汽车驱动桥桥壳的有限元分析
基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计-开题报告
学生姓名 指导教师姓名
系部 职称
汽车与交通工程学 院
讲师
从事 专业
专业、班级 车辆工程 是否外聘 □是■否
题目名称
基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计
一、 课题研究现状、选题目的和意义 1、 研究现状 近些年来，随着中重型货车在国际车市上凸显强劲的增长势头和市场占有率，随 Nhomakorabea中重型货车市
场的发展，作为四大总成之一的车桥也飞速的发展起来，所以国内外都对车桥行业投入了大量的人力 物力，国内市场过去，商用车整车企业的发展战略是车身必须自制，发动机立足或争取自制，而车桥 则一般采用社会资源。然而，随着近年商用车市场，特别是中、重型卡车市场竞争的加剧，为了在核 心总成上不受制于人，国内一汽、中国重汽等主要商用车企业要么投巨资、重兵布局发展自己的车桥 业务；要么积极主动与有关大型车桥生产企业建立长期战略联盟，以确保自己稳定的零部件供应。国 外市场，作为目前顶级的欧洲品牌的车桥代表了当今世界最高的设计水平，如戴姆勒－克莱斯勒公司 20 世纪90 年代末期开发的全新重型卡车ACTROS 系列VOLVO的FM FH系和SCANIA的第5代(4系列G级)， 代表着技术变革的前沿MAN 的重型卡车TGA五十铃F系列等都代表着目前世界最高水平载货车车桥设 计水平。
2、选题目的和意义 中型货车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳是中型货车重要的承载件和传力件。驱动桥壳 支承汽车重量，并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向也是经过桥 壳传到悬挂及车架或车厢上⋯。因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。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， 提高汽车行驶的平顺性和舒适性。其作用主要有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱 动车轮的轴向相对位置固定；同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮 传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小，并便于 主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式应在满足使用要 求的前提下应尽可能便于制造，驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥 壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用于各类汽车上。但是 由于其形状复杂，因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论，驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看 成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值，然后考虑一个安全系数来确定 工作应力，这种设计方法有很多局限性。因此近年来，许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行 了计算和分析。 在我国传统的设计方式中以手工绘图或采用 AutoCAD 绘制二维平面图，做出成品进行试验为主， 无法满足快速设计的需求，造成产品开发周期长、设计成本高。利用 ANSYS 软件对桥壳进行分析校核， 能够大大提高设计的效率和质量，为中型货车的研发缩短了宝贵的时间。
宽体矿用自卸车驱动后桥桥壳有限元分析
宽体矿用自卸车驱动后桥桥壳有限元分析摘要：为了解决宽体矿用自卸车驱动后桥桥壳在使用破话失效问题，研究宽体矿用自卸车驱动后桥桥壳在典型工况下整体应力、变形分布情况，发现驱动桥桥壳存在的较大安全裕度，为后续针对桥壳结构的优化提供一定指导意见。
关键词：宽体矿用自卸车桥壳有限元随着国民经济的快速发展，矿区开采任务不断增加，宽体矿用自卸车研究与应用已成为工程机械研究的前沿与热点之一，此外随着使用者对宽体矿用自卸车构造布局、操作控制能力认识的不断提高，宽体矿用自卸车驱动后桥桥壳作为宽体矿用自卸车的一个关键结构部件，由于工作环境恶劣，承载压力总量较高；由于行驶路况多变，承载压力时变性强，所以驱动后桥桥壳承载特性引起企业越来越广泛的关注。
