汽车驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析

汽车驱动桥壳的有限元分析和设计方法综述作者：支景锋来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第11期摘要：驱动桥是为车辆运行提供动力和承载力的主要构件，其桥壳的设计和质量的优劣将影响车辆的安全性和实用性。

本文介绍了汽车驱动桥壳有限元分析的方法，对模型建立、静力学分析、疲劳寿命分析等关键环节进行了阐述，并据此介绍了轻量化设计的方法，提出了汽车驱动桥壳的设计要求和提高桥壳寿命的有效措施。

关键词：驱动桥壳；有限元；ANSYS；分析；设计1 汽车驱动桥壳的有限元模型建立有限元法是一种在工程分析中常用的方法，驱动桥桥壳结构是一个极为复杂的结构，在实际结构的基础上有效地建立简化而正确的有限元模型，是保证有限元分析准确的首要条件。

通常，在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限元前处理模型的建立。

由于汽车驱动桥桥壳结构形状较为复杂，包含许多复杂曲面，而一般有限元软件所提供的几何建模工具功能相当有限，难以快速方便地对其建模。

因此，针对较复杂的结构，采用三维CAD软件如UG、SolidWorks、ProE等中建立几何模型，然后在有限元分析软件ANSYS Workbench 中通过输入接口读入实体模型，进而在ANSYS Workbench 中完成前处理等过程。

2 汽车驱动桥壳的静力学分析2.1 最大垂向力工况车辆满载在不平整路面快速行驶时，驱动桥壳同时承受垂向载荷和冲击载荷，此时的桥壳犹如一个简支梁，桥壳通过半轴套管轴承支于轮毂上，半轴套管的支撑点位于车轮的中心线上，垂直载荷取2.5倍满载轴荷，载荷施加在两个钢板弹簧座上，根据软件得到的变形图、应力图分析桥壳是否满足强度和刚度要求。

2.2 最大牵引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力外，还作用有地面对驱动车轮的最大切向反作用力。

此時需要得出最大牵引力的计算公式并根据公式进行计算处理。

2.3 最大制动力工况驱动桥壳承受垂向力、制动力和制动力在两板簧座位置引起的转矩。

商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析
阎树田;王剑;孙会伟;徐明辉
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2012(000)008
【摘要】根据汽车振动及有限元理论,建立驱动桥壳动态分析的力学模型.利用UG 建立某型商用车驱动桥壳三维几何实体模型,并将该模型与ANSYS Workbench进行协同仿真,对桥壳进行强度分析,以及在自由状态和预应力状态2种条件下的模态分析,并对结构进行改进优化.其计算结果可为商用车驱动桥壳的结构设计,优化和轻量化以及疲劳寿命预测提供理论依据,具有重要意义.
【总页数】3页(P14-16)
【作者】阎树田;王剑;孙会伟;徐明辉
【作者单位】兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050
【正文语种】中文
【中图分类】U463.2
【相关文献】
1.基于ANSYS重型商用车驱动桥壳有限元分析 [J], 姜武华;李强
2.基于ANSYS Workbench的商用车驱动桥壳结构强度分析 [J], 覃正海;刘小焦;
吴帆
3.基于Hyper Mesh的商用车驱动桥壳有限元分析 [J], 朱轶
4.商用车驱动桥壳的有限元分析 [J], 黎水平;黄小花
5.商用车驱动桥壳体模态仿真与试验方法研究 [J], 李旭伟;王恩鹏;杨东绩
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基于ansys的汽车驱动桥壳有限元分析摘要：建立了基于 ANSYS 的汽车驱动桥壳的参数化有限元模型，在最大垂向力工况下对桥壳进行静力分析，得到桥壳的应力和位移分布规律。

