基于Workbench驱动桥壳的强度分析和优化设计.pdf

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1、·基于Workbench驱动桥壳的强度分析和优化设计·文章编号：1002-4581（2013）03-0031-05基于Workbench驱动桥壳的强度分析和优化设计112邓震，姜武华，黄新林112DengZhen,JiangWuhua,HuangXinlin（1.合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009；2.安徽安凯福田曙光车桥有限公司技术中心，安徽合肥230051）摘要：文中以安凯某重型牵引车后驱动桥壳为研究对象，建立以桥壳各个运动工况为基础的力学模型，运用AnsysWorkbench有限元分析软件讨论其应

2、力和应变的分布情况；根据所得结果，以多目标驱动优化的方式在Workbench中进行优化设计，从而选择最优的解决方案，提高驱动桥壳的开发周期。关键词：驱动桥壳；Workbench；有限元分析；优化设计+中图分类号：U463.218.5.02文献标志码：A北0引言京汽驱动桥壳是汽车上的主要承载件和传力件，汽车正常行驶时，驱动桥壳将承受车轮传来的路车面反作用力和力矩，并经悬架传给车架。文中将针对驱动桥壳的4种典型工况进行应力和变形分析。将桥壳复杂的受力状况简化成2.5倍冲击载图1AK某重型牵引车后驱动桥壳三维模型荷、最大牵引力

3、、最大制动力和最大侧向力4种该牵引车后桥采用双桥形式，在实际的运动工况进行计算校核，校核的参数为车桥设计者的过程中，不同的运动状态，桥壳的受力情况相差初步设计和计算提供了方便。主要以安凯某重型很大。主要对桥壳的4种工况进行分析，分别是商用车驱动桥壳为研究对象，利用UG建模功能，2.5倍冲击载荷工况、最大牵引力工况、最大制动然后导入AnsysWorkbench中进行网格划分，确定力工况和最大侧向力工况。加载和约束等边界条件，利用Ansys求解器进行有限元分析计算，验证其有效性和实用性；最后1.1冲击载荷行驶工况根据有限元分

4、析结果采用多目标驱动的方式，在汽车在不平路面上高速行驶时，后桥壳除承Workbench中进行优化设计，从中选择最优的解决受静止状态下那部分载荷外，还承受附加的冲击方案，提高驱动桥壳的开发周期。载荷。图2是桥壳在冲击载荷时受力分析简图，此时，后桥壳垂向载荷通常取为满载静止时所承1驱动桥壳受力分析受载荷的2.5倍，即G2FF==×kZiZo4图1为某重型牵引车后驱动桥壳的三维模型，由中段和左、右半轴组成，其特点是左右属于不式中，G2为汽车满载静止于水平路面时后驱动桥的最大载荷；K为动载荷系数，对载货汽车对称状态。《北京汽车》

5、2013.No.3·31··基于Workbench驱动桥壳的强度分析和优化设计·取2.5。G2Fm=′φx4FF式中，φ为轮胎与地面的纵向附着系数，计算时取φ=0.8。同时，由水平方向的纵向力Fx而产生一个绕桥壳中心线的力矩T，其大小为FyiFyoTFr=bBbxrFziFzo图2冲击载荷时受力分析简图FFn1.2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FxFxrr力分析如图3。FFxFziBFzozoFF图4紧急制动时受力分析简图nrr1.4侧向载荷行驶工况（按侧向力最大计算）当汽车所承受的侧向力达到地

6、面给轮胎的侧北FxFziBFxFFxFzozo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，图3最大牵引力时受力分析简图京汽车则侧滑。汽车向右侧滑时的受力分析如图5。此时，后桥内、外车轮所承受的垂向负荷分图中，Fyi、Fyo分别表示地面对后驱动桥内、外驱汽别为动车轮的侧向反作用力；FZi、FZo分别表示侧滑时GmFF==22内、外驱动车轮的支撑反力。ZiZo4车式中，m2为行驶时的桥负荷转移系数，对于qyiFqyoF牵引车取1；地面对外驱动车轮的最大切向反作用力Fx为TiiηFyiF

7、yoE10Fx=4rFziBFrzo式中，TE为发动机最大转矩，N⋅m；i1为变速器图5侧滑时受力示意图Ⅰ挡速比；i0为主减速器速比；rr为轮胎滚动半径；当汽车处于侧滑状态时，汽车向右侧滑时的η为传动系效率（由发动机至轮边）。由最大切向反受力分析如图6。此时，地面给后桥内、外驱动车作用力Fx产生一个绕轮胎中心线方向的转矩T为TFr=轮所承受的垂向力FZi、FZo分别为xr1取FZi=0，则FGZo=221.3紧急制动行驶工况式中，G2为汽车满载静止于水平路面时后驱汽车紧急制动时，可不考虑侧向力。图4为动桥的载荷。上述地面

8、给内、外驱动车轮的侧向紧急制动时后驱动桥壳的受力分析简图。图中后反作用力Fyi、Fyo分别为桥内、外车轮所承受的垂向负荷FZi、FZo分别为Gm′FF==φ0N2yiZi1FF==ZiZo4FF=φ式中，m′为汽车紧急制动时的质量转移系数，yoZo1取1.2。另外，水平方向的纵向力Fx为式中，φ1为地面的侧向附着系数