1 模型分析计算1.1 有限元简化宽体矿用自卸车驱动后桥模型简化基本原则：去不必要的圆角；略去工艺结构；略去用于装配的小孔，这些结构对桥壳的局部强度影响不大；对模型非危险区域模型特征进行几何清理。
1.2 垂直载荷工况驱动后桥有限元载荷和约束边界条件为：加载：力点为板簧上表面，在板簧座上施加400000×3.0=1.2×106 N，此时动载系数为3.0。
约束：支点为轮距的相应点（辅助夹具下表面），将夹具左(图1）面A面固定，右下表面B面约束其Z方向位移为0，X和Y方向为自由状态。
宽体矿用自卸车驱动后桥桥壳应力变形分析：本桥壳在满轴载荷状态下单位轮距范围内变形量最大值为0.458 mm。
桥壳的材料为：ZG40Cr，由JB/T6402-1992可知：ZG40Cr屈服极限Reh最小值为345 MPa，抗拉强度Rm最小值为630 MPa，由上述应力和变形分析计算得知：桥壳应力最大值大小为348.59 MPa。
桥壳上应力大于345 MPa的体积极小，主要集中在板簧孔口处，根据将材料调质到HB230～270，材料最小屈服极限将达到480 MPa，这时将满足工程实际需求。
1.3 紧急制动工况驱动后桥有限元载荷和约束边界条件为：加载：力点为板簧上表面，在板簧座上施加400000×3.0=1.2×106 N，（按动载3倍计算）。
汽车驱动桥NVH性能分析与优化
汽车驱动桥NVH性能分析与优化摘要：为实现汽车驱动桥NVH性能的分析与优化，本文中建立了驱动桥NVH性能分析与优化流程及方法，对分析过程中所应用的有限元、振动响应、声学仿真和拓扑优化等方法进行了综合研究，恰当地选取了分析方法、计算方法、分析软件。
然后，以某车在60～65km/h加速行驶工况出现噪声大的问题为例进行分析与优化。
最后，对优化后驱动桥进行整车NVH测试，验证了所建立的分析流程及方法的有效性。
关键词: 汽车驱动桥；有限元分析；振动响应；声学仿真分析；NVH测试前言(3)后驱动桥是汽车底盘传动系统的重要组成部分，同时也是主要噪声源之一，它的NVH性能对整车NVH性能有直接影响。
学者对后驱动桥NVH性能的分析与优化开展了大量研究。
虽然研究对汽车驱动桥NVH性能分析与优化做了很多工作，取得许多成果，但仍然存在一些不足。
1 驱动桥 NVH 性能系统分析流程模态分析对后驱动桥进行模态分析，目的是得到各阶模态频率，来确认其是否与其他激励源产生共振。
前期研究结果表明，后桥噪声主要是主减速器齿轮啮合冲击通过轴承传至后桥壳产生振动引起的辐射噪声，差速器在普通工况下一般不起作用，本文中主要是对后桥壳进行模态分析。
1.1 有限元建模采用 UG 软件系统建模，网格划分过程中，主减速器壳选取四面体单元划分，单元质量主要控制参数如表1所示，最后给各个部件赋相应的厚度和材料属性，如表2所示。
将模型导入ansys workbench软件，得到有限元模型。
2 振动响应分析振动响应分析的目的是确定响应较大部位，以实现后续精准优化。
频率响应分析是指结构对某载荷(可以是冲击载荷，也可能是一频率在一定范围内的载荷)的响应。
根据驱动桥噪声机理，以及驱动桥NVH性能分析需要，在进行频率响应分析前，需要先计算其轴承的载荷。
使用模态分析结果，计算桥壳振动响应，求解已知1～2000 Hz频段的所有结果。
将频率范围设成1～2000Hz。
选择模态叠加法来进行分析，ANSYS workbench求解，得到结果。
某商用车驱动桥壳纵向受力分析
轻型汽车技术2019（3）技术纵横13某商用车驱动桥壳纵向受力分析宋怀兰龙晓康黄春花王志清蔡峰（南京依维柯汽车有限公司）摘要：本文以某商用车驱动桥壳为研究对象，借鉴国际先进纵向力疲劳试验标准，运用有限元分析和实物台架试验验证，发现驱动桥壳失效结果一致。
通过对薄弱点进行优化设计，能有效提高驱动桥壳疲劳强度，对设计同类型的驱动桥壳有一定的参考意义。
关键词：驱动桥壳纵向受力有限元分析台架试验1前言驱动桥壳作为汽车的重要部件之一，性能的好坏直接影响着整个汽车的性能，设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的刚度和强度。
桥壳强度的传统计算方法，通常将桥壳复杂的受力状况简化为四种典型的计算工况即最大垂向力、最大牵引力、最大制动力、最大侧向力。
但是桥壳在实际工况中受力情况复杂，因此要精确计算汽车行驶时桥壳上各处的应力大小较困难。
只能算出桥壳某一断面的应力平均值，而不能完全反映桥壳上应力及其分布的。
目前国内大部分研究包括QCE533台架试验主要是针对最大垂向力桥壳静强度刚度及疲劳寿命的分析，而没有驱动桥壳纵向力方面的研究和试验，本文以某商用车驱动桥壳为研究对象,运用有限元分析和台架试验验证,来优化驱动桥壳设计。
2驱动桥壳纵向力试验本文借鉴国际先进纵向力疲劳试验标准，该试验标准模拟行驶过程中制动或是地面改变（例如鹅卵石）时产生的应力，以验证桥壳的抗疲劳性。
2.1试验概况2.1.1试验装置和程序可参考QCfT533驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验。
