1、畢業設計說明書(論文) 作 者： 學 號： 學 院： 機械工程學院 系(專業)： 車輛工程 題 目： 輕型汽車驅動橋建模與強度分析 指導者： 評閱者： 2012年 6 月 9日畢業設計中文摘要越野車后驅動橋殼強度分析摘要：為了便于對主減速器、差速器等的拆裝和調整，同時還要起到保護作用，驅動橋殼應該具有足夠的剛度和強度，并且盡量減小橋殼質量以減小整車質量和提高汽車的靈活性。為了使體型較大的驅動橋殼便于制造加工，應該盡量優化橋殼的結構形式。從對驅動橋殼的實體建模再到有限元分析階段，得到了橋殼在四種工況下的應力分布情況和應力變形結果：最大鉛垂力工況、最大牽引力工況、最大制動力工況、最大側向力工況。從

2、實體建模到有限元分析階段大致可以總括為三部分：1、 分析驅動橋殼結構特點，運用三維實體造型軟件對驅動橋殼進行建模，并適當進行簡化操作。2、對驅動橋殼的三維實體模型進行網格化劃分，定義三維模型材料屬性和約束，添加外力情況，建立好實體的有限元分析模型。3、根據預先分析好的四種工況對橋殼模型進行強度分析，得出分析結果。關鍵詞：越野車 驅動橋 橋殼 強度分析 有限元分析畢業設計外文摘要title the finite element analysis of stress strenght of the automotive drive axle housing abstract: in order t

3、o facilitate disassemblying and adjustmenting the main gear box and differential and protect them, axle should have sufficient stiffness and strength . reducing the vehicle mass and improve the vehicles flexibility should minimize the bridges .in order to processing the large size bridges,we should

4、try to opitimize the bridges structure . from the axle of the finite element analysis modeling phase and then to get the bridge shell. we get four conditions of stress distribution and deformation : the maximum vertical force conditions ,the maximum traction conditions, the maximum braking force con

5、ditions, the maximum lateral force conditions.from solid modeling to finite element analysis stage can be roughly summarized as three parts:1: analysis of structural characteristics of axle and the use of three-dimensional solid modeling software to drive axle .shell model and the proper conduct of

6、streamlined operations.2: on the axle of the three-dimensional solid model grid division, the definition of three-dimensional. model material properties and constraints, add external circumstances, the establishment of a good finite element entities,analysis mode.3: according to the four pre-conditi

7、ons of a good shell model of the strength of the bridge and get the results.keywords： suv , the drive axle , bridge ，strength analysis, finite element analysis目 次摘要abstract目錄第一章 緒論1.1引言1.2選題的研究背景、目的和意義1.2.1選題研究的背景1.2.2選題研究的目的和意義1.3所選研究課題在國內外的研究現狀1.3.1國內研究現狀1.3.2國外研究現狀1.4課題研究的內容和方法1.4.1課題研究的內容1.4.2課題

8、研究的方法1.5本章小結第二章 有限元法的基本原理及應用2.1有限元法基本概述2.2有限元法基本原理、分析步驟、相關軟件介紹2.2.1有限元法基本原理2.2.2有限元法分析步驟2.2.3有限元分析相關軟件介紹2.3有限元法在汽車設計中的應用第三章 驅動橋殼相關介紹及力學分析計算3.1第四章 驅動橋殼實體模型和有限元模型的建立第五章 驅動橋殼在四種典型工況下的有限元分析第六章 結論參考文獻40致謝42 第一章緒論1.1引言汽車的驅動橋與從動橋統稱為車橋。汽車的驅動橋位于傳動系的末端，其基本功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉矩，將轉矩分配給左右驅動車輪，并使左右驅動車輪具有汽車行駛運動學所要

