图。以下简要介绍桥壳建模的创建步骤：（1）打开Pro/E软件，建立一个新的.part模型文件，Pro/E中默认的单位为mm；（2）使用旋转工具先完成桥壳两端法兰盘端；其中d=90mm，D=126mm来源于17页的桥壳设计，总长度来源于所选车型的轴距，建立过程如图5.1。图5.1 旋转过程图（3）利用Pro/E软件中的拉伸功能对桥壳的主减速器壳体部分进行绘制，此过程的设计数据来源于所选车型的主减速器的外廓尺寸，建立过程如图5.2。图5.2旋转过程示意图（4）利用拉伸减材料对主体进行减材料处理过程如图5.3。图5.3 拉伸减材料过程（5）旋转减材料处理，如图5.4。图5.4 旋转减材料过程（6）新建面并使用拉伸命令及镜像工具进行最后的绘制，完成图如图5.5。图5.5生成的桥壳基本模型（7）保存文件。并导入ANSYS中的模型如图5.6。图5.6 ANSYS模型图5.4 本章小结本章先对桥壳模型进行了简化处理，以保证既要如实反映实际结构的重要结构特征和重要力学特征，又采用尽量少的单元和简单的单元类型，参考了相关Pro/E教材对模型进行了绘制。并成功导入ANSYS10.0，为以后的分析校核作了充分准备。第6章驱动桥壳的有限元分析本章将利用前面所建立的驱动桥桥壳的有限元模型及各项汽车参数，应用ANSYS软件对它进行多工况的静力强度分析，通过有限元仿真计算，研究驱动桥桥壳的结构性能。6.1驱动桥壳的静力分析6.1.1驱动桥桥壳静力分析的典型工况驱动桥桥壳在车辆行驶中的受力状况比较复杂，承受的力主要有垂向力、切向力（牵引力和制动力）和侧向力，这里我们简化为以下四种典型的工况进行计算：（1）桥壳承受最大垂向力工况此工况为汽车满载并通过不平路面，受冲击载荷的工况，这时不考虑侧向力和切向力。此时的桥壳犹如一个空心横梁，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，而沿左、右轮胎的中心线，地面给轮胎以反力/2（双胎时则沿双胎的中心），桥壳则承受此力与车轮重力的差值，既。（6.1）式中，分别为施加在左右钢板弹簧座上的载荷，为汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷为72471N。=700N。故根据公式（6.1）可得=35535.5N。（2）桥壳承受最大牵引力工况此工况为汽车满载以最大牵引力作直线行驶时的工况，不考虑侧向力，设地面对后驱动桥左、右车轮的垂向反作用力为，相等，则（6.2）式中：Ga汽车满载静止于水平地面时给地面的总载荷，Ga=96971N； hg汽车质心的高度，hg=0.70m； L为汽车的轴距，L=4.25m；重心到前轴的距离，=2.2m；驱动车轮的最大切向反力，=31011.8N 为发动机最大转矩，=450Nm;此时左右驱动轮除作用有垂向力外，还作用有地面对驱动车轮的最大切向反作用力（即牵引力），最大牵引力大小为：（6.3）式中：为变速器档传动比为6.515；为驱动桥主减速比为5.43；为传动系的传动效率为0.9；为驱动车轮的滚动半径为0.462m。则根据（6.2）和（6.3）我们可以知道地面对后驱动桥左、右车轮的垂向反作用力为=56716.9N，最大牵引力为。（3）桥壳承受最大制动力工况此工况为汽车满载紧急制动时的工况，不考虑侧向力。设地面对后驱动桥左、右车轮的垂向反作用力为，相等，则（6.4）式中为汽车的制动加速度， m/s汽车紧急制动时，左右驱动车轮除了作用有垂直反力外，还作用有地面对驱动车轮的制动力，最大制动力大小为：（6.5）式中，为汽车制动时的质量转移系数，对载货汽车后驱动桥一般取0.750.95；为驱动车轮与路面的附着系数，计算时取0.750.8。计算时两数都取0.8。则根据（6.4）和（6.5）我们可以知道地面对后驱动桥左、右车轮的垂向反作用力为=24935.5N，最大动力值为：。（4）桥壳承受最大侧向力工况当汽车满载、高速急转弯时，会产生一个作用于质心处的很大的离心力。汽车也会由于其他原因而承受侧向力。当汽车所承受的侧向力达到地面给轮胎的侧向反作用力的最大值即侧向附着力时，汽车处于侧滑的临界状态，侧向力一旦超过侧向附着力，汽车则侧滑。因此汽车驱动桥的侧滑条件为：（6.6）式中：P2驱动桥所受的侧向力，N；Y2L、Y2R地面给左、右驱动车轮的侧向反作用力，N；轮胎与地面间的侧向附着系数，计算是取.汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，=96971N。根据汽车发生侧滑时的受力情况，我们可以得出驱动桥侧滑时左、右驱动车轮的支承反力为：（6.7）当它达到地面给轮胎的侧向反作用力的最大值即侧向附着力时，汽车处于侧滑的临界状态，侧向力一旦超过侧向附着力，汽车就侧滑。此时驱动桥的全部载荷有侧滑方向一侧的驱动车轮承担，驱动桥承受的侧向力为：（6.8）式中，P为驱动桥承受的侧向力，N；则将各参数代入到公式（6.7）和（6.8）中我们可以求得左、右驱动车轮的支承反力为：驱动桥承受的侧向力P=724711=72471 N.6.1.2载荷与约束的处理根据以上的计算方法，结合驱动桥桥壳的参数计算出驱动桥壳在以上四种工况下的受力状况，将力直接施加到相应的位置，约束方式也是直接施加到相应的位置的。约束与载荷情况见下6.1表650。表6.1各工况桥壳的约束情况工况约束施加载荷最大垂向力约束桥壳两端轮距处的节点三个方向的平动，即将桥壳两端轮距处固定。将垂向力施加在两侧钢板弹簧座处的平面上。冲击载荷约束桥壳两端轮距处的节点三个方向的平动，即将桥壳两端轮距处固定。将垂向力施加在两侧钢板弹簧座处的平面上。最大牵引力约束两侧钢板弹簧座处节点三个方向的平动，即将两侧钢板弹簧座处固定。在两侧车轮轮距处施加垂向力，对桥壳两端的半轴套管一侧施加一个作用点在轮胎与地面接触位置处的大小为最大牵引力，方向与运动方向一致的偏远载荷。最大制动力约束两侧钢板弹簧座处节点三个方向的平动，即将两侧钢板弹簧座处固定。在两侧车轮轮距处施加垂向力，对桥壳两端的半轴套管一侧施加一个作用点在轮胎与地面接触位置处的大小为最大制动力，方向与运动方向相反的偏远载荷最大侧向力力约束左侧钢板弹簧座处节点三个方向的平动，另侧钢板弹簧座处节点前后箱和左右向的平动。在侧滑方向一侧车轮轮距处施加垂向力，且在该侧的法兰端面上施加作用点在轮胎与地面接触位置水平方向的最大侧向力。