2.1.2试验样品为5件，通常情况试验3件。
2.1.3台架试验的驱动桥壳示意图见图1所示。
试验时支点为两端轴头轮距点，力点为两端钢板板簧座中心，试验台架示意见图2所示。
图1驱动桥壳试验状态示意图2纵向力试验台架示意14技术纵横轻型汽车技术2019(3)2.2试验条件2.2.1试验负荷:最大负荷为100%GAW,最小负荷为2.5%GAW,为近似正弦波的交变载荷。
2.2.2试验频率:<5Hz c2.2.3试验加载曲线见图3所示。
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
ｄ ｉ ｅ ａ ｌ ｏ ｓｎ ｒ ｌｏ ｏ ｔ ｉ ｅ ｉ ａｉｕ ｉ ｎ ｌ ｓ ． Ｆ ｎ ｌ ｎ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｉ ｃ ｎ ｕ ｔｄ Ｏｌａ ｌ ｏ ｓｎ ｒ ｘｅ ｈ ｕ ｉ ｇ ａ ｅ ａｓ ｂ ａｎ ｄ ｖ ａ ｆｔ ｅ ｌ ｅ ａ ａｙ ｉ ｖ ｇ ｆ ｓ ｉ ａｌ ａ ｐ ｉ ａｉ ｓ ｏ ｄ ｃ ｅ ｉ ｘ ｅ ｈ ｕ ｉ ｇ ｙ ｍｉ ｏ
Ｌｉ Ｗ ｅ ，Ｘｕ ｍ ｉ ，ＬｉＰｉ ，Ｄｕ ｕ ｉ ｅ Ｋｅ ｎ ｎｇ Ｃｈａ ｃ ｎ ＆ Ｔａ ｙ ｎｇ ｈｕ ｎｇ Ｚｉ ｕ
驱动桥的设计实训总结报告
一、实训背景驱动桥作为汽车传动系统的重要组成部分，承担着将发动机输出的动力传递到车轮，并实现车轮差速和转向等功能的重任。
为了深入了解驱动桥的结构、原理和设计方法，提高自身的实践能力，我们进行了为期两周的驱动桥设计实训。
二、实训目的1. 掌握驱动桥的基本结构和工作原理；2. 熟悉驱动桥各部件的设计方法和计算过程；3. 培养团队协作能力和解决实际问题的能力；4. 提高动手操作能力和工程实践能力。
三、实训内容1. 驱动桥基本结构及工作原理- 驱动桥主要由主减速器、差速器、半轴、驱动桥壳等组成；- 主减速器用于降低转速、增大扭矩，实现动力传递；- 差速器用于实现左右车轮的差速，满足汽车转向需求；- 半轴连接主减速器和车轮，传递扭矩；- 驱动桥壳用于固定各部件，承受车辆载荷。
2. 驱动桥各部件设计- 主减速器设计- 确定主减速器类型（锥齿轮、圆柱齿轮等）；- 计算主减速器齿轮参数（模数、齿数、齿宽等）；- 进行主减速器齿轮强度校核；- 选择合适的轴承和润滑方式。
- 差速器设计- 确定差速器类型（齿轮差速器、链条差速器等）；- 计算差速器齿轮参数（模数、齿数、齿宽等）；- 进行差速器齿轮强度校核；- 选择合适的轴承和润滑方式。
- 半轴设计- 确定半轴类型（全浮式、半浮式等）；- 计算半轴直径和强度；- 进行半轴花键强度校核。
- 驱动桥壳设计- 进行驱动桥壳的三维建模；- 进行驱动桥壳的有限元分析，优化结构设计。
3. 实训过程- 小组成员根据设计要求，进行驱动桥各部件的设计计算；- 小组成员讨论并解决设计过程中遇到的问题；- 小组成员完成驱动桥的三维建模和有限元分析；- 小组成员撰写实训报告。
四、实训成果1. 成功设计了一款满足要求的驱动桥；2. 学会了驱动桥各部件的设计方法和计算过程；3. 培养了团队协作能力和解决实际问题的能力；4. 提高了动手操作能力和工程实践能力。
五、实训体会1. 驱动桥设计是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素；2. 在设计过程中，要注重理论与实践相结合，不断提高自己的实践能力；3. 团队协作是完成设计任务的关键，要学会与他人沟通和协作；4. 实训过程让我们深刻体会到工程师的责任和担当，要不断提高自己的专业素养。
汽车驱动桥壳壳盖优化设计二次开发研究
３ 基 于 Ｐ ｔｏ 的 Ａ ＡＱＵＳ程 序 设 计 ｙｈ ｎ Ｂ
３１ Ａ ＡＱＵＳ脚 本 接 口二次 开发 ． Ｂ
Ｐ ｔｏ ｙｈ ｎ是一 种 面 向对象 的解 释 性 编程 语 言 ． 功
能强 大 ．能 在多 种平 台上进 行 快 速 开发 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ 二 次 开发 环 境 提 供 的脚 本 接 口是 基 于 Ｐ ｔｏ ｙｈ ｎ语 言
脚 本 程 序 Ｐ ｔｏ ｙ ｎ建 立 的 参 数 化 有 限 元模 型 对 壳 盖 的 毛 坯进 行 优 化 循 环 计 算 ， 出 了 合理 的 毛坯 尺 寸 。 过 试 验 验 证 ｈ 得 通
了优 化 设 计 的正 确 性
主 题词 ： 动桥 壳 壳盖 驱
二 次开 发
仿真 分析
中图分 类 号 ： ４ ３８ ＋ 文献 标识 码 ： 文章编 号 ：０ ０ ３ ０ （０ ）０ ０ ２ — ２ Ｕ ６ ．３４ Ａ １０ — ７３ ２ １ １— ０８ ０ １
１ 前 言
