某货车驱动桥壳设计及有限元分析

1、某型号重卡驱动桥壳有限元分析报告第一章 驱动壳不同工况受力分析1.1汽车参数该驱动桥壳为解放某型牵引车用驱动桥壳，采用冲焊式桥壳。整车参数如下：表1 该车型整车参数车型整车质量牵引车25吨发动机型号锡柴CA6DM2-42E51额定功率312kW最大扭矩1900Nm最大马力420马力变速箱型号CA12TAX210M速比（12挡）12.189，9.419，7.348，5.784，4.475，3.502，2.724，2.105，1.642,1.293，1，0.783R1：11.846，R2：2.647后桥吨位13吨速比4.111轮胎型号10.00R20制动力矩整桥38000Nm轮距B1800mm板簧

2、中心距S960mm1.2工况确定货车在实际的行驶过程中，车桥承载着车身的所有载荷，桥壳通过钢板弹簧座与悬架相连接，通过主减速器及传动系与发动机相连接。同时桥壳还要受到路面的随机激励并传递给悬架系统，以及发动机、传动系的振动激励，工况十分复杂。驱动桥壳在汽车行驶过程中受为情况也比较复杂，典型工况主要有起步、路面不平、刹车制动及转弯等工况，受力主要可概括为：切向力、垂向力、侧向力等。对驱动桥壳的静力分析，重点考虑下四种主要工况：）汽车在最大垂向力工况下桥壳的静力分析；）汽车在最牵引大力工况下桥壳的静力分析；）汽车在最大制动力工况下桥壳的静力分析；驱动桥壳的强度、刚度等要求，只要在上述典型工况下均满

3、足，就认为该桥壳在各种行驶条件下时基本可以满足使用要求。1.3不同工况受力分析1）最大垂向力工况下受力分析车辆满载工况下，根据计算公式，计算出车辆在满载静止工况下，桥壳钢板弹簧座上的垂向力为：Fz=G22-gwG2为汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，G2=127400N；gw为车轮（包括轮毂、制动器等）的重力；由于gw远远小于G22，且校核计算时不易估计准确，无数据时可忽略。Fz=1274002=63700N当汽车满载以较高速度直线匀速行驶时，车轮与路面接触，冲击载荷通过车轮传到汽车桥壳上，在此工况下垂向力最大。在最大垂向力工况下驱动桥壳所承载的垂向冲击载荷为：Fzmax=KdFzK

4、d为动载系数，对于货车通常取2.5.Fzmax=2.563700=159250N2）最大牵引力工况下受力分析车辆最大牵引力时，作用在左右驱动车轮上除了有垂向反力，还有切向反力。通过对桥壳受力分析，车辆最大牵引力时，桥壳钢板弹簧座处在垂直方向上承受车架对桥壳的垂向作用力，水平方向由于驱动轮与地面的切向作用力，形成水平方向的弯矩。最大牵引力下，地面对驱动轮的最大切向反力为：Pmax=TemaxiTLTrr（5.4）Temax为发动机最大转矩，Temax=1900Nm；iTL为车辆传动系统最大传动比时效率，iTL=12.1894.111=50.109；T为传动系效率，取T=0.85；rr为车轮滚动半

5、径，rr=0.512m。发动机最大转矩时，地面对驱动轮的最大驱动力Pmax为：Pmax=190050.1090.850.512=158059N此时，由于汽车在最大牵引力工况下，由于惯性作用，此时驱动桥的垂向力取Fz2为：Fz2=K1FzK1为车辆加速时质量转移系数，货车一般去1.1-1.3，此处取1.1.Fz2=76440N3）最大制动力工况下受力分析最大制动力工况下，按照制动器的制动能力校核。垂向力力计算如下：FZ3=K1FzK2车辆制动时质量转移系数，对于后桥驱动货车，K2可以估算取0.750.95；Fz3=0.963700=50960N整桥的最大制动力矩为Tb=38000Nm，根据轮胎滚