9、求的差速功能；同時，驅動橋還要承受作用于路面和車架或承載式車身之間的鉛垂力、縱向力和橫向力及其力矩1。驅動橋殼設計中要求有足夠的強度和剛度,質量小,有足夠的疲勞壽命等。合理地設計驅動橋殼也是提高汽車平順性和舒適性的重要措施。許多廠家在實際設計過程中,往往根據經驗和類比,設計出汽車驅動橋殼,然后進行試產,并進行驅動橋殼臺架試驗,以對設計進行修正。這是一個反復修改和調整的過程,費時費力。如果在設計中,建立驅動橋殼的有限元模型,在計算機上對驅動橋殼進行典型工況下的模擬受力分析試驗,則會使設計過程縮短,降低設計成本,產生較好的經濟效益2。因此本文使用ug和 nastran軟件分別對橋殼進行建模和強度分

10、析。1.2選題的研究背景、目的和意義 1.2.1選題研究的背景能源是人類賴以生存和發展的物質基礎，能源作為全球性戰略物資，關系到全球經濟安全和軍事安全。面對全球能源緊缺的形勢，各種節能技術和節能措施已成研究熱點。我國的能源形勢十分嚴峻，節能更是當前一項極為緊迫的任務，也是我國經濟和社會可持續發展的一項長遠戰略方針。目前，節能已引起我國社會各界的廣泛關注，中央政府把節能減排列為國家經濟工作的八大任務之一和考核政府領導的重要指標，以此來推動全社會節能降耗，緩解能源瓶頸制約。 汽車的主要能源是石油產品汽油和柴油。據推測，全世界石油的儲藏量約為 3000 億噸，其中 600 億噸已經開采，1000 億

11、噸已經探明。20 世紀 70 年代末期，全世界石油的年總產量為 33 億噸，目前已經增長到 50 億噸。照此計算，已探明的石油僅能開采 20年左右，到 2085年世界石油將枯竭。國際能源機構（iea）的統計數據表明，2001 年全球 57% 的石油消費在交通領域（其中美國達到 67），預計到 2020 年交通用油占全球石油總消耗的 62以上。而交通用油中又以汽車所占的比重最大。美國能源部預測，2020 年后，全球石油需求與常規石油供給之間將出現凈缺口，2050年的供需缺口將相當于2000 年世界石油總產量的兩倍。我國汽車產業的迅猛發展，導致對石油的需求大增。目前，我國汽車的汽油消費量約占汽油生

12、產量的86，汽車消費的柴油約占柴油生產量的24；我國汽車耗油約占整個石油消費量的1/3，預計到2020年這個比例將上升到57我國已成為世界第二大石油消費國和第三大石油進口國，2006年石油消費量為3.54億噸，同比增長9.3。石油凈進口16287萬噸，同比增長19.6。其中，成品油凈進口2403萬噸，同比增長37.9。2006年我國石油對外依存度達47，比2005年提高4.1個百分點(表1.3為我國石油對外依存狀況及預測)。石油進口依存度的不斷增加和國際油價的居高不下，不僅使我國的能源安全問題變得日益突出，而且對我國經濟的可持續發展影響越來越大。據有關部門預測，國際油價每桶增加1美元，將影響進

13、口用匯46億元人民幣，直接影響我國gdp增長0.043個百分點因此汽車節能迫在眉睫。汽車輕量化對于降低汽車燃油消耗效果非常顯著，圖1.1給出了車重與燃油里程數的關系： 關于減輕汽車自身質量與燃油消耗下降之間的關系，國內外不少機構和專家對此都作了相應的研究。歸納起來主要有以下5種觀點：1、是汽車質量每減小100kg，則百公里油耗可減少0.20.8l，一般為4.5%左右。2、是汽車質量每減輕3%，則可節油1%3%。3、是汽車質量減小1%，其油耗可減少0.7%；汽車質量減小330440kg，可節約燃油費用20%左右。4、是汽車質量每減小50kg，則每升燃油行駛的距離可增加1km；若質量減小10%，則