某 汽 车驱 动桥 壳为 冲焊 式桥 壳 。 上 桥片 、 桥 其 下 片和桥 壳壳 盖 ｆ 以下 称壳 盖 ） 均通 过 冲裁下 料模 具 和 成型模 具 ２次 加工 完成 ．由于壳 盖 的部 分 区域成 型 复杂 ． 其毛 坯轮 廓很 难精 确设 计计 算 ， 常为得 到 理 通 想 的壳 盖 毛坯 轮廓 ．保 证成 型 后壳 盖边 缘形 状满 足
输入 ． 同时建立初始坯料外形 ， 选用各 向异性材料模 型 建立接触关 系 ． 选取合适 的ห้องสมุดไป่ตู้料单元 类型 ． 计算并分 析
试验结果 与设计 目标 的偏差 ．如不满足条件则采用 优
化算法得 到新 的坯料外 形 ．并 二次建立分析模型重 新 计算 ． 如此循环 直至偏 差满足要求 ， 化计算结束 。循 优 环 优化算法采用 Ａ ＡＱ Ｓ自带脚本程 序 Ｐ ｔｏ 进 行 Ｂ Ｕ ｙ ｎ ｈ 参 数化建模分析 ． 整个循环优化计算 自动完成 。 使 二次
车辆工程毕业设计42基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计
本科学生毕业设计基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程学生姓名：指导教师：职称：讲师The Graduation Design For Bachelor's Degree Medium Goods Vehicle Axle Based on Finite Element Design and Axle HousingCandidate：LiuyuanxinSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-4Supervisor：Lecturer. Wang YongmeiHeilongjiang Institute of Technology摘要中型货车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳是中型货车重要的承载件和传力件。
驱动桥壳支承汽车重量，并将载荷传给车轮。
其设计的成功与否决定着车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面的设计要求。
因此，驱动桥壳应具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，合理地设计驱动桥壳也是提高汽车平顺性的重要措施。
本文以有限元静态分析理论为基础，将CAD软件Pro/E和ANSYS结合运用主要完成了以下设计内容：（1）驱动桥的总体方案确定和半轴的设计校核；（2）驱动桥的设计和多工况校核；（3）桥壳模型的简化和Pro/E建模；（4）运用ANSYS软件对桥壳进行多工况分析，验证设计的合理性。
将CAD软件Pro/E和ANSYS结合运用，完成了从驱动桥壳和半轴三维建模到有限元分析的整个过程，并对其进行了强度和刚度的校核。
关键词：ANSYS；驱动桥壳；半轴；静力分析；强度；刚度ABSTRACTDesigned to determine the success of vehicle dynamics, ride comfort, economy and other aspects of the design requirements. Therefore, the drive axle housing should have sufficient strength, stiffness and good dynamic characteristics, the rational design of drive axle to improve vehicle ride comfort is also an important measure. In this paper, the finite element static analysis based on the theory, ANSYS and the CAD software Pro/E combined use of the design was completed for the following elements:(1) the overall scheme for the drive axle and axle design verification;(2) drive axle design and multi-condition check;(3) shell model bridge model simplification and Pro/E;(4) the use of ANSYS software, multi-axle condition analysis, verify the design is reasonable.Pro/E CAD software and ANSYS will be combined with the use of completethree-dimensional modeling from the drive axle to the finite element analysis of the entire process, and gain checking the strength and stiffness.Key words: ANSYS; Drive axle housing; Static analysis; Strength; Stiffness目录摘要 (I)Abstract .................................................................................................