6.2各工况的ANSYS分析过程详述1、施加的面载荷的计算已知=56716.9N。S=0.0144m P=F/S=3938673.6Pa故加载在每侧钢板弹簧座处的压力为3938673.6Pa2、Preprocessor模块选择定义单元类型选择Main Menu l Preprocessor l Element Type l Add/Edit/Delete命令，弹出对话框选择solid 10node 92。定义材料属性选择Main Menu l Preprocessor l Material Props l Material Models 弹出对话框右侧选择 structural l linear l elastic l isotropic,弹出对话框在EX后的文本框中输入“1.5e11”，在PRXY后的文本框中输入“0.25”。生成网格选择Main Menu l Preprocessor l MeshTool命令，进行如下操作。图6.1模型网格划分3、Solution模块添加约束选择 Main Menu l Solution l Define Loads l Apply l Structural l Displacement l On Areas 。施加面载荷Main Menu l Solution l Define Loads l Apply l Structural l Pressure l On Areas命令输入压力值，完成后如图6.2，图6.2模型加载求解选择Main Menu l Solution l Solve l Current LS命令图6.3模型求解4、General Postproc 模块结果的查看 Main Menu l General Postproc l Plot Results l Contour Plot l Nodal Solu 之后在弹出的对话框里选择参看的结果内容即可。播放应力动画选择Utility Menu l PlotCtrls l Antinate l Deformed Results命令，选择要演示的内容。其他工况分析方法与工况一完全一致只是约束和加载的不同，各个工况的约束与加载情况见表6.1。6.3各个工况的ANSYS分析结果在ANSYS的求解模块（Simulation）中只要施加各工况下如上两表所示的约束和载荷设定所要求解的内容后进行求解（Solve）, 计算完成后就可以查看各工况下桥壳的应力变形结果。桥壳的许用弯曲应力为300500MPa,可锻铸铁桥壳取较小值,钢板冲压焊接桥壳取最大值。本设计中桥壳的材料为球墨铸铁，其许用应力为420 MPa。汽车驱动桥台架实验评价指标规定满载轴荷时每米轮距最大变形不超过1.5mm/m。（1）查看变形量如图6.4图6.4变形量1.机械应变图图6.5 X方向机械应变图6.6 Y方向机械应变图6.7 Z方向机械应变图6.8总机械应变2.应力云图。图6.9 X轴应力云图图6.10 Y轴应力云图图6.11 Z轴应力云图图6.12 总体应变云图3.应力最大处如图6.13。图6.13 最大应力云图4.组件位移图。图6.14 X轴组件位移图6.15 Y轴组件位移图6.16 Z轴组件位移云图图6.17总体位移云图当汽车在不平路面上高速行驶时，桥壳除了承受静止状态下那部分载荷，还承受附加的冲击载荷，通常情况下，我们是在汽车静止时桥壳受力的基础上乘以一个动载系数来模拟桥壳所受的冲击，对于货车取2.5，从等效应力图中我们可以看到，在最大垂向力工况下桥壳的最大等效应力应为225MPa小于其许用应力为420 MPa，可见桥壳的应力符合国家标准。考虑到模型简化后应力集中的影响，桥壳实际的受力应该更小，其余各处的应力分布比较合理。同时我们从图中可以看出，桥壳最大变形量发生在桥壳中部主减速器壳的安装位置，其值为1.778mm，与轮距之比为1.778/1.8=0.987mm/m，若考虑到驱动桥桥壳后端盖对桥壳强度的影响，实际的桥壳变形量将会更小。汽车驱动桥台架实验评价指标规定满载轴荷时每米轮距最大变形不超过1.5mm/m，可见该桥壳的每米轮距变形量符合国家标准，故其设计满足要求。6.4驱动桥壳模态分析模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术，通过它可以确定自然频率，振型和振型参与系数。模态分析是所有动力学分析类型的最基础内容。进行模态分析有许多好处：可以使结构设计避免共振或以特定频率进行振动；使工程师认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的；有助于在其它动力分析中估算求解控制参数。6.5驱动桥ANSYS分析过程详述1、选择分析状态选择Main Menu l Preferences lstructural2、Preprocessor模块选择定义单元类型选择Main Menu l Preprocessor l Element Type l Add/Edit/Delete命令，弹出对话框选择solid 10node 92。定义材料属性选择Main Menu l Preprocessor l Material Props l Material Models 弹出对话框右侧选择 structural l linear l elastic l isotropic,弹出对话框在EX后的文本框中输入“1.5e11”，在PRXY后的文本框中输入“0.25”，弹出对话框右侧选择 Density，弹出对话框在DENS后的文本框中输入“7640”。生成网格选择Main Menu l Preprocessor l MeshTool命令，进行如下操作。（1）将智能网格划分器（Smart Sizing）设定为on；（2）将滑动码设置为6；（3）确认MeshTool的各项为：Volumes，Tet，Free；（4）单击Mesh；（5）弹出对话框以后单击PickAll按钮；（6）关闭MeshTool。图6.18网格划分 3、进行模态分析设置从主菜单中选择 Main Menu l Solution l Analyisi Type l New Analysis 命令，打开New Analysis 设置对话框，要求分析种类，选择“Modal”。