某叉车驱动桥壳有限元分析
驱动桥壳瞬态动力学与疲劳寿命的有限元分析
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｈ ｒ ｎｓｅ ｔ ｄ ｎａ ｉｓ ａ ａ ｙｓｓｏｆｄ ｉ ｅ ａ ｌ ｕｓｎｇ ｉ ｂｔ ｉ ｄ ｂ ｉ ｇ ｔ ｅ ｔａ ｉ ｎ ｙ ｍ ｃ ｎ ｌ ｉ ｒｖ ｘ ｅｈｏ ｉ ｓ ｏ ａ ｎｅ ｙ ｕｓｎ ｈｅ ｆｎｉｅ ｅ ｅ ｅ ｔｍ ｅ ｈｏ ｂ ｈｉｈ ｔ ｉ ｅ ｒ ｓ ｏｎ ｅ ｖａ ｕ ｓ ｏｆｄｉｐｌｃ ｍ ｅ ａ ｎａ ｉ ｉ ｔ ｌ ｍ ｎ ｔ ｄ， ｙ ｗ ｃ ｈｅ ｔｍ ｅ ｐ ｓ ｌ ｅ ｓ ａ ｅ ｎｔ ｎｄ ｄｙ ｍ ｃ ｓ ｒ ｓ ｆｄｒｖ ｘ ｅ ｈ ｓｎｇ ａ ｐｌｅ ｉｈ ｔ ｅ ｆ ｎｃ ｉ ｎ ｌ ａ ｉ ｒ ｔ ｉ ｅ ． Ｔ ｈ ａ ｉ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｉ ｅ ａ ｌ ｏｕ ｉ ｐ ｉｄ ｗ ｔ ｈ ｕ ｔｏ ｏ ｄ ｎｇ ａ ｅ ｏｂ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｔｇｕ
ｌｆ ｆ ｄ ｉ ｅ ａ ｌ ｕｓｎ ｓ ｏ ａ ｎｅ ｙ ｕｓｎ ｈ ｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ｅ ｈｏ ｃ ｏ ｄｉ ｇ ｔ ｈ ｉｅ ｏ ｒｖ ｘ ｅｈｏ ｉ ｇ ｉ ｂｔ ｉ ｄ ｂ ｉ ｇ ｔ ｅ ｆｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍ ｔ ｄ ａ ｃ ｒ ｎ ｏ ｔ ｅ
摘 要 ：采 用有 限元 法 对 某驱 动桥 壳进 行 瞬 态动 力 学分 析 ， 出 了驱 动桥 壳在 函数 栽荷 得
作 用 下 的 位 移 与 动 应 力一 间 响 应 值 ； 据 驱 动 桥 壳 的 动 应 力 分 析 结 果 ， 用 有 分析 ， 到 了桥 壳整 体 的疲 劳寿命分 布 ， 危 险部位 主要分 布 于板 得 其
（． 岛科 技 大 学 机 电工 程 学 院 ， １青 山东 青 岛 ２ ６ ６ ；． 车 青 岛 四方 机 车 车 辆 股 份 有 限 公 司 技 术 中 心 ， 东 青 岛 ２ ６０ ６０１２南 山 ６００ ３一 汽解 放 青 岛 汽 车 厂 研 发 部 ， ． 山东 青 岛 ２ ６ ４ ；． 而固 （ 岛 ） 动 控 制 有 限 公 司 研 发 部 ， 东 青 岛 ２ ６０ ） ６０３４隔 青 振 山 ６ １８
基于参数化设计的驱动桥壳有限元分析系统设计(精)
基于参数化设计的驱动桥壳有限元分析系统设计一、前言驱动桥壳是安装主减速器、差速器、半轴、轮毂和悬架的基础件，主要作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等零部件。
它和从动桥一起承受汽车质量，使左、右驱动车轮的轴相对位置固定，汽车行驶时，承受驱动轮传来的各种反力、作用力和力矩，并通过悬架传给车架。
桥壳可被视为一空心横梁，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弹簧上的载荷，而沿左右轮胎的中心线，地面给轮胎以反力(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。
由于其形状复杂、应力计算困难，又要求具有足够的强度和刚度，传统设计方法不免有很多局限性。
本文以某系列整体式桥壳为例，利用软件的二次开发功能便捷实现桥壳在某特定工况下的设计与分析。
二、桥壳参数化的基本内容1.设计目标以冲击载荷工况为例，由于桥壳在承受最大铅垂力时，危险断面出现在钢板弹簧座附近，因此以桥壳的轮距(方断面长、圆断面长)和断面(高度、厚度)为参数化设计目标。
此时的弯曲应力为(1)式中，G是汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷;B是驱动车轮轮距;s 是驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离;kd是动载荷系数，对载货汽车取2.5;Wv是桥壳在危险断面处的垂向弯曲截面系数，如表所示。
