基于ansys驱动桥壳的设计 - 图文(7)

来源：网络收集时间：2026-04-13

导读：第三章驱动桥壳静力分析汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其形状复杂，而且汽车的行驶条件如道路情况、气候条件及车辆的运动状态等又是千变万化的，因此要精确地计算汽车行驶时作用于桥壳各处应力的大小

第三章驱动桥壳静力分析

汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其形状复杂，而且汽车的行驶条件如道路情况、气候条件及车辆的运动状态等又是千变万化的，因此要精确地计算汽车行驶时作用于桥壳各处应力的大小是很困难的。过去我们国家主要是靠对桥壳样品进行台架试验和整车行驶试验来考核其强度和刚度，有时还采用在桥壳上贴应变片的电测方法，使汽车在选定的典型路面上满载行驶，以测定桥壳的应力。这些方法都是在桥壳有样品的情况下才能采用，而且还都需要付出相当大的人力、物力和时间。

3.1 静力分析概述

静力分析包括对结构的刚度和强度进行分析这两方面。强度是指构件或零部件在确定外力作用下，不发生破裂或过量塑性变形，即构件或零件抵抗破坏的能力。强度是机械零件正常工作必须满足的最基本要求。机械零件在工作时，不容许出现结构断裂或者塑性变形，也不允许发生表面损坏。强度是指零件抵抗这类失效的能力。零件强度分体积强度和面积强度。前者是拉伸、压缩、剪切、扭转等涉及零件整个体积的强度。后者是指挤压、接触等涉及零件表面层的强度。在体积强度和接触强度中，又可以各自分为静强度和动强度。静强度是指静力时的强度；动强度是指动载荷作用下的强度。

刚度分析是指构件或者零部件在确定的外力作用下，不发生弹性形变或位移不超过允许的范围，即构件抵抗变形的能力。汽车在行驶过程中，受到的载荷情况是比较复杂的，其中弯曲和扭转对驱动桥壳的寿命影响很大。如果驱动桥壳的刚度不足，就可能产生开裂的情况，影响整车的性能[15]。

3.2 静力分析典型工况

驱动桥壳在行驶中受力情况比较复杂，承受的力主要有垂直力、切向力（牵引力和制动力）和侧向力。计算时，我们通常将桥壳复杂的受力状况简化为三类

典型工况：车轮承受最大铅垂力（冲击载荷工况）；车轮承受最大切向力（最大牵引力工况）；车轮承受最大侧向力（满载侧滑临界工况即侧翻）。只要在这几种载荷计算工况下桥壳的强度得到保证，就认为桥壳在汽车各种行驶条件下是可靠的。下面我们对驱动桥壳的这几种典型工况作详细阐述[16]：

1）冲击载荷工况

当汽车高速通过不平路面时，桥壳除承受静止状态下那部分载荷外，还承受附加的冲击载荷。此时不考虑侧向力和切向力，取2.5倍动载荷系数，载荷均匀施加在两个钢板弹簧座上面。动载荷大小为：

Fvmax?G?2.52 （3.1）

2）最大驱动力工况

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作用力外，还作用有地面对驱动轮的最大切向反作用力。最大驱动力大小为：

Ft?Temaxi1i0?Trr （3.2）

i式中：Temax（N?m）是发动机最大转矩；i1是变速器一档的传动比；g是驱动桥的主减速比；?T是指传动系的传动效率，在计算中无确切的传动效率数据时，可以忽略不计，即取值为1.0 [4]；rr（m）是驱动车轮的滚动半径。

3）最大侧向力工况

当汽车满载高速急转弯时，会产生一个作用于质心处的很大的离心力，即侧向力。当它达到地面给轮胎的侧向反作用力的最大值，即侧向附着力时，汽车处于侧滑的临界状态。侧向力一旦超过侧向附着力，汽车就会发生侧滑。我们分析侧滑的临界状态，即汽车侧向加速度超过一定限制时，此时汽车内侧车轮的垂直反力为零，从而引起侧翻。侧翻工况时驱动桥的全部载荷由外侧车轮承担。驱动桥承受的侧向力为：

FY?G??1 （3.3）

式中：FY是驱动桥壳的承受的侧向力；G是汽车满载静止驱动桥所承受的

载荷；?1是侧滑附着系数，取值为1.0。

3.3建立驱动桥壳有限元模型

3.3.1 几何模型导入

在将UG软件中建模生成的驱动桥壳CAD模型导入到ANSYS的过程中，由于两个软件之间存在数据交换差异，免不了会产生数据丢失，以至于几何特征缺失的情况。因此，如何在模型导入的过程中如何减少数据丢失，是本课题的一个重要任务。

将UG几何模型以IGES的格式导出保存，IGES信息保留较完整，减少了模型的修复工作，为有限元模型的建立提供更好的基础。

GUI: File>Import>IGES 导入模型如图图 3.1。

图 3.1 Ansys中的几何模型

3.3.2材料属性及网格划分

驱动桥壳所用材料的弹性模量为2.06e5，泊松比为0.3，密度7800kg/m3 GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models,出现Define Material Model Behavior窗口，依此双击Structural>Linear>Elastic，双击Isotropic，在出现的对话框中输入钢材的弹性模量2.06e5以及泊松比0.3，单击OK。驱动桥壳模型单元类型为solid186。采用的是“Tet Dominant”，即四面体网格划分的方法，采用智能划分方法，smart size选择8。

GUI：Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete选择Solid186

GUI：Preprocessor>Meshing>Mesh Tool出现一个对话框，勾选Smart Size，选择精度8，Mesh下拉列表选volumes，shape点选Tet，点击Mesh按钮，进行智能网格划分。划分成功，共生成42744个节点，81808个单元，如图。

图 3.2有限元模型

3.4 驱动桥壳各工况静力分析

3.4.1冲击载荷工况

汽车满载时后轴载荷为13000 Kg，按照2.5倍动载荷加到桥壳钢板弹簧座上，桥壳只承受最大垂直力。两端半轴套管施加约束。根据式（3.1），施加的载荷大小为：

G?2.5?13000?9.8?2.5?159250(N)2 2

Fvmax?板簧座面积为24000 mm2.，面载荷为6.635 N/mm2=6.653e6 Pa。分别将载荷加载到两板簧座表面。

GUI：Preprocessor>Slution>Define Loads>Apply>Structure>Pressure>On Areas,弹出Apply Pressure对象拾取框，选取左右端板簧座面area149、area163，输入载荷6.653e6，如图。

约束左侧半轴套管三个方向自由度，右侧Y和Z方向自由度。 GUI：Preprocessor>Slution>Define

Loads>Apply>Structure>Displacement>On Areas，弹出对象拾取对话框，选取左侧半轴套管圆柱面，单击apply，出现对话框，选择 ALL DOF 再单击apply，完成约束左侧半轴套管。右侧约束同理，但是在对话框中选择UY，UZ。

。