从主菜单中选择 Main Menu l Solution l Analyisi Type l Analysis Options 命令，打开Modal Analysis设置对话框，要求进行模态分析设置，选择“Block Lanczos”,在No.of nodes to extract 文本框中输入6，将Expand mode to shaps 设置为 Yes，在No.of nodes to expand 文本框中输入6，单机OK按钮。4、施加边界条件添加约束选择 Main Menu l Solution l Define Loads l Apply l Structural l Displacement l On Areas 。5、General Postproc 模块结果的查看 Main Menu l General Postproc l Plot Results l Contour Plot l Nodal Solu 之后在弹出的对话框里选择参看的结果内容即可。播放应力动画选择Utility Menu l PlotCtrls l Antinate l Deformed Results命令，选择要演示的内容。7查看结果列表显示分析结果 Main Menu l General postproc l Results Summary 命令，列表显示结果，如图6.6驱动桥ANSYS分析结果图6.19结果列表查看总变形图6.20 一阶模态变形结果显示图6.21 二阶模态变形结果显示图6.22 三阶模态变形结果显示图6.23 四阶模态变形结果显示图6.24 五阶模态变形结果显示图6.25 六阶模态变形结果显示通过以上图形可以了解驱动桥模态数据的了解，如图6.20为一阶模态变形结果显示,频率为0.11114赫兹,最大变形值为0.295e-5(相对值);图6.21为二阶模态变形结果显示, 频率为0.356936赫兹,最大变形值为0.308e-5(相对值); 图6.22为三阶模态变形结果显示, 频率为0.737354赫兹,最大变形值为0.815e-5(相对值); 图6.23为四阶模态变形结果显示, 频率为0.737448赫兹,最大变形值为0.815e-5(相对值); 图6.24为五阶模态变形结果显示, 频率为0.792021赫兹,最大变形值为0.495e-5(相对值); 图6.25为六阶模态变形结果显示, 频率为0.829583赫兹,最大变形值为0.477e-5(相对值)，通过对以上数据的掌握和了解可以防止设计的驱动桥发生共振。通过对驱动桥的模态分析，对个图的分析可以确定驱动桥的固有频率，振型等参数，通过对驱动桥模态分析可以对以后驱动桥的设计提供一个参考，可以使在驱动桥设计过程中避免共振或以特定频率经行振动，可以使我认识到驱动桥结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的；有助于使驱动桥在其他动力分析中估算求解控制参数，由于结构的振动特性决定结构对于各种动力载荷的响应情况，所以在准备进行其他动力分析之前首先要进行模态分析。6.7本章小结本章概述了桥壳有限元静力分析理论和分析方法和模态分析的方法，总结了有限元静力分析和模态分析在ANSYS中的实现方法，即约束处理和加载实施方案，并在桥壳的简化有限元模型上计算出了桥壳在四种典型工况下的受力和变形情况，详细阐述了桥壳在各工况下的应力和变形情况，并与国家标准进行了比较，我们可以看出桥壳在各工况下的强度和刚度均满足设计要求，也掌握了一些驱动桥壳的固有频率为以后的设计提供参考。结论本文结合工程实际，应用大型三维CAD设计软件Pro/E和大型通用有限元分析软件ANSYS10.0对驱动桥桥壳进行结构的实体建模和有限元分析，得出桥壳在典型工况下应力和变形的分布情况，较深刻认识了PRO/E软件建模的特点和ANSYS10.0协同仿真环境解决工程问题的特点、范围及深度，对ANSYS的分析功能有了很好的认识，主要设计结果和分析结论如下:（1）由于此设计是中型载货汽车，故半轴采用全浮式半轴，杆部直径d=45mm；（2）承载负荷较大的中型汽车，多采用整体式桥壳，本设计也采用此种桥壳，钢板弹簧座处桥壳小径d=90mm，大径D=126mm；（3）桥壳模型的结构简化及Pro/E建模；（4）对驱动桥壳的四种典型工况：最大垂向力工况、最大牵引力工况、最大制动力工况，最大侧向力工况。合理确定了各工况下的仿真约束条件和加载方式，计算得出了各工况下的桥壳应力分布和变形结果，并根据设计要求对其进行了静强度及刚度分析。分析得出：桥壳在各个工况下都满足设计要求。由于本人能力有限、时间限制和原始资料的缺少，感觉所做的工作还有待改进之处和欠缺，现说明如下:（1）由于本人对ANSYS学习还不够深刻在加载和约束方面并不能完全仿真实际桥壳工作情况，造成结果有一定的偏差。（2）由于时间有限没有利用ANSYS软件对桥壳结构进行优化。参考文献1 刘惟信汽车车桥设计M北京：清华大学出版社，20032 王望予. 汽车设计M 北京：机械工业出版社，20043 童麟章. 驱动桥半轴的有限元分析设计J.2010年第3期4 焦红兰，黄卫祥 2. 13 t单级减速驱动桥总成疲劳试验研究J.2006 5 张冬，尤华胜. 中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势J2008.6 臧杰，阎岩. 汽车构造（下）M 北京：机械工业出版社，20057 余志生汽车理论M：北京：机械工业出版社，20098 张朝晖 ANSYS工程应用范例入门与提高M北京：清华大学出版社，20049 刘坤，吴磊ANSYS有限元方法精解M北京：国防工业大学出版社2005.10 王世忠，孟庆元，高维成结构力学与有限元法M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2003.11 马迅有限元法基础与应用M十堰：湖北汽车工业学院汽车工程系2005.12 苏恩生汽车驱动桥壳的有限元建模与分析D长春：吉林大学车辆工程专业2003.13 王庆五，左昉，胡仁喜ANSYS10.0机械设计高级应用实例（第2版）M北京：机械工业出版社2006.14 刘坤，吴磊ANSYS有限元方法精解M北京：国防工业大学出版社2005.15 王文竹，程勉宏，刘刚. 汽车驱动桥壳的有限元分析J. 2008.16 何延俊. 单纵臂横扭杆独立悬架驱动桥设计研究J. 2004.17 羊玢，孙庆鸿，王睿. 