【《云马城市客车YM6853驱动桥的建模及有限元分析案例》4100字（论文）】

云马城市客车YM6853驱动桥的建模及有限元分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u18495云马城市客车YM6853驱动桥的建模及有限元分析案例 110539第1章驱动桥的建模 2317881.1驱动桥桥壳的建模 247491.1.1驱动桥各部件的建模 238901.1.2驱动桥壳总成的装配设计 7205071.2驱动桥半轴的建模 9179901.3主减速器螺旋锥齿轮的建模 10247691.4差速器行星齿轮的建模 11254181.5本章小结 1219192第2章基于ANSYSWorkbench的有限元分析 13221462.1ANSYS分析流程 13314472.2驱动桥桥壳的有限元分析 13196912.2.1创建分析项目 1375902.2.2模型材料的定义 1425622.2.3几何模型的导入 14202122.2.4连接关系定义 15125382.2.5有限元模型的网格划分 16193342.2.5静态工况的计算 171192.2.6不平路面上冲击载荷工况计算 17165372.2.7最大牵引力工况计算 18238752.2.8最大侧向力工况计算 20169682.3驱动桥差速器行星齿轮的有限元分析 21111672.3.1模型材料的定义 2125852.3.2几何模型的导入 22133362.3.3有限元模型的网格划分 22263682.3.4差速器行星齿轮的ANSYS分析 23307322.8本章小结 24第1章驱动桥的建模1.1驱动桥桥壳的建模1.1.1驱动桥各部件的建模本文使用CATIA中的零件设计模块进行桥壳各个零件的数模绘制。1、半轴管套的建模图5-1半轴管套图5-2半轴管套圆环部分草图图5-3半轴管套方环部分草图图5-4半轴管套圆环部分拉伸图5-5多截面曲面图5-6半轴管套曲面加厚曲面14mm完成半轴管套建模；2、钢板弹簧座的建模图5-7钢板弹簧座图5-8钢板弹簧座草图定义凸台16mm；图5-9钢板弹簧座支架草图通过镜像、拉伸完成钢板弹簧座建模；3、链接环的建模图5-10链接环作内径340mm外径424mm的圆并拉伸10mm完成建模；4、上桥壳的建模图5-11上桥壳图5-12上桥壳侧面草图图5-13上桥壳正面草图图5-14上桥壳修剪图1图5-15上桥壳修剪图2图5-15上桥壳修剪图3然后通过凹槽、镜像等完成建模。1.1.2驱动桥壳总成的装配设计本设计用CATIA装配模块完成各零件的设计建模，考虑各零件的约束关系，完成单个建模后，再将产品合成整体。本文城市客车桥壳设计的时候主要使用的约束工具栏和移动工具栏。用约束工具栏定义接触约束、角度约束、同轴约束、固联约束等。使用移动命令可以快速的实现零部件的旋转平移。图5-16驱动桥壳装配总图图5-17驱动桥壳装配总图爆炸图

1.2驱动桥半轴的建模驱动桥半轴建模需要在CATIA草图上根据各参数画出半轴的草图，将草图旋转得到半轴模型，在半轴模型上进行倒角、打孔、挖花键槽完成驱动桥半轴的最终建模。图5-18驱动桥半轴的建模图5-19半轴的参数图5-20半轴大断面的孔的创建

1.3主减速器螺旋锥齿轮的建模图5-21螺旋锥齿轮三维图的等轴侧视图图5-22螺旋锥齿轮三维图的上视图1.4差速器行星齿轮的建模图5-23差速器行星齿轮图5-24行星齿轮草图图5-25行星齿轮齿的建模1.5本章小结本章运用CATIA软件完成城市客车驱动桥的设计和装配，运用前面得出的数据，利用截图详细阐述了驱动桥各部分的设计过程，具体数值，将驱动桥各部件完美地展现出来。

