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作為主減速器、差速器和半軸的裝配基體，驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼，使其具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的動(dòng)態(tài)特性，減少橋殼的質(zhì)量，有利于降低動(dòng)載荷，提高汽車行駛平順性和舒適性。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行應(yīng)力、變形以及振動(dòng)等情況進(jìn)行有限元分析具有重要的意義。
本文運(yùn)用有限元CAE分析的方法，在ANSYS Workbench軟件中建立了某貨車驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元模型，分析了驅(qū)動(dòng)橋殼在最大垂向力、最大牽引力、最大制動(dòng)力和最大側(cè)向力四種典型工況下靜態(tài)受力和變形，并對(duì)橋殼進(jìn)行了模態(tài)分析，研究了橋殼的固有頻率和振型為橋殼的設(shè)計(jì)制造提供參考和指導(dǎo)。
驅(qū)動(dòng)橋殼在實(shí)際使用中的載荷工況比較復(fù)雜，行駛中承受的力有垂直力、水平力和側(cè)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(guò)不平路而，受沖擊載荷的工況，這時(shí)不考慮側(cè)向力和切向力。此時(shí)的橋殼猶如一個(gè)簡(jiǎn)支梁，橋殼通過(guò)半軸套管軸承支于輪毅上，半軸套管的支撐點(diǎn)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(gè)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(shí)的工況，不考慮側(cè)向力。此時(shí)左右驅(qū)動(dòng)輪除作用有垂向反力外，還作用有地而對(duì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)時(shí)的工況，不考慮側(cè)向力。汽車緊急制動(dòng)時(shí)，左右驅(qū)動(dòng)車輪除作用有垂直反力外，還作用有地而對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪的制動(dòng)力。
當(dāng)汽車滿載、高速急轉(zhuǎn)彎時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用于質(zhì)心處的很大的離心力，即側(cè)向力。當(dāng)它達(dá)到地而給輪胎的側(cè)向反作用力的最大值即側(cè)向附著力時(shí)，汽車處于側(cè)滑的臨界狀態(tài)，側(cè)向力一旦超過(guò)側(cè)向附著力，汽車就側(cè)滑。我們考慮此臨界狀態(tài)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋的全部載荷由側(cè)滑方向一側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪承擔(dān)。
驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)是一個(gè)極為復(fù)雜的組合結(jié)構(gòu)，在實(shí)際結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上有效地建立簡(jiǎn)化而正確的有限元模型，是保證有限元分析準(zhǔn)確的首要條件。本文利用Catia軟件建立了驅(qū)動(dòng)橋殼的三維模型，轉(zhuǎn)換為文件后將模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench軟件中，進(jìn)行網(wǎng)格化分，選用四而體10節(jié)點(diǎn)92號(hào)單元，單元尺寸大小5mm。
驅(qū)動(dòng)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(yīng)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(yīng)力為650MPa。
在已建立的有限元模型的基礎(chǔ)上，在ANSYS Workbench軟件中對(duì)汽車在四種典型工況下的強(qiáng)度進(jìn)行了有限元分析。
垂向力平均施加到板簧座上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)；約束橋殼兩端車輪輪距處的節(jié)點(diǎn)Y,Z方向的平動(dòng)和繞X方向的轉(zhuǎn)動(dòng)；約束橋殼中央節(jié)點(diǎn)Z方向的平動(dòng)，以消除橋殼的剛體位移。
橋殼最大變形量發(fā)生在左右輪毅處，其值為1.7613mm，這主要是因?yàn)榘胼S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(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)》規(guī)定滿載軸荷時(shí)每米輪距最大變形不超過(guò)1.5mm/m，可見(jiàn)該型橋殼的每米輪距變形量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，故其垂直彎曲剛度滿足要求。
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