表钢板弹簧座附近的断面形状及截面系数2.参数化的基本方法桥壳参数化采用的是建立零件的参数化数字模型，通过修改关键尺寸参数的方法实现新零件模型建立和设计。
首先在Pro/ENGINEER中建立驱动桥壳三维模型(如图1所示)，提取钢板弹簧座附近方形断面和圆形断面的尺寸变量，利用Visual Basic语言将用户输入的界面信息传递给相应的变量，然后驱动再生进程，进行修改设计。
图2为Visual Basic设计的桥壳参数化界面。
三、参数化的程序实现方法1.软件支持和设计思想Automation Gate way for Pro/ENGINEER Wildfire是基于Microsoft的ActiveX技术开发而成的，它允许Pro/ ENGINEER直接集成任何支持ActiveX的应用软件。
驱动桥壳有限元结构分析
第1章绪论驱动桥壳是汽车的主要零件之一，作为主减速器、差速器和半轴的装配基体，它是汽车的主要承载件和传力件，支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。
在实际行使中，作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、横向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或者车厢上的。
同时，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。
因此，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，提高汽车行驶平顺性和舒适性。
1.1国内外研究现状过去工程师在对简单机械结构进行分析时，都要进行一系列的简化与假设，再采用材料力学、弹性力学或塑性力学的理论进行分析。
随着工业技术的迅速发展，有越来越多的复杂结构，包括复杂的几何形状、复杂的受力状态等问题需要去分析研究，而在工程实际中，这些复杂的问题往往不能求出它们的解析解。
[1]要解决这些问题通常有两种途径：一是试验法，通过提出一定假设，回避一些难点，对复杂问题进行简化，使之成为能够处理的问题[2]。
然而，由于太多的简化和假设，通常会导致极不准确甚至错误的解答。
因此，另一种行之有效的途径就是尽可能保留问题的实际状况，寻求近似的数值解。
而在众多的数值方法中，有限元分析法因其突出的优点而被广泛地应用。
经过半个多世纪的实践，有限元法已从弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题；从静力问题扩展到动力问题、稳定问题和波动问题；从线性问题扩展到非线性问题；从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学等其他连续介质领域；从单一物理场计算扩展到多物理场的耦合计算[4]。
它经历了从低级到高级、从简单到复杂的发展过程，目前已成为工程计算最有效的方法之一。
2001年，重庆大学的褚志刚等学者对某后桥壳进行了静强度分析计算，结果表明该后桥壳静态分析的应力分布合理，在实际破坏区域内的静态应力很小，但分析结果与该车在实际道路试验中的破坏不相吻合。
通过模态分析发现，其前九阶频率与路面谱频率范围重合，模态振型尤以后背盖与上下壳体的焊接处、半轴套管内端直径渐变处、上壳体倒圆处的变形较大；当桥壳和弹簧系统在垂直激励作用下时，即通过动态响应分析法，找出桥壳上的动应力集中区，确认破坏的确切位置，与实际情况相吻合。
驱动桥壳有限元分析
驱动桥壳有限元分析汽车驱动桥壳的功用是支承并保护主减速器，差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定，并且支承车架及其上的各总成质量。
1 驱动桥壳设计要求在设计选用驱动桥壳时，要满足以下设计要求：（1）应该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汽车行驶的平顺性。
（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。
