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

基于参数化设计的驱动桥壳有限元分析系统设计一、前言驱动桥壳是安装主减速器、差速器、半轴、轮毂和悬架的基础件，主要作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等零部件。

它和从动桥一起承受汽车质量，使左、右驱动车轮的轴相对位置固定，汽车行驶时，承受驱动轮传来的各种反力、作用力和力矩，并通过悬架传给车架。

桥壳可被视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受汽车弹簧上的载荷，而沿左右轮胎的中心线，地面给轮胎以反力(双轮胎时则沿双胎中心)，桥壳则承受此力与车轮重力之差值。

由于其形状复杂、应力计算困难，又要求具有足够的强度和刚度，传统设计方法不免有很多局限性。

本文以某系列整体式桥壳为例，利用软件的二次开发功能便捷实现桥壳在某特定工况下的设计与分析。

二、桥壳参数化的基本内容1.设计目标以冲击载荷工况为例，由于桥壳在承受最大铅垂力时，危险断面出现在钢板弹簧座附近，因此以桥壳的轮距(方断面长、圆断面长)和断面(高度、厚度)为参数化设计目标。

此时的弯曲应力为(1)式中，G是汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷;B是驱动车轮轮距;s 是驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离;kd是动载荷系数，对载货汽车取2.5;Wv是桥壳在危险断面处的垂向弯曲截面系数，如表所示。

表钢板弹簧座附近的断面形状及截面系数2.参数化的基本方法桥壳参数化采用的是建立零件的参数化数字模型，通过修改关键尺寸参数的方法实现新零件模型建立和设计。

首先在Pro/ENGINEER中建立驱动桥壳三维模型(如图1所示)，提取钢板弹簧座附近方形断面和圆形断面的尺寸变量，利用Visual Basic语言将用户输入的界面信息传递给相应的变量，然后驱动再生进程，进行修改设计。

图2为Visual Basic设计的桥壳参数化界面。

三、参数化的程序实现方法1.软件支持和设计思想Automation Gate way for Pro/ENGINEER Wildfire是基于Microsoft的ActiveX技术开发而成的，它允许Pro/ ENGINEER直接集成任何支持ActiveX的应用软件。

载货汽车半轴的设计【摘要】本文是基于EQ1090载货汽车的半轴的设计。

通过计算校核，设计出的半轴具有较好的安全、稳定性，满足其使用条件。

【关键词】载货汽车;半轴;设计1.引言半轴用来将差速器半轴齿轮的输出转矩传到驱动轮或轮边减速器上。

半轴一般是实心的，一般用花键槽与半轴齿轮相连，另一端圆盘与轮毂用螺栓联接。

从差速器传出来的转矩经过半轴（或再经过轮边减速器）、轮毂，最后传给车轮，所以半轴是传动系中传递转矩的一个重要零件。

2.半轴的选型驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器的半轴齿轮传给驱动车轮。

驱动车轮的结构形式与驱动桥的驱动形式密切相关，在一般的非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴。

半轴的形式主要取决于半轴的支撑形式。

普通非断开式驱动桥的半轴，根据其外表支撑形式或受力状况的不同分为半浮式，3/4浮式和全浮式三种[1]。

半浮式半轴承受的载荷较复杂，但是机构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉，所以被质量较小、使用条件好、承载负荷也不大的轿车和微型客货车所采用。

3/4浮式半轴的优点是结构简单轻便，因此可用于轿车和微型、轻型客货车，但没有推广起来。

全浮式半轴的驱动桥外端结构比较复杂，制造成本高，但其工作可靠，常应用在各种载货汽车、越野汽车和客车上[2]。

根据各种半轴的特点分析，在这里选用全浮式半轴。

3.半轴的设计计算3.1 半轴的受力分析全浮式半轴及受力简图如图1所示。

图1 全浮式半轴及受力简图半轴主要的尺寸是它的直径，计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷，应考虑以下三种可能的载荷工况：A.纵向力X2（制动力或驱动力）最大时（X2=Z2φ），附着系数φ取0.8，没有侧向力的作用;B.侧向力Y2最大时为Z2φ（发生于侧滑时），没有纵向力作用，地面与轮胎的侧向附着系数φ1在计算侧滑时取1.0;C.垂向力最大时（在汽车以高速通过不平整路况发生时），其值为（Z2-gw）kd，其中gw为车轮对地面的垂直载荷，kd为动载荷系数，这时不考虑纵向力和侧向力的作用。

