驱动桥中桥CAE分析

车 安 三之告报析分构结壳桥桥凯

安凯BJ3251DLPJB-1型驱动桥桥壳有限元分析

合肥工业大学驱动桥桥壳结构分析项目组

2007年8月

安凯BJ3251DLPJB-1型驱动桥中桥壳有限元分析 (9GFTJG—中桥)

一、 概 述

驱动桥是汽车中的重要部件，应具有足够的强度和刚度，按照安凯车桥公司“车桥桥壳CAE分析任务书”的要求，考虑到任务书中车桥类型众多、计算工况多样的实际情况，按照“精确建模、准确约束、正确加载”的思想，经过认真讨论，仔细分析，确定了建模原则和受力约束等关键问题，根据9GFTJG—中桥桥壳结构型式建立有限元模型。按照所提供的AUTOCAD图纸，构建简化的车桥结构力学模型，在UG中首先建立桥壳几何模型，然后在HyperMesh软件中进行网格划分，最后将其导入到ANSYS有限元分析软件中加载和约束，完成有限元计算分析。

二、 驱动桥中桥壳有限元模型

UG中所建的桥壳几何模型见图2.1，划分完网格的有限元模型见图2.2，另外用加厚的局部板结构来模拟推力杆支架。建模和计算采用通常的车辆坐标系，即X轴平行于地面指向前方，Z轴垂直向上，Y轴由右手法则判定。

图2.1 驱动桥几何模型

图2.2 驱动桥有限元模型

三、驱动桥受力分析和荷载计算

驱动桥承受有车轮传来的路面反力和力矩，并经悬架传给车架。路面对驱动轮的作用

力主要有垂直反力、切向反力和侧向反力三种，使驱动桥在纵横两个平面内承受弯矩。按照驱动桥受力状况，其主要典型载荷工况有三种：

1.垂向载荷工况：按最大轴荷计算，另外考虑汽车通过不平路面的动载系数； ①、汽车满载工况：

满载时后驱动桥的受力分析如图1-1，图中 b表示为轮胎中心平面到板簧座之间的横向距离；B表示后驱动车轮轮距。 此时，后桥内、外车轮所承受的垂向负荷FZi、

FZo分别为：

FZi=FZo=

G21

=75920×9.8×=1.86×105 N 44

式中G2

为汽车满载静止于水平路面时后驱动桥的最大载荷。

图3.1满载时受力分析简图

②、冲击载荷作用工况

当汽车在不平路面上高速行驶时，后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。此时，后桥壳垂向负荷通常取为满载静止时所承载荷的2.5倍，即

FZi=FZo=

G21

×2.5=75920×9.8××2.5=4.65×105 N 44

2.纵向载荷工况：按牵引力或制动力最大计算；

①、最大牵引力行驶工况

汽车以最大牵引力行驶时,后驱动桥壳的受力分析如图1-2。为使计算简化，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。

图3.2 最大牵引时受力分析简图

此时, 后桥内、外车轮所承受的垂向负荷FZi、FZo分别为：

FZi=FZo=

G2m21

=75920×9.8××1.2=2.23×105 N

44

式中：G2——汽车满载静止于水平路面时后驱动桥的载荷；

m2——行驶时的桥负荷转移系数，通常取为1.2；

地面对外驱动车轮的最大切向反作用力Fx为

Fx=

TEi1i0η1160×12.42×5.73×0.9

==3.38×104 N

0.55×4rr

式中：TE——发动机最大转矩，N m；

i1——变速器一挡速比； i0——主减速器速比；

rr——轮胎滚动半径，m；

； η——传动系效率（由发动机至轮边）

②、紧急制动工况

汽车紧急制动时，可不考虑侧向力。图1-3为紧急制动时后驱动桥壳的受力分析简图。图中后桥内、外车轮所承受的垂向负荷FZi、FZo分别为：

FZi=FZo=

G2m′1

=75920×9.8××0.6=1.12×105 N 44

式中：G2——汽车满载静止于水平路面时后驱动桥的载荷；

m′——汽车紧急制动时的质量转移系数，通常取为0.6；

另外，水平方向的纵向力Fx为

Fx=

G275920×9.8m′ =×0.6×0.8=8.93×104 N 44

式中： ——轮胎与地面的纵向附着系数，计算时取 1=0.8；

图3.3 制动时受力分析简图

3.侧向载荷工况：按侧向力最大计算；

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。汽车向右侧滑时的受力分析如图1-4。图中，Fyi、Fyo分别表示地面对后驱动桥内、外驱动车轮的侧向反作用力；FZi、FZo分别表示侧滑时内、外驱动车轮的支承反力。