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1选题背景目的及意义 ........................................................................................... (1)1.2国内外研究状况 ...................................................................................................... .11.3设计主要内容和拟解决的问题 (3)第2章驱动桥的总体方案确定 (4)2.1设计车型主要参数 (4)2.2驱动桥形式的确定 (6)2.3半轴形式的确定 (8)2.4驱动桥设计要求 (9)2.5本章小结 (9)第3章驱动半轴的设计 (10)3.1全浮式半轴计算载荷的确定 (10)3.2全浮式半轴的杆部直径的初选 (11)3.3全浮式半轴的强度计算 ........................................................................................ .113.4半轴花键的强度计算 (12)3.5半轴材料与热处理 (13)3.6本章小结 (14)第4章驱动桥壳的设计 (14)4.1铸造整体式桥壳的结构 (14)4.2桥壳的受力分析与强度计算 (15)4.2.1桥壳的静弯曲应力计算 (15)4.2.2在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算 (17)4.2.3汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算 (17)4.2.4汽车紧急制动时的桥壳强度计算 (19)4.2.5汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算 (22)4.3本章小结 (23)第5章驱动桥壳几何模型的建立 (24)5.1 Pro/E的简介 (24)5.2几何模型的简化 (24)5.3驱动桥桥壳几何模型的建立 (25)5.4本章小结 (27)第6章驱动桥壳的有限元分析 (28)6.1驱动桥壳的静力分析 (28)6.1.1驱动桥桥壳静力分析的典型工况 (28)6.1.2载荷与约束的处理 (30)6.2各工况的ANSYS分析过程详述 (31)6.3各个工况的ANSYS分析结果 ............................................................................ ..366.4驱动桥壳的模态分析 (38)6.5驱动桥ANSYS分析过程详述 (38)6.6驱动桥ANSYS分析结果 (40)6.7本章小结 (43)结论 (44)参考文献 (45)致谢 (46)附录 (47)第1章绪论1.1选题背景目的及意义驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。
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汽车驱动桥桥壳的有限元分析
牟建宏
（西南大学工程技术学院，北碚400715）
摘要：用任意三维软件建立了驱动桥壳的三维实体模型。
通过对驱动桥壳进行有限元分析（在此仅进行静力学分析）。
通过有限元进行应力计算，判断驱动桥壳每m轮距最大变形量和垂直弯曲后背系数是否符合要求。
为驱动桥壳的结构改进及优化设计提供了理论依据。
关键词：驱动桥壳；有限元分析；ANSYS
0引言
驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。
非断开式驱动桥壳支承汽车重量，并将载荷传给车轮。
作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上[1]。
因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。
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，提高汽车行驶的平顺性和舒适性。