第2期(总第225期)2021年4月机 械 工 程 与 自 动 化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONNo2Apr文章编号=672-6413(2021)02-0084-03载货汽车驱动桥壳的有限元仿真研究白顺平】，王振兴2，陈国磊】，曹增文2(1.新疆天池能源有限责任公司，新疆 昌吉 831100； 2.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)摘要：基于有限单元法，对某轻型货车驱动桥壳开展了有限元分析。

利用SolidWorks 建立了该驱动桥壳的三维模型，将该三维模型导入Workbench 的静力学分析模块中进行有限元分析。

根据不同工况特点，在驱动桥壳上施加了相应的约束和载荷。

对满载静止工况、最大驱动力工况、最大制动力工况和最大侧向力工况的应力应变进行分析。

结果表明：该驱动桥壳在强度、应力应变方面的设计性能符合货车设计相关国家标 准，该研究对于驱动桥壳的设计具有一定的参考价值。

关键词：有限元法；驱动桥壳；仿真；载货汽车中图分类号： TP39197 文献标识码： A0引言驱动桥在车辆动力传递过程中，受力条件复杂，传 递的载荷较大，在货车行驶过程中，主要实现增大扭 矩、降低速度、改变转矩的传递方向等作用［］。

本文针 对某轻型货车的钢板焊接式冲压桥壳开展研究，对于 驱动桥壳的设计具有一定的指导意义。

1有限元法原理有限元法将连续介质材料划分为网格单元节点，通 过对不同单元节点的迭代求解，计算材料整体的形变受 力等，即先化整为零，再积零为整［］。

有限元法的计算 过程是一个较为复杂的数值迭代计算过程，其既需要计 算单元内的应变应力，还需要对单元之间的节点应力进 行求解。

现阶段被广泛采用的有限元计算软件包括 ANSYS 等大型计算求解软件，该方法目前已经被广泛 应用于各个行业分析中，适用范围广，认可程度高3。

2驱动桥壳的建模及有限元分析 2. 1 驱动桥壳三维建模经测量，驱动桥壳的总长度2 116 m 叫法兰间距 1 205 mm,套管长度293 mm,钢板中心距930 mm,总质 量195 kg,材料弹性模量206 GPa,屈服极限620 MPa 。

毕业设计（论文）汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析JIU JIANG UNIVERSITY毕业论文题目汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析英文题目 Modeling by UG and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing 院系机械与材料工程学院专业车辆工程姓名班级指导教师摘要本篇毕业设计(论文)题目是《汽车驱动桥壳建模UG及有限元分析》。