第2章基于ANSYSWorkbench的有限元分析2.1ANSYS分析流程ANSYS分析流程如图（1—6）：图6-1有限元分析流程2.2驱动桥桥壳的有限元分析2.2.1创建分析项目本文主要进行城市客车车桥壳结构有限元分析与优化设计。要创建分析系统，展开工具箱中的“标准分析”文件夹，然后将分析类型对象“template”拖到项目原理图上。分析系统显示为单元的垂直阵列（示意图），其中每个单元表示分析系统的一个组件。通过右键单击单元格并选择编辑选项来寻址每个单元格。要创建包含要添加到现有系统中的数据传输的分析系统，请将表示上游分析的对象模板直接拖动到现有系统原理图上，这样红色的框将包围将在系统之间共享数据的单元格。上键单击后，将显示两个示意图，其中包括一个互连链接和一个关于哪些单元共享数据的数字名称。本文在ANSYSWorkbench工作区中选择StaticStructural，然后拖至Projectschematic区域中，完成分析项目的创建。图6-2项目原理图本文分析时取桥壳尾段进行分析，其分析方法与工况均与整车分析相同，由于分析量减小，这样可以得到令人满意的网格，从而可获得令人满意的分析结果。2.2.2模型材料的定义ANSYS拥有材料属性定义功能。驱动桥桥壳材料16Mn。其基本属性详见下表6-1。表6-1StructuralSteel材料属性参数名称数值杨氏模量（N/㎡）2.12X10泊松比0.30密度（Kg/m37850在Projectschematic双击A2栏的EngineeringData处双击，进入工程数据管理模块。空白处右键选择EngineeringDataSourcse切换至EngineeringDataSourcse选项栏，在选项栏中选择Generalmaterials，然后在弹出的outlineofGeneralmaterials窗口B列单击“+”号，完成材料属性的定义。2.2.3几何模型的导入模型导入前，需对模型进行简化处理。模型简化的主要目的是提高计算速度和精度.本文在导入ANSYS前使用相关三维软件对模型进行了简化。将零部件的非关键位置的小孔和槽删去，用圆孔代替螺纹孔，用直角代替圆角及倒角。本文将薄板零部件、梁等零部件提取外表面完成简化模型。 本文将几何模型保存为.stp格式。在项目栏Geometry处右键选择ImportGeometry然后单击Browse，选择几何模型的.stp文件。图6-3几何文件的导入然后在项目栏Geometry处右键，弹出对话框处左键单击EditGeometryinDesignmodeler进入DesignModeler模块。在DesignModeler模块中须要进行单位定义，本文选择长度单位为mm，角度单位为度。单击Generate命令，生成几何模型。随即完成了几何模型的导入工作。图6-4桥壳导入ANSYS模型2.2.4连接关系定义本文设计的桥壳以焊接方式连接。AYSYS中可用接触关系来简化实际的焊接关系。在模型树connection处右键插入contact，然后右键插入manualcontactregion，将边线定义为contactbodies，将面定义为targetbodies。接触类型选择接触绑定（bonded），符合焊缝连接的物理属性。2.2.5有限元模型的网格划分模型导入后，返回Projectschematic，双击A4栏的model，进入mechanical模块，进行桥壳网格划分。选择物理参考（physicalpreference）为机械（mechanical）。ANSYS按网格划分方法可分为：自动划分法、扫描划分法、多区域划分法。将网格划分为六面体网格。本文采用六面体网格划分方式。全局网格单元大小为10mm；网格划分后详见下图。图6-5桥壳总成网格划分图6-6网格质量2.2.5静态工况的计算由第四章可知本文对车桥壳进行静态强度分析，分析时考虑：不平路面上、最大牵引力或者制动时、最大侧向力的三种工况。2.2.6不平路面上冲击载荷工况计算当汽车高速行驶于不平路面上时，桥壳除承受在静载荷状态下的那部分载荷外，还承受附加的冲击载荷由4.2.2节可知右边钢板弹簧座上的载荷为ZL=Z图6-7不平路面的冲击载荷工况边界条件由图（6-8）可知，桥壳在不平路面上工况下的应力为137.07Mpa。第四强度理论认为：引起材料屈服主要因素是畸变能，而且，不论材料处于何种应力状态，只要畸变能密度达到材料单向拉伸屈服时的畸变能密度，即材料发生屈服。