基于参数化的车辆驱动桥壳动态优化设计J.200518 li-Ping,Jeong Kim,Beom-Soo Kang. Analysis and design of hydroforming proess for automobile rear axle housing by FEMJ. Internation Journal of Machine Tools & Manufacture,2000， (4).19 WANG Liang-mo，WANG He-fu，CHEN Jin-rong，LING Zhi-liang，CAO Yu-hua.Development of a Test Machine for IVECO Drive AxleJ. International Journal of Plant Engineering and Management,2007， (1).致谢为期三个月的毕业设计生活结束了，在本文即将完成之际，首先感谢我的指导老师王永梅老师，从选题到设计的展开到设计的完成，一直得到王老师的支持和鼓励，她敏锐的思维、严谨的治学态度使我受益非浅。通过这次毕业设计，使我将三年半来学到的知识进行了一次大总结，一次大检查，特别是机械设计、工程制图、机械原理CAE等基础知识，进行了一次彻底的复习，并且对汽车设计有了比较全面的深刻认识，达到了前所未有的高度，并锻炼了独立思考解决问题的能力。再次向王永梅老师表示衷心的感谢！在CAE实验室学软件时我也得到了王强老师的大力帮助使我在设计过程中克服了一定的困难在此也同样表示感谢，感谢王强老师对我ANSYS学习的指导，感谢汽车工程系所有老师和同学的帮助和勉励。师生之情，同窗之谊，终生难忘！感谢我的家人多年来对我无微不至的关怀、始终如一的支持，感谢他们对我的鼓励和生活上的诸多照顾，感谢他们督促我接受良好的教育。最后，向参加论文审阅、答辩的专家和老师表示感谢。附录附录A.Ansys分析静力分析桥壳数据流BATCH ! /COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 12:41:42 05/17/2011 !* ! SAVE, 1,db,E:lyx!* /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO !* ! /COM, ! /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:! /COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,SOLID92!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,1.5e11 MPDATA,PRXY,1,0.25 MSHAPE,1,3D MSHKEY,0!* CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 1 CM,_Y1,VOLU CHKMSH,VOLU CMSEL,S,_Y !* VMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* FINISH /SOLFLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,71 FITEM,2,85 !* /GO DA,P51X,ALL,0 FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,95 FITEM,2,98 /GO !* SFA,P51X,1,PRES,3938673.6 ! /STATUS,SOLUSOLVE ! SAVE, 2,db,E:lyxFINISH /POST1 ! PLDISP,2! /VIEW,1,-1 ! /ANG,1 ! /REP,FAST ! /VIEW,1,-1 ! /ANG,1 ! /REP,FAST ! /MREP,EPLOT !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, U,X, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, U,Z, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, U,SUM, 0,1.0! SAVE, 3,db,E:LYX!* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, S,X, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, S,Y, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, S,Z, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, S,EQV, 0,1.0!* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, EPTO,X, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, EPTO,Y, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, EPTO,Z, 0,1.0 !* ! /EFACET,1 ! PLNSOL, EPTO,EQV, 0,1.0 ! SAVE, 4,db,E:LYX! LGWRITE,1,lgw,E:L,COMMENT附录A.Ansys分析模态分析桥壳数据流/NOPR ! Suppress printing of UNDO process /PMACRO ! Echo following commands to log FINISH ! Make sure we are at BEGIN level /CLEAR,NOSTART ! Clear model since no SAVE found ! WE SUGGEST YOU REMOVE THIS LINE AND THE FOLLOWING STARTUP LINES /input,menust,tmp,1 /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3 /GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/AUX15 IOPTN,IGES,NODEFEAT !