对桥壳进行模态分析，得到桥壳1至6 阶固有振动频率。

最后采用目标驱动优化方法对桥壳进行以轻量化为目标的优化。

有限元分析和试验验证结果表明，优化后桥壳轻量化效果明显，应力与变形符合要求。

关键词：驱动桥壳；静力分析；模态分析；疲劳寿命；优化前言汽车轻量化是实现节能减排的重要手段和方法，汽车轻量化实质上是零部件轻量化。

一方面节约原材料，降低生产成本；另一方面降低燃油消耗，减少排放。

目前国内对汽车零部件的设计已经从主要依靠经验逐渐发展到应用有限元方法进行强度计算和分析阶段。

只有结构优化方法能够解决汽车生产过程中的高性能、低成本与轻量化的矛盾。

驱动桥壳是汽车的主要承载件和传力件，作为主减速器、差速器和半轴的装配基体，并将载荷传给车轮。

作用在驱动车轮上的牵引力、制动力和横向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上的。

因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。

本文中采用有限元法对威铃轻型货车后驱动桥壳（假定为整体成形桥壳，非冲焊桥壳，忽略焊接的影响）在最大垂向力工况下进行强度刚度校核，模态分析，在此基础上进行疲劳寿命预测，找出驱动桥壳的潜在危险位置。

在保证满足桥壳强度刚度的条件下，对桥壳进行优化，实现桥壳轻量化。

最后对轻量化的结果进行模拟验证，从而确定了较合理的设计方案，由此提高了产品性能，节省了材料，提高了驱动桥壳的设计水平，减少了实际试验研究的费用和时间，为企业对桥壳改进和新产品开发提供理论指导。

1 最大垂向力工况静力分析对4. 5t 江淮威铃轻型货车桥壳进行静力分析，桥壳尺寸参数如下：壁厚8mm，轮距1600mm，板簧距890mm。

在ANSYS DesignModeler中建立参数化模型（壁厚为设计变量），在保证有限元分析精度的条件下，忽略一些无关紧要的结构，如放油孔、加油孔和螺栓孔等，保留对有限元分析有影响的部分，如凸包、固定环、轴头和钢板弹簧座等，建立实体模型；导入ANSYS Workbench后划分网格（无需定义单元类型），施加载荷和约束，求解后得到桥壳的mises应力分布云图和等效位移分布云图。

汽车驱动桥桥壳的有限元分析牟建宏（西南大学工程技术学院，重庆北碚 400715）摘要：用任意三维软件建立了驱动桥壳的三维实体模型。

通过对驱动桥壳进行有限元分析（在此仅进行静力学分析）。

通过有限元进行应力计算，判断驱动桥壳每m轮距最大变形量和垂直弯曲后背系数是否符合要求。

为驱动桥壳的结构改进及优化设计提供了理论依据。

关键词：驱动桥壳；有限元分析；ANSYS0引言驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。

非断开式驱动桥壳支承汽车重量，并将载荷传给车轮。

作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上[1]。

因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。

合理地设计驱动桥壳，使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，减少桥壳的质量，有利于降低动载荷，提高汽车行驶的平顺性和舒适性。

而驱动桥壳形状复杂，应力计算比较困难，所以有限元法是理想的计算工具。

1有限元法的简介1.1有限元法的定义有限元法（finite element method）是一种高效能、常用的数值计算方法。

科学计算领域，常常需要求解各类微分方程，而许多微分方程的解析解一般很难得到，使用有限元法将微分方程离散化后，可以编制程序，使用计算机辅助求解。

有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。

自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系[2]。

1.2有限元法的基本原理将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。

2018年第2期时代农机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第45卷第2期Vol.45No.22018年2月Feb.2018基金项目：河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目《空气弹簧式半主动液压悬置动特性研究》（2015GGJS-209），河南省高等学校重点科研项目《发动机喷雾燃烧数值模拟研究》（18A470009），河南省教育厅科技研究项目《电动旅游观光车车架轻量化研究》（15A460014），新乡市科技发展计划项目《新型智能避尘车窗系统的研究与开发》（15GY14）。

作者简介：白宁山（1986-），男，河南安阳人，硕士，助教，主要研究方向：车辆结构设计与CAE 分析。

基于装配关系的驱动桥壳结构强度与模态分析白宁山，侯锁军，范玮卫，董二婷(,453003)摘要：利用ANSYS Workbench ，对货车驱动桥壳的装配体模型进行结构强度分析，各工况下，驱动桥壳的最大等效应力均小于材料的许用应力，满载时，垂直弯曲静强度试验评估指标K n >6，最大变形量小于1.5mm/m ，满足其强度和刚度要求；另外，对驱动桥壳进行模态分析，得到前6阶模态的振型和固有频率，分析得出驱动桥壳不会因路面的激励产生共振。