作为汽车的主要承载件和传力件,驱动桥壳承受了载货汽车满载时的大部分载荷,而且还承受由驱动车轮传递过来的驱动力、制动力、侧向力等,并经过悬架系统传递给车架和车身。

因此,驱动桥壳的研究对于整车性能的控制是很重要的。

本课题以重型货车驱动桥壳为对象,详细论述了从UG软件中的参数化建模,到ANSYS中有限元模型的建立、边界条件的施加等研究。

并且通过对桥壳在不同工况下的静力分析和模态分析,直观地得到了驱动桥壳在各对应工况的应力分布及变形情况。

从而在保证驱动桥壳强度、刚度与动态性能要求的前提下,为桥壳设计提出可行的措施和建议。

【关键词】有限元法,UG,ANSYS ,驱动桥壳,静力分析,模态分析AbstractThis graduation project entitled “Modeling and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing”. As the mainly carrying and passing components of the vehicle, the automobile drive axle housing supports the weight of vehicle, and transfer the weight to the wheel. Through the drive axle housing, the driving force, braking force and lateral force act on the wheel transfer to the suspension system, frame and carriage.The article studies based on heavy truck driver axle ,discusses in detail from the UG software parametric modeling, establish of ANSYS FEM model, and the boundary conditions imposed, etc. And through drive axle housing of the different main conditions of static analysis and modal analysis, it can access the stress distribution and deformation in the corresponding status of drive axle directly. Thus, under the premise of ensuring the strength of drive axle housing, stiffness and dynamic performance requirements, the analysis can raise feasible measures and recommendations in drive axle housing design.Plans to establish thet hree---dimensional model by UG, to make all kinds of emulation analysis by Ansys.【Key words】 Finite element method,UG,ANSYS,Drive axlehousing,Static analysis,Modal analysis目录前言 1第一章绪论 21.1 汽车桥壳的分类 21.2 国内外研究现状 31.3 有限元法及其理论 51.4 ansys软件介绍 71.5 研究意义及主要内容 91.6 本章小结 10第二章驱动桥壳几何模型的建立 11 2.1 UG软件介绍 112.2 桥壳几何建模时的简化处理 11 2.3 桥壳几何建模过程 122.4 本章小结 24第三章驱动桥壳静力分析 25 3.1 静力分析概述 253.2 静力分析典型工况 253.3 驱动桥壳有限元模型的建立 27 3.3.1 几何模型导入 273.3.2 材料属性及网格划分 283.4 驱动桥壳各工况静力分析 293.4.1 冲击载荷工况 293.4.2 最大驱动力工况 323.4.3 最大侧向力工况 343.5 本章小结 37第四章驱动桥壳模态分析 384.1 模态分析概述 384.2 模态分析理论 384.3 驱动桥壳模态分析有限元模型的建立 40 4.4 驱动桥壳模态分析求解及结果 41 4.5 驱动桥壳模态分析总结 474.6 本章小结 47结论 48参考文献 50致谢 52前言在桥壳的传统设计中,往往采用类比方法,对已有产品加以改进,然后进行试验、试生产。

基于有限元计算的自卸车后桥壳优化设计后桥壳作为自卸车一个部件，承担整车牵引力传递及各个方向载荷，受力复杂，冲击大，且后桥壳上必须留有检修孔和接线孔，导致其强度降低，因此有必要对矿卡常见几种工况分析，然后在ANSYS中软件中对后桥壳进行静强度和疲劳分析，为后续后桥壳设计提供一定理论依据。

标签：自卸车；后桥壳；有限元；静强度Abstract：The rear axle housing，as a part of the dump truck，bears the tractive force transmission and all direction loads of the whole truck. The stress is complex and the impact is great. Moreover，the rear axle housing must have a repair hole and a connection hole，which leads to the decrease of its strength. Therefore，it is necessary to analyze the common working conditions of the mine card，and then the static strength and fatigue analysis of the rear axle housing are carried out in the software of ANSYS，which provides a theoretical basis for the follow-up design of the rear axle housing.Keywords：dump truck；rear axle housing；finite element；static strength后桥壳是电传动自卸车前桥上的一个重要部件，用于传递并承受车辆后部载荷，传递牵引力而使车辆前进。

汽车桥壳的有限元分析毕业设计洛阳理工学院毕业设计（论文）汽车桥壳的有限元分析摘要随着汽车工业的高速发展，对汽车性能的要求越来越高，这使得传统的驱动桥桥壳的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的需要。

