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汽車驅動橋殼靜動態有限元CAE分析

發布于:2022-12-28 12:34
CAE分析

      作為主減速器、差速器和半軸的裝配基體,驅動橋殼是汽車的主要承載件和傳力件,它的使用壽命直接影響汽車的有效使用壽命,合理地設計驅動橋殼,使其具有足夠的強度、剛度和良好的動態特性,減少橋殼的質量,有利于降低動載荷,提高汽車行駛平順性和舒適性。因此,對驅動橋殼進行應力、變形以及振動等情況進行有限元分析具有重要的意義。
      本文運用有限元CAE分析的方法,在ANSYS Workbench軟件中建立了某貨車驅動橋殼的有限元模型,分析了驅動橋殼在最大垂向力、最大牽引力、最大制動力和最大側向力四種典型工況下靜態受力和變形,并對橋殼進行了模態分析,研究了橋殼的固有頻率和振型為橋殼的設計制造提供參考和指導。
      驅動橋殼在實際使用中的載荷工況比較復雜,行駛中承受的力有垂直力、水平力和側向力,靜力分析中主要的載荷工況如下:
      此工況為汽車滿載并通過不平路而,受沖擊載荷的工況,這時不考慮側向力和切向力。此時的橋殼猶如一個簡支梁,橋殼通過半軸套管軸承支于輪毅上,半軸套管的支撐點位于車輪的中心線上,垂直載荷取2.5倍滿載軸荷,載荷施加在兩個鋼板彈簧座上。
      此工況為汽車滿載以最大牽引力作直線行駛時的工況,不考慮側向力。此時左右驅動輪除作用有垂向反力外,還作用有地而對驅動車輪的最大切向反作用力(即牽引力)。
      此工況為汽車滿載緊急制動時的工況,不考慮側向力。汽車緊急制動時,左右驅動車輪除作用有垂直反力外,還作用有地而對驅動車輪的制動力。
      當汽車滿載、高速急轉彎時,會產生一個作用于質心處的很大的離心力,即側向力。當它達到地而給輪胎的側向反作用力的最大值即側向附著力時,汽車處于側滑的臨界狀態,側向力一旦超過側向附著力,汽車就側滑。我們考慮此臨界狀態,此時驅動橋的全部載荷由側滑方向一側的驅動車輪承擔。
      驅動橋橋殼結構是一個極為復雜的組合結構,在實際結構的基礎上有效地建立簡化而正確的有限元模型,是保證有限元分析準確的首要條件。本文利用Catia軟件建立了驅動橋殼的三維模型,轉換為文件后將模型導入到ANSYS Workbench軟件中,進行網格化分,選用四而體10節點92號單元,單元尺寸大小5mm。
      驅動橋殼本體材料為8mm厚的09SiVL-8汽車大梁鋼板,彈性模量為2.1x105 MPa,泊松比為0.3,材料密度為7850kg/m。材料許用應力為610MPa。半軸套管的材料為40Cr,彈性模量為2.1x105 MPa,泊松比為0.3,材料密度為7850kg/m。材料許用應力為650MPa。
      在已建立的有限元模型的基礎上,在ANSYS Workbench軟件中對汽車在四種典型工況下的強度進行了有限元分析。
      垂向力平均施加到板簧座上的各個節點;約束橋殼兩端車輪輪距處的節點Y,Z方向的平動和繞X方向的轉動;約束橋殼中央節點Z方向的平動,以消除橋殼的剛體位移。
      橋殼最大變形量發生在左右輪毅處,其值為1.7613mm,這主要是因為半軸套管的材料硬度偏軟造成的。每米輪距變形量為:1.7613/2.3059=0.764mm/m,《汽車驅動橋臺架試驗評價指標》規定滿載軸荷時每米輪距最大變形不超過1.5mm/m,可見該型橋殼的每米輪距變形量符合國家標準,故其垂直彎曲剛度滿足要求。


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