同时，从分析图能直观地看出可以进行优化的结构，因此，该方法为驱动桥壳和类似结构的轻量化设计提供了参考。

关键词：装配；驱动桥壳；有限元分析；轻量化；ANSYS Workbench 作为车辆的主要承载零件，驱动桥壳同时承受车辆载荷和路面反作用力等设计时，应使驱动桥壳具备足够的刚度和强度。

由于其外形复杂，采用传统的力学计算方法，仅能得出驱动桥壳某一截面的平均应力值。

无法真实且完整地得到应力大小及其分布情况，需要借助长期的生产经验进行结构设计及优化，不利于得到更优化的结构。

驱动桥上的零件，尤其是钢板弹簧对桥壳受力的影响较大，对单一驱动桥壳零件进行力学分析，并不能真实且完全地反映其受力情况。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

基于catia与ansys的汽车驱动桥壳有限元分析
汽车驱动桥壳是汽车驱动系统中的重要组成部分，其准确的分析和结构设计对汽车的可靠性和经济性具有重要的影响。

本文介绍了基于Catia与Ansys的汽车驱动桥壳有限元分析，重点介绍了如何在Catia软件中建模，以及如何在Ansys软件中仿真结构性能。

一. Catia有限元建模
Catia V5软件是一种三维建模软件，它可以将三维模型转换为有限元模型，可以用于汽车驱动桥壳的建模。

Catia提供了多种建模功能，如实体建模、参数建模等，可以快速准确的生成汽车驱动桥壳的有限元模型，可以有效的提高汽车驱动桥壳的设计质量。

二. Ansys结构性能的仿真分析
Ansys软件是一款用于结构性能仿真的分析软件，可以建立汽车驱动桥壳的三维模型，并可以进行多种结构力学仿真分析，如结构强度分析、受力分析等。

可以模拟汽车驱动桥壳在安全性、可靠性和结构刚度等方面的性能，从而检查结构设计是否符合要求。

三.值分析结果
基于Catia和Ansys的有限元分析可以模拟汽车驱动桥壳的结构性能，有效应用FEM，可以得出满足安全性要求的结构设计。

实验结果表明，汽车驱动桥壳的结构刚度和承载能力满足要求，结构的可靠性较高。

四.论
本文介绍了基于Catia与Ansys的汽车驱动桥壳有限元分析，并
且介绍了Catia建模和Ansys仿真结构性能的步骤以及相关数值研究结果，说明了Catia与Ansys软件联合使用可以有效的解决汽车驱动桥壳的结构分析和设计问题，可以极大的提高汽车驱动桥壳的可靠性、安全性和经济性。

基于ANSYS Workbench的汽车驱动桥壳力学分析0 引言汽车驱动桥壳是汽车动力传动系统的重要组成部分，承载着发动机的扭矩和轮胎的载荷，同时又要保持稳定的转速和转矩输出，承受复杂的动态荷载和静态荷载，因此其结构设计和强度分析对于汽车的性能和安全至关重要。

汽车驱动桥壳有限元分析是汽车工程领域中的一个重要研究方向。

该技术可以通过数值模拟和分析，为汽车设计和制造提供可靠的理论基础和实验依据，从而提高汽车的性能和可靠性。

研究结果表明，优化设计后的驱动桥壳在强度和刚度方面得到了明显提升，可以满足汽车高速行驶时的需求。

研究汽车驱动桥壳的结构和性能并改进设计方案，改进设计后的驱动桥壳在强度和刚度方面得到了明显提升。

对汽车驱动桥壳进行研究，并进行了优化设计，优化设计后驱动桥壳在强度和刚度方面得到了明显提升。

综上所述，汽车驱动桥壳有限元分析是汽车工程领域中的一个重要研究方向。

通过有限元分析的方法，可以研究汽车驱动桥壳的结构和性能，并进行强度和结构优化设计，从而提高汽车的性能和可靠性。

1 驱动桥壳的四种典型工况驱动桥壳在汽车行驶过程中会遇到多种工况，主要包括四种工况：纵向加速、制动、弯曲和扭转。

下面是这四种工况下驱动桥壳的受力分析：1.最大牵引力工况：在汽车加速过程中，驱动桥壳承受发动机输出扭矩的作用，导致桥壳产生弯曲和剪切应力，同时还要承受轮胎的向后反作用力和悬挂系统的反弹力，产生轴向拉伸和剪切应力。

