越野车后驱动桥壳强度分析

从对越野车驱动桥壳的实体建模再到有限元分析阶段，得到了桥壳在四种工况下的应力分布情况和应力变形结果：最大铅垂力工况、最大牵引力工况、最大制动力工况、最大侧向力工况。

越野车驱动桥桥壳强度分析有限元分析

一、引言

随着社会主义经济建设的不断发展，我国的汽车业也在快速崛起，汽车行业是一个国家的综合技术水平的整体体现，它的发展能够带动数量相当巨大的相关行业同步发展，同时相关行业的发展也会促进汽车也不断的前进。正是因为汽车行业能够做到与其他产业息息相关的地步，所以汽车产业将会成为推动我国国民经济更加快速发展的支柱产业。

汽车的整体质量之中桥壳就占了很大一部分，路面颠簸所造成的强烈冲击会使桥壳内部的零部件产生激励，越是接近驱动桥壳的固有频率，这种激励就会越明显，这种激励所引起的震动会对整个车身的稳定性造成严重的威胁，达到共振时，驱动桥壳可能会由于达到疲劳极限造成疲劳折断，所以避免这种因激励所造成的共振对汽车的威胁是极其重要的。

二、驱动桥壳模型的建立

驱动桥壳的结构形式与驱动车轮的悬架结构密切相关。当车轮采用非独立悬挂时，采用的是非断开式驱动桥。整个驱动桥通过弹性悬架与车架相连，由于主减速壳与半轴套管是刚性连接的，两侧半轴和驱动车轮不可能在侧向平面内作相对运动,故非断开式桥壳又叫整体式驱动桥。

整体的建模思路，依次是：

1、进行特征的分解：分析零件的形状特点，然后把它隔离成几个主要的特征区域，接着对每个区域再进行粗线条分解，在脑子里形成一个总的建模思路以及一个粗略的特征图。同时要辨别出难点和容易出问题的地方。

2、基础特征——根特征设计：确立建模的起点。在选定好设计基准的基础上，通常情况下用草图而不是用体素特征（UG的体素特征有长方体、圆柱、圆锥、球）作为模型的根特征。

3、详细设计：先粗后细——先作粗略的形状，再逐步细化；先大后小——先作大尺寸形状，再完成局部的细化；先外后里——先作外表面形状，再细化内部形状。

4、细节设计：最后进行倒圆角、斜角、各类孔系，各类沟槽……UG软件功能十分强大，实现同一功能往往有多种途径和方法，可谓“条条大路通罗马”。不同的命令选择，虽然可能实现同一目的，其方法却有优劣之分，这就需要找出最合适的建模方法来。

三、各工况下桥壳的静强度分析

将UG NX4.0进行解算后进行后处理，就可以得到各工况下驱动桥壳的应力和变形的计算结果。铸钢的弹性模量为2.02E11/m2 ，泊松比为0.3，材料密度为7800kg/m3。

1、驱动桥壳所承受的最大垂向力工况。汽车后轴满载轴荷1600kg，按照2.5G动载荷加载到车桥上，垂直力平均施加到悬架支撑位置的各个节点，根据所给数据计算得到载荷为19600N，将驱动桥壳的两端进行固定约束后，进行载荷的添加，之后再进行后处理工作得到结果。步骤如图1所示。

通过位移云图看出驱动桥壳位于两侧车轮轮距部分基本上未发生变化，弹簧座处变化明显，桥壳中央处发生最大位移，最大位移量为0.278mm，根据国家标准，桥壳最大变形量不超过1.5mm/m，故满足国家标准。通过应力分布云图可知，图中红黄色区域的应力值较大，最大应力为111.2MPa，小于许用应力\[σ\]=475MPa。

2、最大牵引力工况计算。此工况下汽车满载，最大牵引力工况下的载荷计算主要考虑桥壳承受的垂向力和最大牵引力。根据所给数据计算得到该垂向力为15680N，最大牵引力为18123N，施加约束在桥壳两端，桥壳变形的和应力如图2所示。

通过位移云图可知，最大的位移形变量为0.278mm，位于桥壳中部,小于国标的1.5mm/m。由应力分布云图得知，应力最大处为138MPa，小于材料的许用应力\[σ\]=475MPa。由上图数据知，各项均满足使用要求。

3、最大制动力工况计算。在此工况下的载荷计算主要考虑桥壳承受的垂向力和最大制动力。在悬架支撑处各节点施加垂向力，在该处施加与汽车运动方向相反的最大制动力，根据所给数据计算得到该垂向力为15680N，最大制动力为6350N，最大的位移形变量为0.493mm，位于桥壳中部，小于国标的1.5mm/m。由应力分布云图得知，应力最大处为330.9MPa，小于材料的许用应力\[σ\]=475MPa，均满足要求。

4、最大侧向力工况计算。侧滑时的工况，驱动桥的全部载荷都由侧滑一侧的车轮承担。根据所给数据计算得到侧向力大小为15680N，在侧滑方向一侧车轮轮距处施加垂向力，在该处施加水平方向的最大侧向力，约束两侧悬架支撑位置。最大的位移形变量为0.226mm，位于桥壳中部，小于国标的1.5mm/m的要求。由应力分布云图得知，应力最大处为407MPa，小于材料的许用应力\[σ\]=475MPa，满足各项要求。由于该项最大应力的分析数据较为材料的需用应力，所以应该适当加厚最大应力处的厚度。

四、结论

本文主要对越野车的后驱动桥壳进行了静力学分析，利用UG4.0软件对驱动桥壳进行了三维实体模型的建立，并使用有限元分析软件NASTRAN对建模型进行了汽车四种常见工况下的强度分析。

参考文献：

[1]陈效华.基于有限元方法的微型汽车驱动桥结构分析.中国制造业信息化，2003，(4).

[2]赵兴玉.基于有限元方法的汽车驱动桥强度分析.中国制造业信息化，2003，(4).