* IOPTN,MERGE,YES IOPTN,SOLID,YES IOPTN,SMALL,YES IOPTN,GTOLER, DEFA IGESIN,prt0018,igs,E:liuyuanxin VPLOT !* /TITLE,liuyuanxin /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /RGB,INDEX,100,100,100, 0 /RGB,INDEX, 80, 80, 80,13 /RGB,INDEX, 60, 60, 60,14 /RGB,INDEX, 0, 0, 0,15 /REPLOT !* /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO !* !* FINISH /PREP7 !* ET,1,SOLID92!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,1.5e11 MPDATA,PRXY,1,0.25 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7300 MSHAPE,1,3D MSHKEY,0!* CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 1 CM,_Y1,VOLU CHKMSH,VOLU CMSEL,S,_Y !* VMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* FINISH /SOL!* ANTYPE,2!* MSAVE,0 !* MODOPT,LANB,6 EQSLV,SPAR MXPAND,6, , ,0 LUMPM,0 PSTRES,0!* MODOPT,LANB,6,0,0, ,OFF FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,71 FITEM,2,85 !* /GO DA,P51X,ALL,0 /USER, 1 /VIEW, 1, 0.196241288013 , 0.208227469704 , 0.958191357579/ANG, 1, -2.90478594097 /REPLO /VIEW, 1, 0.387639808976 , 0.788243158480 , 0.477920601780/ANG, 1, 12.3088114484 /REPLO /VIEW, 1, 0.258864618257 , 0.507752727496 , 0.821691108103/ANG, 1, -2.54844967389 /REPLO /VIEW, 1, 0.647655065292 , 0.371478094051 , -0.665242017647/ANG, 1, 62.9935959353 /REPLO /VIEW, 1, -0.362319999367 , 0.374833270351 , -0.853360555391/ANG, 1, 90.7228564490 /REPLO /VIEW, 1, -0.418535693949 , 0.775004653576 , -0.473493040949/ANG, 1, 102.066123165 /REPLO FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,55 FITEM,2,-56 !* /GO DA,P51X,UX,0/VIEW, 1, -0.935266191288E-01, 0.966049804249 , 0.240833027685/ANG, 1, -145.002798604 /REPLO /VIEW, 1, -0.357606652347E-01, 0.777437288127 , 0.627943021182/ANG, 1, -128.656882216 /REPLO /VIEW, 1, 0.140766222319 , 0.419131002186 , 0.896947085206/ANG, 1, -120.722949773 /REPLO /VIEW, 1, 0.154103016419 , 0.708042139263 , 0.689150628933/ANG, 1, -117.993857113 /REPLO FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,55 FITEM,2,-56 !* /GO DA,P51X,UY,0!* OUTRES,ALL,ALL, /STATUS,SOLUSOLVE FINISH /PREP7 FINISH /POST1 SET,LISTSET,FIRST PLDISP,2/VIEW, 1, 0.108476479743 , 0.973275616709 , -0.202404118687/ANG, 1, 25.2680955275 /REPLO /VIEW, 1, 0.406761241413 , 0.339413997071 , -0.848141162234/ANG, 1, 30.2769344042 /REPLO /VIEW, 1, 0.279115686646 , -0.867134991171 , -0.412518291176/ANG, 1, 45.1310064652 /REPLO /VIEW, 1, -0.616108494067E-01, -0.984766604055 , 0.162600242231/ANG, 1, -147.139055774 /REPLO SET,NEXTPLDISP,2SET,LISTSET,FIRST PLDISP,2SET,NEXTPLDISP,2SET,NEXTPLDISP,2/VIEW, 1, -0.197905808064 , -0.554109474494 , 0.808576515495/ANG, 