电子计算机的出现以及有限元的飞速发展为驱动桥壳的结构性能的计算分析带来了新的革命。

由于驱动桥桥壳是汽车重要的承载件和传力件，桥壳的性能和疲劳寿命直接影响着汽车的有效使用寿命。

因此，驱动桥壳应有足够的强度、刚度和良好的疲劳耐久特性。

合理设计驱动桥壳也是提高汽车安全性和舒适性的重要措施。

论文利用Pro/E建模软件建立高顶单胎14A-B型汽车驱动桥壳的3D模型，采用最新的ANSYS协同仿真有限元平台，按国家驱动桥壳台架试验的标准，在计算机中对5.0mm、6.0mm、6.5mm三种厚度驱动桥壳进行有限元分析，其中包括垂直弯曲刚度和静强度的分析。

有限元分析结果表明，5.0mm厚桥壳的垂直静强度不符合规范要求，6.0mm、6.5mm厚的两种桥壳满足规范要求。

最后，结合工程实例做了桥壳的失效分析，找出桥壳失效的原因是垂直静强度不够、某些装配部位应力过大。

并提出相应的改进意见，以供参考。

关键词：驱动桥桥壳，ANSYS，垂直弯曲刚度，静强度，失效分析I洛阳理工学院毕业设计（论文）AUTOMOBILE BRIDGE SHELL FINITE ELEMENTANALYSISABSTRACTWith the auto industry high speed development, the function to the automobiledemands more and more highly, the feasible tradition designs of the auto mobile drive axle housing already haven’t satisfy the request that modemdesigns. The calculation analysis that the electronic computer appearing develops at full speed for the structure designs as well as finite element method after has brought about new revolution.Since the axle housing is mainly carrying and passing components of thevehicle, the axle housing function and fatigue life have direct impact to effective automobile useful time, the axle housing should have sufficient intensity, stiffness and well durable fatigue property. Therefore, the axle housing designs are also to improve automobile safety and the comfortableness importance rationally methods.The thesis makes use of Pro/E software building the 3D models of 14A-Btype’s axle housing. Using ANSYS workbench FEA simulated platform, according to the national standard of drive axle housing tests, three types thickness drive axle housing has simulated by FEA on 5.0mm, 6.0mm, 6.5mm inthe computer has included vertical curves just degree and start intensity analysis. Static analysis of result indicates that the perpendicularityintensity and fatigue strength of the 5.0mm axle housing is unqualified, 6.0mm, 6.5mm two types’ axle housing come up to the national standard. End, wedge bonding engineering solid instance the lapse that made bridge housing analysis, finding out the reason of bridge housing lapse is perpendicular stat intensity not enough and some assembly part stress over big. And the submissions correspond of betterment opinion to provide a reference.KEY WORDS: Drive axle housing, ANSYS Workbench, The vertical curves just a degree, Quiet intensity, Failure analysisII洛阳理工学院毕业设计（论文）目录前言 ........................................................................... ....................... 1 第1章绪 (2)1.1汽车桥壳的分类和机构特征概述 (2)1.2.1 国外CAE的发展和现状论述 ..................................... 3 1.2.2国内CAE分析的发展和现状 ..................................... 4 1.3 本课题的工程背景和研究意义 ............................................. 4 1.4 本文的主要研究内容和技术路线 (5)1.4.1 本文的主要研究内容...................................................5 1.4.2 技术路线流程图........................................................... 5 1.5 小结 ........................................................................... ............. 6 第2章有限元基本方法和桥壳有限元模型. (7)2.1 有限元基本方法及其计算工具简介 (7)2.1.1 有限元方法及其理论...................................................7 2.1.2 ANSYS系列通用有限元软件 ...................................... 8 2.2 14A-B型汽车桥壳的实体模型和有限元模型 .. (10)2.2.1 桥壳实体模型 ............................................................ 10 2.2.2 有限元模型、网络划分和单元介绍 ......................... 11 2.2.3 驱动桥桥壳模型材料介绍......................................... 12 2.3 小结 ........................................................................... ........... 12 第3章驱动桥的受力特征及结构静力分析.. (14)3.1 汽车驱动桥桥台试验 (14)3.1.1 驱动桥桥壳垂直弯曲刚度和静强度试验简介 ......... 14 3.1.2 垂直弯曲刚度和静强度试验评估指标 ..................... 14 3.2 桥壳受力特征.. (15)3.2.1 约束情况 (15)3.2.2 载荷施加方式 ............................................................16 3.3 有限元分16III1.2 汽车桥壳CAE分析的研究和发展 (3)洛阳理工学院毕业设计（论文）3.4 小结 ........................................................................... ........... 18 第4章静力分析结果 (19)4.1 垂直弯曲刚度分析结果对比...............................................19 4.2 垂直弯曲静强度分析结果对比 ........................................... 22 4.3 小结 ........................................................................... ........... 25 第5章桥壳失效原因及改进意见 (27)5.1 分析失效原因的目的........................................................... 27 5.2 分析的一般步骤 (27)5.3 失效原因及改进意见........................................................... 27 5.4 小结 ........................................................................... ........... 28 结论 ........................................................................... ..................... 29 谢辞 ........................................................................... ....................... 30 参考文献 ........................................................................... ................. 31 附录 ........................................................................... (32)IV洛阳理工学院毕业设计（论文）前言汽车驱动桥是汽车主要的传力件和承载件，它不仅要把发动机输出的扭矩传递到车轮以驱动汽车行驶，还要承受汽车以及路面的各种力和扭矩，因此要有足够的强度、刚度和疲劳强度。

