汽车驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析
汽车驱动桥壳的有限元分析和设计方法综述
汽车驱动桥壳的有限元分析和设计方法综述作者：支景锋来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第11期摘要：驱动桥是为车辆运行提供动力和承载力的主要构件，其桥壳的设计和质量的优劣将影响车辆的安全性和实用性。
本文介绍了汽车驱动桥壳有限元分析的方法，对模型建立、静力学分析、疲劳寿命分析等关键环节进行了阐述，并据此介绍了轻量化设计的方法，提出了汽车驱动桥壳的设计要求和提高桥壳寿命的有效措施。
关键词：驱动桥壳；有限元；ANSYS；分析；设计1 汽车驱动桥壳的有限元模型建立有限元法是一种在工程分析中常用的方法，驱动桥桥壳结构是一个极为复杂的结构，在实际结构的基础上有效地建立简化而正确的有限元模型，是保证有限元分析准确的首要条件。
通常，在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限元前处理模型的建立。
由于汽车驱动桥桥壳结构形状较为复杂，包含许多复杂曲面，而一般有限元软件所提供的几何建模工具功能相当有限，难以快速方便地对其建模。
因此，针对较复杂的结构，采用三维CAD软件如UG、SolidWorks、ProE等中建立几何模型，然后在有限元分析软件ANSYS Workbench 中通过输入接口读入实体模型，进而在ANSYS Workbench 中完成前处理等过程。
2 汽车驱动桥壳的静力学分析2.1 最大垂向力工况车辆满载在不平整路面快速行驶时，驱动桥壳同时承受垂向载荷和冲击载荷，此时的桥壳犹如一个简支梁，桥壳通过半轴套管轴承支于轮毂上，半轴套管的支撑点位于车轮的中心线上，垂直载荷取2.5倍满载轴荷，载荷施加在两个钢板弹簧座上，根据软件得到的变形图、应力图分析桥壳是否满足强度和刚度要求。
2.2 最大牵引力工况此工况为汽车满载以最大牵引力作直线行驶时的工况，不考虑侧向力。
此时左右驱动轮除作用有垂向反力外，还作用有地面对驱动车轮的最大切向反作用力。
此時需要得出最大牵引力的计算公式并根据公式进行计算处理。
2.3 最大制动力工况驱动桥壳承受垂向力、制动力和制动力在两板簧座位置引起的转矩。
轿车后桥结构强度与模态分析
郑松 林 卢 蕾蕾 冯金 芝 郑钻 玺 王 有涛
（ 上海理工 大学 机械工程学 院汽车研究所 ， 上海
徐 洪 慧
２０ ９ ） ０ ０ ３
【 摘要】 根据某轿车 扭杆梁式后桥的实际结构， ｙｅ ｏ ｓ 在Ｈｐｒ ｒ 软件平台 ｗｋ 上对该后桥进行了有限元建模。
【 关键词】 后桥
轿车
模态分析
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ －５ ４ ２ １ ．４ ０ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ７４ ５ ． ０ １ ０ ． ６ ｓ
部 件力 学 性 能 ， 供优 化 Ｆ Ａ模 型 ， Ｃ Ｄ 设计 提 Ｅ 供 Ａ
０ 引 言
在汽 车底 盘 设 计 中 ， 桥 设 计 很 关 键 。 由 于 后
ｃ ｌｔ ｄ Ｉ ｒ ｖｄ ｓ ａ ｍｐ ｒａ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｕ ｔ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｎｔｏ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ ｉ ｈ ｏ ｙ ｕ ａｅ ． ｔｐ ｏ ｉｅ ｎ ｉ ｏ ｔｎｔｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｆｒｆ ｒｈ ｒ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｒ ． ｕ
后 桥 零部 件 受 力 比较 复 杂 且 相 互 关 联 ， 概 念 设 在
参考。
１ 有 限 元模 型 建 立
为 了进 行 强 度 分 析 ， 先 要 建 立 几 何 模 型 。 首 为此 ， 于 Ｃ ＴＡ Ｖ 基 Ａ Ｉ ５建 立 了 后 桥 的 三 维模 型 ， 如
计 完成 后 ， 通过 Ｃ Ｅ仿 真 分 析 ， 以快 速 、 面 了 Ａ 可 全 解 后桥 各零 部 件 受 力 和 相 互 影 响 情 况 ， 指 导 优 并 化 设计 ， 以保证后 桥 零 部 件 具有 足 够 的强度 ， 时 同 满 足结 构要 求 。本文 基 于某 款 轿 车后 桥 自主 开 发