2 驱动桥壳类型确定和材料选择驱动桥壳通常分为整体式桥壳、分段式桥壳，前者强度和钢度较大，便于主减速的装配、调整和维修。
普遍用于各类汽车上；多段式桥壳较整体式易于铸造，加工简便，但维修保养不便，汽车较少采用。
本设计选用整体式桥壳。
后桥壳体为整体铸造，半轴套管从两端压入桥壳中。
后桥壳前部和主减速器连接，后部为可拆式后盖，后桥壳上装有通气塞。
图1 驱动桥壳结构尺寸本设计中的驱动桥壳总长为1800mm，簧板距为970mm，桥壳厚度为8mm，选用材料为可锻铸铁，牌号为KT350-10，弹性模量为，泊松比为0.23，密度为，抗拉强度为350Mpa，屈服强度为200Mpa。
这种材料有着较高的强度、塑性和冲击韧度，可用于承受较高的冲击，振动及扭转载荷下工作的零件。
3 对驱动桥壳进行有限元分析ABAQUS是一套功能强大的有限元分析软件，特别是在非线性分析领域，其技术和特点更是突出，它融结构、流体、传热学、声学、电学及热固耦合、流固耦合等于一体，由于其功能强大，再加上其操作界面人性化，越来越受到人们的欢迎。
在对桥壳进行有限元分析，首先将CATIA软件设计的驱动桥壳模型导入ABAQUS软件中，并将上述材料属性添加到模型。
图2 将模型导入ABAQUS并赋予属性由于本设计的桥壳为整体式桥壳，整体式桥壳与轮辋在凸缘盘外侧位置通过轴承相连接，因此可以将此处位置的约束看成全自由度约束。
农用车驱动桥壳的有限元分析与结构改进
重要 的 圆孔ｌ ＿ ２ ］ 。然后பைடு நூலகம்分别对 桥壳 本体 和半轴 套 管进 行
网格 划 分 ， 最终划 分 网格 单元 为 ９ ５ ０ ６ ５个 ， 节 点 为 ３ ０ ５ ２ ７ 个， 简化 后 桥 壳 的有 限元 模 型如 图 １所 示 。对
郭 冬 青 ，张翠 平 ，姚 晓博 ，肖帅 ，张鹏 超 ．农 用 车 驱 动桥 壳 的有 限 元 分 析 与 结 构 改进 ［ Ｊ ］ ．中 国农 机 化 学报 ，２ ０ １ ５ ， ３ ６ （ ５ ） ：１ ９ ８ ～２ ０ ２
Ｇｕ ｏ Ｄｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ，Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｃｕ ｉ ｐ ｉ ｎ ｇ，Ｙａ ｏ Ｘｉ ａ ｏｂ ｏ，Ｘｉ ａ ｏ Ｓ ｈｕ ａ ｉ ，Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｐｅ ｎ ｇｃ ｈ ａ ｏ ．Ｆｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ｏ ｆ ａ ｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ
第 ３ ６ 卷 第 ５ 期 ２ ０ １ ５年 ９月
中 国 农 机化 学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｖｏ １ ． ３ ６ Ｎｏ ． ５
Ｓｅ ｐ ． ２ ０ｌ ５
０ 引言
驱动桥壳 是底 盘最 重要 的承载 部件口 ］ ， 作为 主减 速
器及轮边减速器 的装配基体 ， 在使用过程 中承受不同程 度
和 不 同 工况 的交 变 载 荷 ， 因此 极 易 产 生微 观 裂 纹 并 进一 步 扩 展形 成 宏 观 裂 纹 。Ｓ Ｙ ５ ８ １ ５ — ２ Ｎ 型 某 品 牌 农 用 低 速 货 车
基于workbench的叉车车架有限元分析
基于workbench的叉车车架有限元分析当今，叉车逐渐成为物流行业提高效率的重要依据。
在维护和改进叉车运行性能方面，工程师一直使用有限元分析来更好地了解叉车的力学行为。
有限元分析是一种可以评估复杂几何形状的结构的有效方法。
它可以分析考虑应变和强度的复杂力学结构，以了解结构受歪曲和失效的情况。
MSC-Workbench是现在有限元分析技术使用最广泛的软件。
它可以通过先进的数值计算，计算和评估受力和失效的结构，因此能够有效地应用于分析叉车架结构以及对叉车车架进行设计优化。
本文将介绍如何使用MSC-Workbench来分析叉车车架结构的结构力学性能。
首先，将分析叉车架的几何模型，并建立各部件之间的加载情况。