第四强度理论的强度条件为：12查16Mn规格表可知，桥壳材料的屈服强度为345MPa，弯曲工况下的应力小于屈服强度，满足强度要求。查总变形量图（TotalDeformation）可知桥壳最大变形量为0.18mm。变形量较小，满足要求。图6-8不平路面上冲击载荷工况的等效应力仿真结果图6-9不平路面上冲击载荷工况的应力仿真结果2.2.7最大牵引力工况计算对比4.2.3节和4.2.4节的计算结果，取汽车以最大牵引力行驶时的切向力为计算结果为最大切向力工况计算载荷。在进行汽车以最大牵引力行驶时桥壳强度计算计算时忽略汽车侧向力。此时作用在左右驱动轮上除有垂向反力外，还有切向反力。在板簧坐处施加Z1L=Z1R=19075N的垂向力，在板簧座处施加；图6-10最大牵引力工况边界条件由图（6—11）可以看出，最大应力出现在半轴套管处，这与实际情况相吻合。最大牵引力工况工况最大应力为33.72MPa。小于材料屈服强度σs图6-11最大牵引力工况的等效应力仿真结果图6-12最大牵引力工况的最大位移仿真结果有图6-12可以看出桥壳在最大牵引力工况下的最大变形发生在桥壳中段，最大变形量为0.0524mm。说明桥壳具有足够刚度即刚度也满足强度要求。2.2.8最大侧向力工况计算当车辆满载、高速转弯时，则会产生一个相当大的且作用于汽车质心处的离心力。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，则汽车处于临界状态，此时没有纵向力。此时一个车轮离开地面，后桥垂直载荷全部作用在另一面车轮上，其危险断面在轮毂轴承附近。对于全浮式，在桥壳两端的半轴套管上，各装着一对轮毂轴承，他们布置在车轮垂向反作用力作用线的两侧。由4.2.5可知：此时为侧Z2R=64680N；则Y2R=51744N。载荷均有右侧车轮承担，左侧车轮Z2l图6-13最大侧向力工况边界条件由图（6-13）可以看出，最大应力为92.58MPa。远小于材料屈服强度σs图6-14最大侧向力工况的最大位移仿真结果图6-15最大侧向力工况的最大位移仿真结果2.3驱动桥差速器行星齿轮的有限元分析2.3.1模型材料的定义ANSYS拥有材料属性定义功能。驱动桥桥壳材料20CrMn。其基本属性详见下表6-2。表6-2StructuralSteel材料属性参数名称数值杨氏模量（N/㎡）2.07X10泊松比0.25密度（Kg/m37800在Projectschematic双击A2栏的EngineeringData处双击，进入工程数据管理模块。空白处右键选择EngineeringDataSourcse切换至EngineeringDataSourcse选项栏，在选项栏中选择Generalmaterials，然后在弹出的outlineofGeneralmaterials窗口B列单击“+”号，完成材料属性的定义。2.3.2几何模型的导入模型导入前，需对模型进行简化处理。模型简化的主要目的是提高计算速度和精度.本文在导入ANSYS前使用相关三维软件对模型进行了简化。 本文将几何模型保存为.stp格式。在项目栏Geometry处右键选择ImportGeometry然后单击Browse，选择几何模型的.stp文件。图6-16几何文件的导入然后在项目栏Geometry处右键，弹出对话框处左键单击EditGeometryinDesignmodeler进入DesignModeler模块。在DesignModeler模块中须要进行单位定义，本文选择长度单位为mm，角度单位为度。单击Generate命令，生成几何模型。随即完成了几何模型的导入工作。2.3.3有限元模型的网格划分模型导入后，返回Projectschematic，双击A4栏的model，进入mechanical模块，进行桥壳网格划分。选择物理参考（physicalpreference）为机械（mechanical）。ANSYS按网格划分方法可分为：自动划分法、扫描划分法、多区域划分法。将网格划分为六面体网格。如图6-17所示。网格质量合格。图6-17行星齿