摘要毕业设计的课题基本分为三大类，即工艺工装设计类、组合机床设计类和计算机课题类。

本课题所涉及的是第一类，设计任务为汽车后桥壳体的工艺工装设计，在壳体内部装有主传动器、差速器、半轴等传动机构。

壳体起保证和支撑的作用，其主要加工表面为端面外圆、法兰平面、弹簧座平面、以及内孔等。

本次设计主要包括工艺规程、夹具、刀具和量具的设计。

此次设计共分三个阶段，即：（1）毕业实习阶段（2）课题设计阶段（3）考核答辩阶段。

结合本次设计零件的特点，在设计中完成工艺规程一套，夹具两套：（1）铣床夹具（2）钻床夹具，其中，前者为手动夹紧。

另外还据任务书分别设计刀具——铣刀一把和量具——单头双极限卡规一套，共完成图纸近5张，基本完成老师所交给的任务。

关键词：汽车后桥；工艺分析；设计任务全套CAD图纸，联系153893706ABSTRACTThe subject of the graduation project is divided into three big classes,namely the frock designing type of craft ,making up the designingtype of lathe and comper subjects basically.What this subject involved is the first kind,designing the task for the rear axle of automobile,the craft frock of the shell is designed.Equipped with the organizations of the transmission,such as main hammer mechanism actuator,differential mechanism,semi-axis,ect,within the shell.The shell plays a role in guatanteeing and support,it processes flange,spring seat plane,and interior hole round for outside of the terminal surface of surface,ect,mainly.This design includes the design of rules of craft,jig,cutter and measuring tool mainly.This design divides three stages altogether,namely:(1)Graduation field work stage(2)Ddeign phase of subject(3)Examine the stage of bine this charateristic of designing the part,finisshes one set of rules of craft in the design,two sets of jigs:(1)Jig of the milling machine(2)The jig of the drilling machine,among them,the former,in order to clamp manually.Still design the cutter sepatately according to the task book in addition—One milling cutter is with measuring,finish drawing amount nearlu 5 altogether,finish the task that a teacher assigns basically.Key word:The rear axle of automobile；the crafu analuses；designs the task目录1 绪论 (1)1.1 我国汽车后桥制造业的现状及其发展趋势 (1)1.2 汽车后桥壳体的构造 (1)1.3 汽车后桥壳体的性能要求 (1)2 零件的分析 (3)2.1 零件的作用 (3)2.2 零件的工艺分析 (3)2.3 生产类型的确定 (4)2.4 确定毛坯的制造形式 (4)2.5 基面的选择 (4)3 械加工工艺路线 (6)3.1 工艺方案 (6)3.2 工艺方案比较分析 (7)3.3 加工阶段的划分和检验工序的安排 (7)4 加工余量、工序、毛坯尺寸的确定 (9)5 工时定额 (10)5.1工序六的工时定额 (10)5.2工序十三的工序定额 (11)6 夹具设计 (12)6.1 铣床夹具设计 (12)6.1.1 工件的加工工艺分析 (12)6.1.2 定方案，设计定位元件 (12)6.1.3 确定夹紧方式和设计夹紧结构 (13)6.1.4 定位误差的分析 (14)6.1.5 夹紧元件的强度校核 (14)6.1.6 夹具体的设计 (15)6.1.7 夹具体设计及其操作的简要说明 (15)6.2 钻床夹具的设计 (16)6.2.1 定位基准的选择 (16)6.2.2 夹紧力的确定 (16)6.2.3 钻削力的计算 (16)6.2.4 动力源设计 (17)6.2.5 夹具体的设计 (18)6.2.6 夹具设计及操作简要说明 (19)7 CAD绘图简介 (20)8 量具设计 (21)9 刀具设计 (24)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录A 英文原文 (29)附录B 汉语翻译 (35)1 绪论1.1我国汽车后桥制造业的现状及其发展趋势我国丰富的原材料资源为后桥壳体国产化提供了坚实的基础。