6、动半径，最大制动力时桥壳水平力为：Fb=Tb2rr=37109.38N第二章 桥壳强度有限元分析Workbench是ANSYS公司的新一代协同仿真环境，具有客户化、集成化和参数化的特点。除了具备ANSYS具备的分析功能外，与各大CAD软件实现了很好地衔接。并且支持嵌入CAD软件，实现同步处理。2.1分析前处理Workbench是ANSYS公司的新一代协同仿真环境，具有客户化、集成化和参数化的特点。除了具备ANSYS具备的分析功能外，与各大CAD软件实现了很好地衔接。并且支持嵌入CAD软件，实现同步处理。2.2分析前处理经过三维软件建模，得到桥壳三维模型，将文件直接装换为STP格式，导入到ANS

7、YS Workbench软件中，进行有限元分析，在DesignModeler平台上生成桥壳实体。减少了不必要的重复建模，使有限元分析与CAD软件实现了无缝衔接。如图2.1，文件导入到Workbench后，在DesignModeler平台上生成桥壳实体。图2.1 DesignModeler平台上生成桥壳实体选择Static Structural(ANSYS)项目，进行静力学分析。根据前述设计，桥壳材料选择铸钢材料，根据材料参数，在EngineerData中修改材料属性。将材料密度修改为7850kg/m3，工作温度改为20，杨氏模量改为2.111011Pa,泊松比改为0.34，更新数据，返回工程分

8、析。图2.2 EngineerData中修改材料属性然后Mechanical中进行划分网格。采用四面体自动进行网格划分。网格划分控制，网格单元尺寸自动选择，最后根据计算机性能调整网格密度，最小的圆角倒角处自动加密网格。在Smoothing栏选择High，设置为网格平滑度为高度， Span Angle Center栏选择Fine，设置跨度中心角为3612，使网格划分能够平滑过渡。网格划分后如图2.3所示。图2.3 Mechanica中划分网格根据桥壳实际的约束关系，各工况约束如下表所示：表2 桥壳各工况约束工况约束载荷最大垂向力工况约束桥壳左侧轮毂轴承处XYZ平动自由度以及沿X轴转动约束右侧轮毂

9、轴承处YZ平动自由度以及沿X轴转动在钢板弹簧座上表面施加垂向力FY1=FY2=79625N最大牵引力工况约束桥壳左侧板簧座处XYZ平动自由度以及沿X轴转动。约束右侧板簧座处YZ平动自由度以及沿X轴转动在钢板弹簧座上表面施加垂向力FY1=FY2=-38220 N；在钢板弹簧座上表面施加水平力FZ1=FZ2= -79029.5 N。最大制动力工况约束桥壳左侧板簧座处XYZ平动自由度以及沿X轴转动。约束右侧板簧座处YZ平动自由度以及沿X轴转动在钢板弹簧座上表面施加垂向力FY1=FY2=-25480 N；在钢板弹簧座上表面施加水平力FZ1=FZ2= 37109.38N。桥壳载荷根据上述桥壳受力分析，在

10、桥壳轴头及板簧座处加载。2.3 各工况分析处理前处理完成后，对满载工况、路面冲击载荷工况、最大牵引力工况、最大制动力工况等工况分别施加不同的载荷，进行各工况分析求解。1）最大垂向力工况结果加载求解后，最大垂向力工况结果如下：图2.4 桥壳最大垂向力应力云图图2.5 桥壳最大垂位移应力云图图2.4中，桥壳的最大应力发生在右侧钢板弹簧座内侧焊缝处，此处由于未考虑焊缝致使连接根部应力集中造成的。桥壳本体母材上最大应力为445.28MPa，母材选择Q460材料，最大应力仍在许用应力460MPa以下，母材不会发生塑性变形，强度满足要求。图2.5中，桥壳的最大变形发生桥壳中部，最大变形量为4.8mm.2）最大牵引力工况结果最大牵引力工况结果工况加载求解后，分析结果如下：图2.6 桥壳最大牵引力应力云图图2.7 桥壳最大牵引力位移云图图2.6，桥壳的最大应力发生在桥壳中部主减月牙缺口处，最大应力857MPa。主减速器安装座圈材料选择40Cr材料，屈服极限930MPa，因此强度满足要求。图2.7中，桥壳的最大变形发生桥壳轴头处，最大变形量为7.6mm。3）最大制动力工况结果最大制动力工