其次，在MSC-Workbench中进行有限元分析，通过添加约束条件和加载情况确定模型的分析模式。
然后，针对叉车架进行静力学分析，以判断叉车架是否能够承受预期的负载，平衡各种力，以及支持正确的负载。
在动力学分析中，可以得到叉车架的反应分析和动态行为分析，以确定叉车架的稳定性和可靠性。
最后，可以使用MSC-Workbench的优化设计功能对叉车架进行设计优化，以提高叉车的运行性能。
总之，MSC-Workbench的有限元分析是一种强大的技术，可以有效地分析叉车车架的力学性能。
它可以帮助工程师以有限的时间和资源来识别可能存在的问题，同时节省开发成本。
因此，使用
MSC-Workbench技术来分析叉车车架是工程师们提高叉车运行性能的
有效途径。
基于虚拟样机技术的叉车转向桥桥体有限元分析
力学仿真分析和 Ansys Workbench 动态特性分析，为设 计提供必要的数据和理论支撑。
1 力学分析及模型建立
1.1 转向桥体力学模型分析 以某公司设计的某型号叉车转向桥作为物理样机模
型，基于虚拟样机技术对叉车转向桥桥体进行分析，为 该产品的安全性和可靠性设计提供依据。首先完成对转 向桥的三维建模，图 1 为叉车转向桥的结构示意图， 图 2 为叉车转向桥桥体的三维模型。
Keywords: steering axle body; virtual prototype; multibody dynamics; finite element analysis; harmonic response analysis
0 引言
叉车是目前应用广泛的移动式装卸及物流搬运工业 车辆，其转向灵活、转弯半径小、机动性能好的特点深 受市场青睐。通常叉车结构为前桥驱动、后桥转向，后 桥即转向桥承受整个叉车后部的主要重力，同时承受行 驶过程中道路引起的振动和冲击。因此，转向桥体是叉 车正常使用的一个重要安全零部件 [1]。对于转向桥体的 设计，传统方法大都采用经验设计，根据静强度计算分 析桥体强度，对于动载荷一般采用理论计算乘以动载荷 系数转化为静载荷计算，很难得到满意结果 [2]。本文基 于虚拟样机技术对某型号转向桥桥体进行 ADAMS 多体动
面作用在车轮上的垂直向上的力 F 1、F 2，转弯侧滑时作 用在左右轮上的横向力 T 1、T 2。对转向桥体进行强度分 析时，可按下列两种工况进行 CAE 有限元分析。叉车在
Байду номын сангаас
空载时后桥所受重力最大。
1）最大垂直力工况
叉车空载行驶在道路上时，应考虑道路的不平度、
轮胎的弹性、行驶速度和相关动载荷系数等，有
驱动后桥设计中的有限元分析设计
驱动后桥设计中的有限元分析设计作者：唐咸能来源：《科技资讯》 2013年第15期唐咸能(方盛车桥(柳州)有限公司广西柳州 545006)摘要:在我国,高速发展的经济水平驱动下,汽车行业也随之进入一个新的时期,卡车和客车的在人们生活中的需求量也逐渐加大,在卡车性能方面也有了更高的要求,这种情况下,传统的卡车驱动后桥设计对目前汽车设计所需已经远远不能满足。
因为驱动后桥在汽车中,属于其重要的传动件及承载件,同时也是保证车辆能够安全驾驶的关键零部件,所以,驱动后桥的性能与使用寿命对车辆的使用期限有直接性的影响。
由此可见,驱动后桥必须要有足够的刚度、疲劳耐久度以及强度。
关键词:驱动后桥客车卡车有限元分析设计车辆使用寿命中图分类号:U44 文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)05(c)-0113-02汽车的后桥驱动是主要的汽车承载构件,它最主要的用途是对汽车的质量进行支撑,同时也对车轮对路面的反力予以承受,然后由悬架向车身进行传输。
此外后桥驱动也是装配差速器、以及半轴的车辆基体部件。
因此,后桥驱动必须要有良好的质量和足够大的刚度和硬度,这样有利于车辆主要减速器的调整与拆装。
此外,由于后桥壳的质量与尺寸相对来说都很大,所以在对其制造的时候就比较困难,所以,驱动后桥的结构模型在达到使用要求满足的同时,要尽量的方便对其制造。
车辆的驱动后桥壳主要有分段式、整体式以及组合式三大类桥壳。
而其桥壳整体的刚度与强度都非常大,而且方便减速器的维修、装配及调整,所以,后桥驱动被广泛应用于各种车辆当中。