1, -152.569322422 /REPLO /VIEW, 1, -0.882047857854E-01, 0.233342157796 , 0.968385952583/ANG, 1, -153.928273657 /REPLO /VIEW, 1, 0.145049713925 , 0.987385603320 , 0.634842566807E-01/ANG, 1, -82.9369450556 /REPLO /VIEW, 1, 0.186869044090E-01, 0.624143169745 , -0.781086488978/ANG, 1, 29.0525213505 /REPLO /VIEW, 1, 0.405711781681 , 0.752578625758 , -0.518674620795/ANG, 1, 30.5182086890 /REPLO /VIEW, 1, -0.780384737213E-01, -0.718965267346 , -0.690651099303/ANG, 1, 28.4149062861 /REPLO /VIEW, 1, -0.215425610324 , 0.455325842177E-01, -0.975458143741/ANG, 1, 21.1652638590 /REPLO /VIEW, 1, -0.380526631947E-01, 0.213448902503 , -0.976212866564/ANG, 1, 18.5592084132 /REPLO /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,-1/ANG,1 /REP,FAST SET,NEXTPLDISP,2SET,NEXTPLDISP,2/VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST SET,NEXTPLDISP,2)/GOP ! Resume printing after UNDO process )! We suggest a save at this point 附录B.英文文献 There are many types of CAE technology, including the finite element method, boundary element method, finite difference method. Each method has its own application areas, of which the application of finite element method more and more areas, has been used in structural mechanics, structural dynamics, thermodynamics, fluid mechanics, circuit theory, electromagnetism and so on. ANSYS software is the financial structure, fluid, electric field, magnetic field, acoustic field analysis in one large-scale finite element analysis software. By the worlds largest finite element analysis software ANSYS, one of the United States developed it with most CAD software interface for data sharing and exchange, such as Pro / Engineer, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD, are modern Advanced CAE product design tools. ANSYS finite element package is a multi-purpose finite element method for computer design program, can be used to solve the structure, fluid, electricity, electromagnetic fields and collision issues. So it can be applied to the following industries: aerospace, automotive, biomedical, bridges, construction, electronics, heavy machinery, micro-electromechanical systems, sports equipment, etc. Finite Element Analysis (FEA， Finite Element Analysis) of the basic concept is to re-place the relatively simple problem to solve complex problems later. As it will solve the do-main is composed of many small-called finite element subdomain interconnection compone-nts，assuming that each unit of an appropriate (relatively simple) approximate solution， and then derived the general solution of the domain satisfy the conditions (such as balanced con-ditions)， thus the solution of the problem. This solution is not exact solutions，but appro-ximate