摘要中型货车驱动桥是汽车的各种总成中涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成，驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。

本次设计通过对给定的汽车相关参数，确定驱动桥的结构方案，分别计算出主减速器,差速器,驱动半轴和驱动桥壳的主要参数并确定其结构尺寸，并进行强度计算。

在传统的设计计算得出来的数据基础上，用AUTOCAD软件绘出驱动桥二维CAD图。

关键词: 主减速器；差速器；AUTOCADABSTRACTTruck drive axle is large assembly of mechanical parts, components,Isub-assembly and so on that assembly in the car. driving axle plays an important role in the drive system.By the use of given parameters to determine the structure of the program drive axle, and to calculate the parameters of the final drive，differential, drive axle and drive axle housing .And then to identify the main parameters of the structure size, and strength calculation. Drawing AUTOCAD by the data that have been calculated.Key words: drive axle；differential；AUTOCADIIIII目录摘要 (I)ABSTRACT (I)第1章绪论 (1)第2章总体方案论证 (3)2.1非断开式驱动桥 (3)2.2断开式驱动桥 (4)2.3多桥驱动的布置 (5)第3章主减速器设计 (7)3.1主减速器结构方案分析 (7)3.1.1螺旋锥齿轮传动 (7)3.1.2结构形式 (8)3.2主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 (9)3.2.1主动锥齿轮的支承 (9)3.2.2从动锥齿轮的支承 (10)3.3主减速器锥齿轮设计 (10)3.3.1主减速比的确定 (10)3.3.2主减速器锥齿轮的主要参数选择 (12)3.4主减速器锥齿轮的材料 (14)3.5主减速器锥齿轮的强度计算 (15)3.5.1单位齿长圆周力 (15)3.5.2齿轮弯曲强度 (15)3.5.3轮齿接触强度 (16)3.6主减速器锥齿轮轴承的设计计算 (16)3.6.1锥齿轮齿面上的作用力 (17)3.6.2锥齿轮轴承的载荷 (18)3.7主动锥齿轮轴花键强度 (20)第4章差速器设计 (21)4.1差速器结构形式选择 (22)4.2普通锥齿轮式差速器齿轮设计 (22)4.3差速器齿轮的材料 (25)4.4普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算 (25)i第5章驱动车轮的传动装置设计 (27)5.1半轴的型式 (27)5.2半轴的设计与计算 (28)5.3半轴的结构设计及材料与热处理 (31)第6章驱动桥壳设计 (32)6.1桥壳的结构型式 (32)6.2桥壳的受力分析及强度计算 (33)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)ii第1章绪论汽车驱动桥是汽车的重大总成，承载着汽车的满载簧荷重及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。