高速发展的经济水平驱动下,汽车行业也随之进入一个新的时期,卡车和客车的在人们生活中的需求量也逐渐加大,在卡车性能方面也有了更高的要求,这种情况下,传统的卡车驱动后桥设计对目前汽车设计所需已经远远不能满足。
因为驱动后桥在汽车中,属于其重要的传动件及承载件,同时也是保证车辆能够安全驾驶的关键零部件,所以,驱动后桥的性能与使用寿命对车辆的使用期限有直接性的影响。
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在保证机罩开启角 度不 变的情况下 ， 将
机罩上 气 弹 簧 的铰 接 位 置 前 移 和下 移 ， 并 把
要 焊 接 到 车架 。其 中 扣 锁 支 架 具 有 导 向斜 面， 易 于扣锁 。扣锁 总成 主 要包 括 转 轴 、 安装
机架上气弹簧 的铰接位置后移 和上移 ， 这样 可减小气弹簧与水平方向的夹角 ， 使原 ｌ ８ 。 的 水平夹角变为 ｌ ２ 。 （ 见图 ２ ） ， 气弹簧 向上 的分
元模 拟 ［ Ｊ ］ ． 南京 林 业 大 学学报 ２ ０ ０ ４ （ ７ ） ： ４ ７—
５ 华． 有限 元分析 的基 本 方法 及工
程应用［ Ｍ］ ． 化 学工业 出版社 ， ２ ０ ０ ６
［ ３ ］ 熊诗 波， 黄 长 艺． 机械 工程 测试技 术基础 ［ Ｍ ］ ．
叉 车 技 术 囡 日
３ ． １ 优化 变 换气 弹簧位 置 柄 组成 。具体 优化 方 法 ： 在 机罩 左 外 侧开 孔 ，
＼ 、 安 装扣锁 和扣 锁 手 柄 ， 扣 锁 支架 按 照装 配 需
● ● ● ● ● ● ， ● ● ， ． ● ， ● ●
生 向上 的分力 ， 顶起 机 罩 ， 扣 锁 手 柄在 弹簧 拉 力 的作 用下 回位 ； 当需 要 关 闭机 罩 时 ， 用 力 下 压 机罩 ， 扣 锁 装 置 通 过 导 向斜 面 与扣 锁 支 架 接 触并 固定 。该 扣 锁 机 构 操 作 简 单 方 便 ， 结 构 合理 ， 便 于维护 。
力减 少近 ３ ０ ％ 。经 改进 后 ， 开 启 时 气 弹 簧 向 上 的分 力 就 和 机 罩 的重 力 相 差 不 大 ， 开 启 时
自然 省力很 多 。 ３ ． ２ 优 化开 启装 置
座、 手柄轴 、 弹簧、 扣锁板 、 限位板组成。扣锁 手柄采用不易损坏的高强树脂材料。 机罩通过铰链 与驾驶棚横 梁连接 ， 当需 要 开启 机罩 时 ， 开启 扣 锁 手 柄 ， 由于气 弹 簧产
（ 上接 第 ９页） 误 差在 ５ ％左 右 ， 表 明建 立 的 有 限元 模 型是精 准 的 ， 分析 结果 较为 可靠 。 ４ ． ３ 通过 驱 动桥 桥 壳 的有 限元 分 析 ， 可 以很 方便 地知 道 桥壳各 点 应力 分 布 的情 况 及 最 大 应力 点 的位 置 ， 并 可 模 拟 其 垂 直 弯 曲静 强 度
将 开启 装置 由拉 索式 改 为 扣锁 式 。这 种 开启装 置 只 要 轻 轻 扳 一 下 把 手 ， 机 罩 就 打 开 了 。这 种 开启装 置 由扣 锁支 架 、 扣锁 、 扣 锁 手
１ 、 拉扣支架
２ 、 弹簧
３ 、 扣锁板 ４ 、 转轴 ５ 、 限位板
图 ３ 扣锁 总成
４ 结束语
优化后 的机 罩 开启 机构 在 叉 车 上进 行 了 试验 ， 效果 非常理 想 ， 稍 加 用 力 向 外 扳 动 把 手， 机 罩就 能轻 易快 速 打 开 ， 并 且 气 弹 簧不 容
易失效 ， 解决 了叉 车机 罩开启难 的问题。此
机 构优 化叉 车 的 内 部 空 间 ， 机 罩 的 开 闭简 单 方便 ， 易 于维 护 。 目前 这 种 机 构 已普 遍 推 广 应用 到我厂 各系列 叉 车上 。
版） ， ２ ０ Ｏ ３ （ １ ） ： ５ Ｏ 一５ ３ ．
第三版 ， 机械工业 出版社 ， ２ ０ ０ ６
疲劳台架试验 ， 为进一步预估产 品的疲劳 寿
命做 好准 备 。
参 考文献
［ １ ］ 郑 燕萍 ， 羊玢 ． 汽 车驱 动桥 壳 台架 试验 的 有 限
［ ４ ］ 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 ［ Ｊ ］ ． 东北大学学报 （ 自 然科学