2.最人制动力工况：在汽车制动过程中，驱动桥壳承受制动器的反作用力和轮胎的向前反作用力，导致桥壳产生弯曲和剪切应力，同时还要承受车身的惯性力和悬挂系统的反弹力，产生轴向压缩和剪切应力。

3.最大垂向力工况：在汽车行驶过程中，驱动桥壳承受路面不平度和转向力的作用，导致桥壳产生弯曲应力，同时还要承受轮胎的载荷和悬挂系统的反弹力，产生轴向拉伸和压缩应力。

4.最大侧向力工况：在汽车行驶过程中，驱动桥壳承受发动机和车轮的扭矩作用，导致桥壳产生扭转应力，同时还要承受轮胎的载荷和悬挂系统的反弹力，产生轴向拉伸和压缩应力。

基子CAE客车驱动桥壳强度和模态分析
王海波;陈无畏;朱茂飞
【期刊名称】《客车技术》
【年(卷),期】2010(000)005
【摘要】驱动桥壳与从动桥壳共同支承车架及其上的各种重量,并承受由车轮传来的路面反作用力和力矩,是汽车的重要承载件和传力件,故应具有足够的强度、刚度和可靠性.对某客车驱动桥壳进行有限元强度和模态分析,得到该桥壳某工况下的应力、变形图及前12阶固有频率和振型,为驱动桥壳的改进设计提供了一定的参考依据,同时为进一步深入研究该结构的振动机理及振动抑制技术提供了理论依据.【总页数】4页(P19-22)
【作者】王海波;陈无畏;朱茂飞
【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院;合肥工业大学机械与汽车工程学院;合肥工业大学机械与汽车工程学院
【正文语种】中文
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1.NTE240型矿用车驱动桥壳结构强度与模态分析 [J], 杨芙蓉;陈锋锋;董志明;任学平
2.客车驱动桥壳智能化CAE系统的知识表示研究 [J], 张孝木
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4.基于装配关系的驱动桥壳结构强度与模态分析 [J], 白宁山;侯锁军;范玮卫;董二
婷;
5.基于ANSYS的载重货车驱动桥壳的结构强度与模态分析 [J], 齐东东;孙桓五;齐丽丽;张润东;帝瑞静
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驱动桥壳有限元分析模型的改进驱动桥壳作为汽车传动系统的一个重要组成部分，其性能对整个车辆的操作和稳定性起着至关重要的作用。