汽车驱动桥壳的有限元分析和优化
分 析和试验验证结果表 明， 优化后桥壳轻量化效果 明显 ， 应力与变形符合要求 。
关 键 词 ： 动桥 壳 ； 力分析 ； 态分 析 ； 劳 寿命 ； 驱 静 模 疲 优化 Ｆ Ａｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ Ｏｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｈ ｃ ｅ Ｄｒｖ ｌ ｕ ｉ ｇ Ｅ ａ ｙ ｉ ｎ ｔｍｉａ ｉ ｆ Ｖｅ ｉｌ ｉ ｅ Ａｘ ｅ Ｈｏ ｓｎ ｏ
ｄ ｓｒｂ ｉ ｎ ｆｓｒ ｓ ｎ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｂ ｔｔｃ ａ ａｙ ｉ ｎ ｅ ｈｅ ｍａ ｉ ｍ ｅ ｔｃ ｌ ｌａ ｉ ｇ ｃ ｎ ｉ ｉｔｉ ｕｔ ｓ ｏ ｔｅ ｓ ａ ｄ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｙ ｓａｉ ｎ ｌ ｓｓ ｕ ｄ ｒ ｔ ｘ ｍｕ ｖ ｒｉａ ｏ ｄ ｎ ｏ ｄ — ｏ
ｔｏ ｉｎ． １ ｔｔ ｔ ｔ ｒ ｌｆｅ ｕ ｎ ｉ ｓ ａｅ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｈ ｏ ｇ ｄ ｌａ ａｙ ｉ． Ｔｈ ａｉｕｅ ｌｆ ｎ ａｅｙ ｆｃ ｏ ｆｔ ｅ ｏ ５ ｈ ｎａｕ ａ ｒ ｑ ｅ ｃｅ ｒ ｅｅ ｍ ｎ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｍｏ ａ ｎ ｌ ｓｓ ｓ ｅ ｆｔｇ ｉ ａ ｄ ｓ ｆ ｔ ａ ｔｒ ｏ ｈ ｅ
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Ｌｉ Ｗ ｅ ，Ｘｕ ｍ ｉ ，ＬｉＰｉ ，Ｄｕ ｕ ｉ ｅ Ｋｅ ｎ ｎｇ Ｃｈａ ｃ ｎ ＆ Ｔａ ｙ ｎｇ ｈｕ ｎｇ Ｚｉ ｕ
汽车驱动桥壳有限元分析与轻量化设计
量化为 日标 的优化 ，并通过有限元分 析和试验对结果进行验证 ； 刚度裕量较大部位的厚度减薄 ，同时兼顾桥壳薄弱部分的强度和
文献［４１以驱 动桥 壳的总体 积为 目标 ，以强度性 能为约束 条件进行 刚 度 。
结构优 化 ，实 现了桥壳轻量 化 ，使 得应力分 布更均匀 、结 构更合
本驱动桥壳为整体铸 钢式 桥壳 ，桥壳 的主要参数为 ：满载轴
ＦＥ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｒｉｖｅ Ａｘｌｅ Ｈｏｕｓｉｎｇ
Ｗ ＡＮＧ Ｋａｉ—ｓｏｎｇ ，ＸＵ Ｗ ｅｎ－ｃｈａｏ ，Ｗ ＡＮＧ Ｙｕ－ｃｈｅｎ （１．Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｈｕｉ Ｈｕａｉｎａｎ ２３２００１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＡｎＨｕｉ Ａｎｋａｉ ＦｕＴｉａｎ ＳｈｕＧｕａｎｇ Ａｘｌｅ．，Ｌｔｄ．，Ａｎｈｕｉ Ｈｅｆｅｉ ２３００５ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏＪ ｔｈｅ ｒｅａ ｒ ｄｒｗｅ ａｘｌｅ ｈｏｕｓｉｎｇ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆｓｔｒｅｓｓ，１ ｓｔ ｔＯ ５ ｔｈ ｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ａｎｄｆａｔｉｇｕｅ ｚ ｃｌｏｕｄ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｄｒｉｖｅ ａｘ ｌｅ ｈｏｕｓｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ．Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａ ｔ ｄｒｉｖｅ ａ ｘｌｅ ｈｏｕｓｉｎｇ ｈａ ｓ ａ ｌａ ｒｇｅ ｌｎａ ｒｇｉｎ ｉｎ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ａｒｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｇｏａ ｌ ｏ ｆ ｍｉｎｉｍｕｍ ｍａ ｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａ ｉｎｔ ｏ ｆ ｓｔｒｅｎｇ ｔｈ＜ｒｏｄ ｄｅＪｂｒｍａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｇｏａｌ －ｄｒｉｖｅｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ，ｏｐｔｉｍｉｚａ ｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ： ｔｈｅ ａｘｌｅ ｈｏｕｓｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔ ｈａｓ ｆａ ｌｌｅｎ ｔＯ ２１９．１５ｋｇｆｒｏｍ ２３７．１８ｋｇ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ７．６％．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ａｘｌｅ ｈｏｕｓｉｎｇ ｏｎ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ａｎｄｆａｔｉｇｕｅ ｌｉ ｆｅ ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａ ｔｉｏｎ ｏｆ
商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析
商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析
阎树田;王剑;孙会伟;徐明辉
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2012(000)008
【摘要】根据汽车振动及有限元理论,建立驱动桥壳动态分析的力学模型.利用UG 建立某型商用车驱动桥壳三维几何实体模型,并将该模型与ANSYS Workbench进行协同仿真,对桥壳进行强度分析,以及在自由状态和预应力状态2种条件下的模态分析,并对结构进行改进优化.其计算结果可为商用车驱动桥壳的结构设计,优化和轻量化以及疲劳寿命预测提供理论依据,具有重要意义.
【总页数】3页(P14-16)
【作者】阎树田;王剑;孙会伟;徐明辉
【作者单位】兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050
【正文语种】中文
【中图分类】U463.2
【相关文献】
1.基于ANSYS重型商用车驱动桥壳有限元分析 [J], 姜武华;李强
2.基于ANSYS Workbench的商用车驱动桥壳结构强度分析 [J], 覃正海;刘小焦;
吴帆
3.基于Hyper Mesh的商用车驱动桥壳有限元分析 [J], 朱轶
4.商用车驱动桥壳的有限元分析 [J], 黎水平;黄小花
5.商用车驱动桥壳体模态仿真与试验方法研究 [J], 李旭伟;王恩鹏;杨东绩
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汽车驱动桥壳的有限元法分析及提高强度措施
Ｋｅ ｒ ｓ：ａ ｔｍｏｉｅｄｉｅａｌ ｏ ｓ ｇ ｎ ｙｉ ； ａ ｓｓ ｙ ｗｏ ｄ ｕｏ ｔ ｒｖ ｘｅｈ ｕ ｉ ；ａ ａ ｓｓ ｍｅ ｕｅ ｖ ｎ ｌ
１ 汽 车驱 动桥概述 ｊ
汽 车结 构 中 车桥 是 驱 动 桥 和 从 动桥 的统 称 。汽
解” 。将实体建模、 系统组装、 限元 前后 处理 有限 有 元求解和系统动态分析等集成一体 ， 最大限度地满足 工程设计分析的需要 ， 能高效准确地建立分析构件的 三维实体模型 ， 自动生成有 限元 网格 ， 立相应 的约 建 束及载荷工况 ， 自动进行有 限元求解 ， 并 对模 态分析 计算 结果 进行 图形 显示 和结 果输 出 ， 对结 构 的动 态 特
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｕｏ ｔ ｅ ｄ ｉｅ ａ ｌ ｓ ｔｅ ｍａｎ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｈ ｃ ｕ ｐｉｓ ｐ ｗ ｒａ ｄ ｃ ｒｙｎ ａ ａ ｉ ｈ ｎ ｖ ｈｃ ｅ ｉ ｉ ｐ ｒ － ｔｍｏｉ ｒ ｘ ｅｉ ｈ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｉｈ ｓ ｐ ｌ ｏ ｅ ｎ ａｒ ｉ ｇ ｃ ｐ ｃ ｔ ｗ ｅ ｅ ｉｌ ｎ ｏ ｅ ａ ｖ ｖ ｗ ｅ ｙ ｓ