而驱动桥壳形状复杂，应力计算比较困难，所以有限元法是理想的计算工具。
1有限元法的简介
1.1有限元法的定义
有限元法（finite element method）是一种高效能、常用的数值计算方法。
科学计算领域，常常需要求解各类微分方程，而许多微分方程的解析解一般很难得到，使用有限元法将微分方程离散化后，可以编制程序，使用计算机辅助求解。
有限元法在早期是以变分原理为
基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。
自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系[2]。
1.2有限元法的基本原理
将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。
从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题[3]。
1.3有限元分析的基本步骤
第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。
第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。
显然单元越小（网格越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。
第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。
第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。
为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。
对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。
例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。
第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。
总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。
第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。
联立方程组的求解可用直接法、迭代法和随机法。
求解结果是单元结点处状态变量的近似值。
对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。
1.4有限元法分析的优点
驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种
典型计算工况下某些特定断面的最大应力值，然后考虑一个安全系数来确定工作应力，这种设计方法有很多局限性[4]。
因此近年来，许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。
2对驱动桥桥壳的有限元分析
桥壳材料为B510L1,弹性模量为2*105MPa，泊松比为0.3，
屈服强度为355MPa，断裂强度为610MPa.后桥单侧最大负荷30000N，轴距为1700mm，弹簧板座距为1232mm.
根据QC/T533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》，要求驱动桥壳满载1m轮距最大变形量不超过1.5mm，垂直弯曲后备系数大于6.
2.1启动ANSYS Workbench建立后桥分析项目
2.2导入几何模型
2.3添加材料信息
2.4进行网格划分
2.5施加载荷及约束
2.6设定求解结果
单击Solve进行求解2.7结果分析
变形结果如下
轮距1.7m,最大变形量为1.1174mm，所以每m变形量为
1.1174÷1.7=0.66mm,小于1.5mm,满足标准要求。
应力分析结果如下
材料的断裂强度为610MPa,后备系数Kn=610÷202=3.02<6,从强度上分析结果不满足标准要求。
3结论
利用CAE软件进行仿真分析和计算，可以降低设计开发成本，减少试验次数，缩短设计开发周期，提高产品质量，使得汽车在轻量化、舒适性和操纵稳定性方面得到改进和提高，具有非
常重要的实际意义。
参考文献：
[1]维信．汽车设计[M]．：清华大学，200l
[2]波，罗金桥．基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析[J]．CAD／CAM与制造业信息化，1999
[3]车辆结构有限元分析/王国军等编著.—：机械工业，2013.10
[4]高卫明，王红雁。
汽车结构分析有限元法[J]，汽车研究与开发，2000（6）。