由于汽车行驶过程中振动和冲击的不断作用，驱动桥壳的疲劳损伤是其设计和使用过程中需要重点关注的问题。

有限元分析是一种经典的应用于工程设计领域的分析方法，本文将介绍一种驱动桥壳有限元分析模型的改进，旨在提高其分析精度和适用范围。

一、模型改进传统的驱动桥壳有限元分析模型常常采用通常静态弹性分析方法，而真实情况下由于驱动桥壳处于振动状态，其动态特性发挥了重要作用。

因此本研究将驱动桥壳的动态特性考虑进去，采用动力学有限元分析方法，并且将勃朗公式应用于驱动桥壳的疲劳分析。

该方法基于线性弹性理论和最小总动能原理，能够更加准确地预测驱动桥壳的应力、变形和疲劳寿命等重要参数。

二、计算方法动力学有限元分析方法在采用时需要先建立一个驱动桥壳的三维几何模型，并对其进行网格划分和节点编号，以建立有限元模型。

其次，选取适当的材料模型和本构关系模型，进行加载模拟和求解。

在本研究中，我们采用了格拉斯哥大学开发的LS-DYNA软件进行有限元分析，该软件具有计算速度快、精度高、可靠性好等优点，能够有效处理非线性问题和大型计算问题。

三、实验验证为了验证改进后的驱动桥壳有限元分析模型的准确性和适用范围，我们进行了一系列数值模拟实验，并与现有的试验数据进行对比。

实验结果表明，新模型可以精确地预测驱动桥壳在加速和制动等动态工况下的应力、变形和疲劳寿命等参数，与试验数据吻合度也得到了明显的提高。

四、结论本研究针对传统驱动桥壳有限元分析模型存在的不足，引入了动力学有限元分析方法和勃朗公式，建立了新的驱动桥壳有限元分析模型。

该模型能够更加准确地预测驱动桥壳的应力、变形和疲劳寿命等参数，具有更广泛的适用性。

我们的研究为相关领域的研究提供了新思路和新方法，为汽车传动系统的研发和设计提供了一定的指导和参考。

除了上述改进，为了进一步优化驱动桥壳的有限元分析模型，我们还需要加入更多的参数来考虑实际情况。

乘用车驱动桥壳有限元分析作者：朱文艳来源：《价值工程》2018年第03期摘要：本文以某汽车的驱动桥桥壳为模型，在Pro/E三维建模软件中对驱动桥桥壳基于实际尺寸进行建模，并将其导入到ANSYS Workbench有限元法分析软件中。

在ANSYS Workbench中对桥壳进行四种工况的静力学分析和自由状态下的模态分析，得到对应的变形、应力云图和前六阶振型及频率。

根据各工况的应力分布位置、变形量和各阶振动频率的分析结果，对驱动桥桥壳提出相应的优化改进建议。

Abstract： In this paper， a driving axle housing of a car is taken as a model， and the driving axle housing is modeled based on the actual size in the Pro/E 3D modeling software and imported into the ANSYS Workbench finite element analysis software. In the ANSYS Workbench， the static analysis of the axle housing in four conditions and the modal analysis in the free state are carried out， and the corresponding deformation， stress cloud and the first six modes and frequencies are obtained. According to the analysis of the stress distribution position， deformation and vibration frequency of each condition， the appropriate suggestions for improving and optimizing the drive axle housing are put forward.关键词：驱动桥桥壳；三维建模；有限元法；ANSYS WorkbenchKey words： axle housing；three-dimensional modeling；finite element method；ANSYS Workbench中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）03-0136-040 引言汽车中重要承载部件之一的驱动桥，在支撑保护主减速器、差速器和半轴的同时，还承受着来自路面和悬架之间的力和力矩，驱动桥壳应具有足够的强度、刚度且尽可能质量小[1]。

29第三章　驱动桥壳有限元模型的建模　作为MSC.NASTRAN 的前后处理器，MSC.PATRAN 是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理和分析系统。

在驱动桥壳几何模型的基础上，本章将探讨应用MSC.PATRAN 建立驱动桥壳有限元模型的问题。

３．１　导入驱动桥壳几何模型到ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ中　３．１．１　驱动桥壳几何模型的存储　前一章已经采用CAD 软件Pro/E 建立了所研究驱动桥壳的几何模型，为将几何模型导入到MSC.PATRAN 中，需要将在Pro/E 中建立的几何模型存成一定格式的数据。

STEP 格式是国际标准化组织（ISO ）于1984 年提出的关于产品数据的交换标准，全称是“产品模型数据交换标准（Standard for Exchange of Product Model Data ）”。

与IGES 数据格式相比，STEP 数据格式模型的数据不易丢失，导入速度较快，因此，将在Pro/E 中建立的几何模型存成STEP 数据格式。

图３－１　Ｎｅｗ　Ｄａｔａｂａｓｅ对话框 图３－２　Ｎｅｗ　Ｍｏｄｅｌ　Ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ菜单　３．１．２　ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ模型数据库文件的建立　（1）启动MSC.PATRAN ，选择“File ”菜单中的“New ”命令，或直接在工具栏上单击按钮 ，出现图3-1所示对话框；30（2）在文件名输入框中输入：CA141_Housing.db ，单击“OK ”按钮确认，即建立新的PATRAN 模型数据库文件，如图3-1所示；（3）建立新的数据库文件后，会出现New Model Preference 菜单，使菜单的内容与图3-2所示一致，单击“OK ”按钮确认。

３．１．３　驱动桥壳几何模型的导入　（1）由MSC.PATRAN 菜单File/Import 打开输入模型对话框，在“Object ”中选择“Model ”，在“Source”中选择“STEP”，即确定模型导入的数据格式是STEP 格式，如图3-3所示；（2）在“File Type ”中选择AP203类型；（3）选择要输入的文件，单击“Apply ”按钮，输入几何模型；（4）MSC.PATRAN 弹出一个模型输入统计报告，导入完成。