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毕业论文2014年6月3日设计题目某载货车驱动桥壳的有限元分析学生姓名胡晨晖学号20101044专业班级车辆工程10-2班指导教师刘俊院系名称机械与汽车工程学院目录摘要...............................................................1Abstract..........................................................21绪论..............................................................21.1课题研究的背景和意义........................................31.2桥壳有限元分析国内外研究现状................................41.2.1桥壳结构分析国内外研究现状.............................41.2.2桥壳轻量化国内外研究现状..............................51.3研究内容与技术路线..........................................62驱动桥壳的相关介绍及力学计算.....................................72.1驱动桥壳简介................................................72.2驱动桥壳的受力计算..........................................82.2.1最大垂向力工况.........................................92.2.2最大牵引力工况........................................102.2.3最大制动力工况........................................112.2.4最大侧向力工况........................................112.3本章小结...................................................123驱动桥壳几何模型与有限元模型的建立..............................133.1驱动桥壳几何模型的建立.....................................133.2有限元分析方法.............................................163.2.1有限元分析简介.......................................163.2.2有限元分析在汽车设计中的应用.........................183.2.3ANSYS简介............................................193.3ANSYS中建立桥壳的有限元模型...............................204驱动桥壳的静力分析..............................................234.1几种典型工况下的静力分析...................................244.1.1最大垂向力工况........................................244.1.2最大牵引力工况........................................254.1.3最大制动力工况........................................264.1.4最大侧向力工况........................................274.2本章小结...................................................285驱动桥壳的模态分析...............................................295.1ANSYS模态分析..............................................295.2驱动桥壳的自由模态分析.....................................305.3驱动桥壳的约束模态分析.....................................325.4本章小结...................................................356驱动桥壳的轻量化设计.............................................356.1轻量化方案的确定...........................................366.2改进后模型的有限元分析.....................................366.2.1改进后桥壳的静力分析..................................366.2.2改进后桥壳的模态分析..................................376.3本章小结...................................................387总结与展望.......................................................397.1本文的主要内容.............................................397.2后续研究展望...............................................39谢辞..............................................................40[参考文献]........................................................401某载货车驱动桥壳有限元分析摘要：汽车驱动桥壳是汽车上的关键部件之一,不仅是承载件与传力件,同时也是主减速器、差速器及半轴等装置的外壳。汽车驱动桥壳必须具有足够的强度、刚度、动态特性和疲劳寿命。本文以有限元静态分析、动态分析及机械结构优化设计理论为基础，以某载货车的驱动桥壳为研究对象，综合运用了CAD、CATIA等工程绘图软件和ANSYS等有限元分析软件，完成了从驱动桥壳三维建模，有限元分析到轻量化设计的整个过程。首先建立了驱动桥壳的三维简化模型和有限元模型。然后在最大垂向力工况、最大牵引力工况、最大制动力工况和最大侧向力工况等四种典型工况下对桥壳进行了静力分析,得到桥壳在四种典型工况下的应力分布和变形情况；对桥壳进行模态分析,得到桥壳在自由状态下的前12阶固有频率和振型及在约束状态下的前6阶固有频率和振型；对驱动桥壳进行了优化设计，在保证桥壳强度和刚度合格的条件下减少了材料的用量。关键词：驱动桥壳；有限元；静力分析；动态分析；轻量化2FiniteElementAnalysisofVehicleDriveAxleShellAbstract:Automobiledriveaxleshellisoneofthekeycomponentsofthecar.Itnotonlyservesastheload-bearingandforce-transmittingpart,butalsothecrustofthemainreducer,differential,drivinghalfshaftandsomeotherdevices.Automobiledriveaxleshellmusthaveenoughstrength,stiffness,dynamiccharacteristicsandfatiguelife.BasedonthetheoriesofFEMstaticanalysis,modalanalysisandmechanicalstructureoptimization,thisthesiscompletedthethewholeprocessfromthree-dimensionalmodeling,finiteelementanalysistothelightweightdesignofthedriveaxleshellbyusingCAD、CATIAandANSYS。Firstly，thesimplifiedthree-dimensionalmodelandfiniteelementmodelofthedriveaxleshellwereconstructed.Thenthestressdistributionanddeformationinfourtypicalloadingcaseswereobtainedinthestaticanalysis,inwhichthedriveaxleshellworkedintheconditionsofthemaximumverticalforce,themaximumtractionforce,themaximumbrakingforceandthemaximumlateralforce.Themodalanalysiswasalsoperformed,the1thto12thnaturalfrequenciesunderthefreeconditionand1thto6thnaturalfrequenciesundertheconstraintconditionweremeasured.Finally,inordertoreducetheconsumptionofmaterial,thedesignofthedriveaxleshellwasoptimizedontheconditionthatitsstrengthandstiffnesswerequalified.Keywords：driveaxleshell；FEM；staticanalysis；modalanalysis；lightweight31绪论1.1课题研究的背景和意义驱动桥壳在汽车上是关键的传力件和承载件，它与从动桥壳一同支承各总成重量，承受车轮传来的来自路面的反作用力和力矩。驱动桥壳在汽车传动系统中处于末端，作为主减速器、差速器和驱动车轮等传动装置的外壳，它对汽车传动系统起到了保护作用。汽车驱动桥壳使用频率很高，使用工况复杂，故障率较高。驱动桥壳的设计和生产质量直接关系到到整个车辆的使用性能[1]。因此，必须要求汽车驱动桥壳具有足够的强度、刚度和疲劳寿命。另外，合理地设计驱动桥壳，不仅可以提高材料利用率，降低成本，改善车辆的燃油经济性，还能有效提高汽车的平顺性和舒适性。在设计汽车驱动桥壳的过程中，最重要的任务和要求就是在保证驱动桥壳具有足够的强度、刚度、动态特性和疲劳寿命的情况下，采用合理的结构，减轻驱动桥壳的重量，提高材料的利用效率，减少材料的消耗。汽车行驶条件复杂，工作环境多变，设计和生产驱动桥壳涉及到包括材料、力学、工艺和试验等多个学科在内的广泛领域[2]。目前，国内相当一部分驱动桥壳制造商普遍采用力学简化计算与经验设计相结合的方法对桥壳进行结构设计。同时，使用整车道路行驶试验、台架试验等各种实验方法来校核其应力、变形量和疲劳寿命是否满足要求。这样设计出来的驱动桥壳，往往采用传统材料，用料多，重量大，结构的静强度往往很富裕，而可靠性却没有把握。这导致车辆的材料成本增加，油耗高，排放污染严重，综合使用性能差，与安全、节能、环保的发展方向背道而驰。随着汽车工业技术和计算机技术的迅