图3.4侧滑时受力示意图

当汽车处于侧滑状态时，汽车向右侧滑时的受力分析如图1-4所示，此时，地面给后桥内、外驱动车轮所承受的垂向力FZi、FZo分别为

hg11

Fzi=G2 G2=0.5×75920×9.8×0.1=0.37×105 N

22B

hg11

Fzo=G2+G2=0.5×75920×9.8×0.9=3.35×105 N

B22

式中： hg——汽车质心高度； B——后驱动车轮轮距

G2——汽车满载静止于水平路面时后驱动桥的载荷；

上式中地面给内、外驱动车轮的侧向反作用力Fyi、Fyo分别为: Fyi=

1

FZi=0.19×105 N 2

1

FZo=1.67×105 N 2

Fyo=

四、计算结果及分析

此次桥壳计算采用在轮轴处加载，在板簧处约束的方法，这样处理载荷比较准确，与在板簧处加载、在轮轴处约束的另一种方法等效。所有的变形图和应力分布图都可以从其彩色云图中清楚的观察到。各种工况下的计算结果表明最大应力基本出现在板簧坐内外两侧，具体结果见以下各应力分布图。另外排除约束点所造成的应力集中不影响对问题的分析。

3.1汽车满载工况

最大垂向位移为1.956mm。

图4.1 满载工况Z向变形图

桥壳的应力分布云图如图4.2～4.4

所示。

图4.2 满载工况下Mises等效应力图 图

4.3 满载工况第一主应力图

图4.4 满载工况下桥壳Mises等效应力图

3.2冲击载荷工况

最大垂向位移为4.967mm。

图4.5冲击载荷工况下变形图

桥壳的应力分布云图如图4.6～4.10

所示。

图4.6 冲击载荷工况下Mises等效应力图 图4.7 冲击载荷工况下σ

x应力云图

图4.8 冲击载荷工况下σy应力云图 图4.9 冲击载荷工况下σz应力云图

图4.10冲击载荷工况下桥壳Mises等效应力图

3.3最大牵引力作用工况

图4.11

最大牵引力工况下变形图

图4.12 最大牵引力工况下X向位移图 图4.13 最大牵引力工况下Z向位移图

桥壳的应力分布云图如图4.14～4.17

所示。

图

4.14 最大牵引力工况下全桥应力分布图

图4.15 最大牵引力工况下桥壳Mises

应力分布图

图4.16最大牵引力工况下桥壳σx应力分布图 图4.17最大牵引力工况下桥壳σz应力分布图

3.4 紧急制动工况

最大合成位移为0.528mm，X向最大位移为0.315mm，Z向最大位移为0.336mm。

图4.18紧急制动工况下变形图

图4.19紧急制动工况下X向位移图 图4.20紧急制动工况下Z向位移图

桥壳的应力分布云图如图4.21～4.24所示。桥壳最大196MPa，σz最大为85MPa, σx最大为

67MPa。

图4.21紧急制动工况下全桥应力分布图

图4.22紧急制动工况下桥壳Mises

应力分布图

图4.23紧急制动工况下桥壳σx应力分布图 图4.24紧急制动工况下桥壳σz应力分布图 3.5

侧向载荷工况

图4.25侧向载荷工况下变形图

图4.26

侧向载荷工况下全桥应力分布图

图4.27

侧向载荷工况下桥壳应力分布图

图4.28侧向载荷工况下桥壳σy应力分布图

五、分析结论

各工况下最大位移情况见表1，桥壳应力状态见表2。

表1

表2

安凯BJ3251DLPJB-1型驱动桥桥壳按最大轴荷考虑，在各种工况下的最大应力如表2所列。满载工况下，桥壳应力尚处在许可范围之内，满足材料强度和结构刚度要求。但一旦超载并且处在冲击等工况下，桥壳极易发生屈服现象，对桥壳结构非常不利。从各工况安全系数可以看出，桥壳并无太多的安全储备，尤其是在长期交变应力状态下，这是在设计和使用桥壳中应注意的问题。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f0z1.html