solution， since the actual problem is relatively simple to replace the problem. Since most practical problems it is difficult to be accurate solution， while finite element is not only high accuracy but also to adapt to a variety of complex shapes， thereby becoming an effective means of engineering analysis. FEM together those who are able to express the actual domain for the discrete element. The concept of the finite element as early as several centuries ago and have been applied， for example， polygon (a finite number of straight-line unit) to get close to circle the cir-cumference of a circle， but as a way to be made， it is the most recent matter. Finite ele-ment method was originally known as the matrix approximation method， the structural strength of aircraft used in the calculation， and because of its convenience， practicality and effectiveness arising from research scientists to engage in mechanical interest. Through the efforts of just a few decades， with the rapid development of computer technology and the popularity of the finite element method in structural engineering from the intensity of the rapid analysis extended to almost all areas of science and technology， become a rich and colorful， practical and efficient application of a wide range of numerical analysis. Finite element method with other methods of solving the boundary value problem simil-ar to the fundamental difference is that the approximation of it is limited to relatively small sub-domain. 60 In the early 20th century structure was first proposed the concept of the finite element calculation of Clough (Clough)， Professor vividly describes as: The finite element method + = Rayleigh Ritz method piecewise function， that is， the finite element method is the Rayleigh Ritz method a localized situation. Different from the solution of (often difficult) to satisfy the boundary conditions of the definition of domain function to allow the Rayleigh Ritz method， finite element method will be defined in a simple function of geometry (such as two-dimensional problem of arbitrary quadrilateral or triangle) on the unit domain ( piecewise function)， the definition does not consider the whole domain of the complex boundary conditions， this is the finite element method is superior to other similar methods of one of the reasons why. Different physical properties and mathematical models of the problem， finite element method to solve the basic steps are the same， only the specific formula to solve a different derivation and computation. Finite Element Analysis of the basic steps are as follows: The first step: the definition of the problem and solution domain: In accordance with the actual problem solving domain