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基于ansys的汽车驱动桥壳有限元分析
基于ansys的汽车驱动桥壳有限元分析摘要：建立了基于 ANSYS 的汽车驱动桥壳的参数化有限元模型，在最大垂向力工况下对桥壳进行静力分析，得到桥壳的应力和位移分布规律。
对桥壳进行模态分析，得到桥壳1至6 阶固有振动频率。
最后采用目标驱动优化方法对桥壳进行以轻量化为目标的优化。
有限元分析和试验验证结果表明，优化后桥壳轻量化效果明显，应力与变形符合要求。
关键词：驱动桥壳；静力分析；模态分析；疲劳寿命；优化前言汽车轻量化是实现节能减排的重要手段和方法，汽车轻量化实质上是零部件轻量化。
一方面节约原材料，降低生产成本；另一方面降低燃油消耗，减少排放。
目前国内对汽车零部件的设计已经从主要依靠经验逐渐发展到应用有限元方法进行强度计算和分析阶段。
只有结构优化方法能够解决汽车生产过程中的高性能、低成本与轻量化的矛盾。
驱动桥壳是汽车的主要承载件和传力件，作为主减速器、差速器和半轴的装配基体，并将载荷传给车轮。
作用在驱动车轮上的牵引力、制动力和横向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上的。
因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。
本文中采用有限元法对威铃轻型货车后驱动桥壳（假定为整体成形桥壳，非冲焊桥壳，忽略焊接的影响）在最大垂向力工况下进行强度刚度校核，模态分析，在此基础上进行疲劳寿命预测，找出驱动桥壳的潜在危险位置。
在保证满足桥壳强度刚度的条件下，对桥壳进行优化，实现桥壳轻量化。
最后对轻量化的结果进行模拟验证，从而确定了较合理的设计方案，由此提高了产品性能，节省了材料，提高了驱动桥壳的设计水平，减少了实际试验研究的费用和时间，为企业对桥壳改进和新产品开发提供理论指导。
1 最大垂向力工况静力分析对4. 5t 江淮威铃轻型货车桥壳进行静力分析，桥壳尺寸参数如下：壁厚8mm，轮距1600mm，板簧距890mm。
在ANSYS DesignModeler中建立参数化模型（壁厚为设计变量），在保证有限元分析精度的条件下，忽略一些无关紧要的结构，如放油孔、加油孔和螺栓孔等，保留对有限元分析有影响的部分，如凸包、固定环、轴头和钢板弹簧座等，建立实体模型；导入ANSYS Workbench后划分网格（无需定义单元类型），施加载荷和约束，求解后得到桥壳的mises应力分布云图和等效位移分布云图。
基于ANSYS的载重货车驱动桥壳的有限元分析
程，得出了驱动桥壳在 四种典型工况下的应力分布 和变 形结果 。计算 证 明 ， 该桥 壳满 足强度 要求 ， 以 可
认 为 它在汽 车各种 行驶 条件下 是可 靠 的。在 此基 础 上 ，可 以应 用 Ａ Ｓ Ｓ的优 化模 块 对 其进 行 结 构 优 ＮＹ
图 １ 驱 动 桥桥 壳几 何 模 型
３ 驱 动 桥 桥 壳 有 限元模 型 的建 立
将 在 Ｃ ＴＡ建立 的驱 动桥 壳 的三维 模 型 ， 存 ＡＩ 另
为 ｍｏｅ 格 式文 件 ， 后导 人 到 Ａ Ｓ Ｓ中 ， 择 Ｔ ｔ ｄｌ 然 ＮＹ 选 ｅ
化 ，能大大 提高材 料 的利用率 ，且 应力 分 布更加 合
理。 实验表 明该方 法能 大大缩 短 生产周期 ， 于产 品 对 的开发 和改进 具有非 常重 要 的意义 。本 文将对 解 放
— —
地 面对驱 动车 轮的制 动力 ， 大制动 力大小 为 ： 最
Ｂ＝ Ｇｍ ’ ／ ‘２ Ｄ
式中
Ｂ —— 地 面对驱 动车轮 的最 大制动力 Ｇ —— 汽 车满载静 止于水 平路 面时驱 动桥 给
地面 的载荷 ， ７ ８ ０ 为 ８８Ｎ
图 ２ 驱 动桥 桥 壳有 限 元模 型
以及有 限元 法 的飞速发 展为 驱动桥 壳结构 性 能 的计 算分析 带来 了新 的革命 。 驱 动桥壳 是汽 车 的重要 承载件 和传力 件 ，非 断
开式驱 动桥壳 支 承汽车 重量 ， 将 载荷传 给车 轮 。 并 作 用在驱 动 车轮 上 的牵 引力 、 动力 、 向力 、 向力 制 侧 垂 也是经 过桥壳 传到悬 挂及 车架 或车 厢上 。 因此 ， 动 驱
中的地方 。所 建实体 模 型如 图 １ 示 。 所