14、燃油經濟性可提高5.5%左右。5、是轎車質量每減小10%，則油耗可下降8%10%。對于1620噸級載貨汽車而言，每減小質量1000kg，則油耗可降低6%7%。上述說法表明，汽車輕量化對節省燃油的效果是非常巨大的。2）、汽車環保與汽車輕量化：由于汽車保有量的劇增，汽車尾氣對大氣環境、人類健康也造成了嚴重的危害，成為當今城市生活中最為嚴重的流動污染源。事實上汽車所產生的空氣污染量比任何其他單一的人類活動產生的污染量都多，在城市大氣污染中,來自汽車尾氣排放的有害氣體主要為co、nox、hc、so2和微粒等,其比例分別為82%、48%、58%、1.3%和8%。隨著機動車保有量的持續增長，我國機動車污染

15、物排放總量持續攀升。2003年全國機動車hc、co、nox的排放量是1995年相應污染排放總量的2.51、2.05、3.01倍。另外隨著汽車石油消耗量的增加汽車每年向大氣中排入的co2量多達40億噸，占世界上全部co2排放量的25%。汽車尾氣排放出大量的c02是造成溫室效應的重要原因。圖1.2給出了油耗量與c02排放之間的關系。 汽車輕量化能有效減少汽車尾氣排放總量，在發動機燃油效率、石油質量、點火系統狀態條件不變的前提下，降低汽車油耗，汽車尾氣排放量將相應減少，從而減輕對環境的危害。面對石油儲量逐漸減少，終將枯竭的嚴峻前景和汽車排放嚴重破壞地球環境的現實威脅，各國都制定了相應的法規和提出了有

16、效的改進措施。汽車輕量化，對節能減排有著重要意義，關系到國家能源規劃戰略，一般的汽車質量每減少10，可節油810。努力減輕客車質量、節約燃耗、減少排放污染己成為汽車技術進步的重要而緊迫的課題。此外，在汽車的燃耗和排放方面，我們與發達國家相比也存在不少差距。因此，減輕客車質量和降低燃耗的任務就更為艱巨，為使我國汽車工業盡快趕上國際先進水平，必須高度重視這個問題。1.2.2選題研究的目的和意義驅動橋位于汽車傳動系統末端，是汽車總成中的主要承載件之一。在一般的汽車結構中，用于支承并保護主減速器、差速器和半軸等功用的驅動橋橋殼，被用來將發動機發出的扭矩和轉速傳遞到左、右驅動輪。當汽車行駛時，由于輪胎與

17、不平路面相撞擊使簧下質量(對于普通的非斷開式驅動橋來說，整個驅動橋總成及一端與其相連并支承其上的傳動軸的部分質量，與左右驅動車輪一起均屬于汽車的簧下質量)產生沖擊載荷經懸掛的彈性元件減緩后傳給車架、車廂。這種沖擊載荷除了隨車速的提高和路面不平度的增大而增大外，還隨汽車的簧下質量的增大而增大。沖擊載荷的增大將必然降低汽車的可靠性、行駛平順性和縮短汽車的使用壽命。橋殼的質量占簧下質量的絕大部分比例，在強烈的沖擊載荷作用下，來自橋殼內部零部件和外部環境的激勵產生的振動，也將影響到整個車身的動態性能，甚至會引起橋殼產生很高的動應力，導致出現裂紋甚至斷裂，嚴重影響了行車安全。 驅動橋橋殼作為汽車的主要傳

18、力件和承載件，使用頻繁，故障率較高，其生產質量和性能直接影響到車輛的整體性能和有效使用壽命。因此橋殼必須具有足夠的強度、剛度和良好的動態特性。合理地設計橋殼也是提高汽車平順性和舒適性的重要措施。由于還必須保證車輛在加速、緊急制動和各種不同路面條件下的正常工作，所以橋殼是車輛上工作環境最惡劣的部件。根據經驗，它們的損壞大部分都是由于外界激勵的頻率達到車橋固有頻率產生的共振引起的較大動應力而造成的。因此，關于橋殼強度的研究就成了車輛零部件破壞研究的重中之重。汽車的行駛狀態是復雜的，車橋要經受各種復雜工況所產生的動態載荷，這些動態載荷產生的動應力往往比靜態應力大出很多倍，它們才是導致橋殼破壞的危險因素。研究驅動橋殼靜態和動態特性，有利于合理地減