approximation to determine the physical properties and geometry of the region. The second step: Solving domain discretization: The approximate solution of the domain with different size and shape of a limited and linked to each other unit， composed of a fin-ite number of discrete domains， the habit of division as the finite element network. Obvio-usly the smaller the unit (the finer t he network) is similar to the level of discrete domain， the better，the more accurate results， but the calculation of the volume and error will be larger，so to solve the discrete domain is the finite element method，one of the core tech-nology. The third step: to determine the state variables and control method: a specific physical problem can usually be handled by a group of state variables include the issue of boundary conditions that the differential equations for the finite element for solving differential equa-tions are usually translated into the functional equivalent forms of . Step four: unit derived: on the unit to construct a suitable approximate solution， that is derived out of the finite element type， including a reasonable choice of coordinate system units， the establishment of unit test function， to one way or another unit of the state va-riables given the discrete relations to form the unit matrix (the structure of said mechani-cal stiffness or flexibility matrix array). In order to ensure the convergence of problem solving， there are many principles de-rived units to follow. In terms of engineering applications， it is important to pay atten-tion to each unit of problem-solving performance and constraints. For example， the unit should be based on the rules for shape， and deformed not only low-precision， but also the risk of missing rank， will result in failure to solve. Step five: Solution assembly: assembly to form a discrete unit of the total domain matrix equation (Joint equations)， reflecting the approximate solution of the discrete domain the request domain， that is， the continuity of function modules to meet the conditions for cer-tain. Assembly unit in the adjacent node， the state variables and their derivatives (if possib-le) to establish continuity in the junction point. Sixth step: solving simultaneous equations and the results of the interpretation: the finite element method eventually lead to simultaneous equations. Simultaneous equations can be used to solve the direct method， the election law and the random generation method. Solv-ing a result， the state Department unit node approximation variables. The results for the quality and design guidelines will be provided to allow values to evaluate and de

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