载货汽车后驱动桥壳有限元分析

      载货汽车非断开式后驱动桥壳支承汽车重量并将载荷传给车轮，是重要的承载部件和传力部件。后驱动桥车轮上所承受的垂向力、牵引力、制动力、侧向力都是通过后驱动桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此，承受多种载荷作用的后驱动桥壳性能的好坏直接影响农用载货汽车可靠性和有效使用寿命。某型农用载货汽车非断开式后驱动桥壳结构示意图如图所示。
      农用载货汽车工作环境较差，合理地设计后驱动桥壳,降低动载荷，保证强度和刚度，将有利于提高农用载货汽车行驶的平顺性和可靠性。驱动桥壳的传统设计方法是将桥壳简化成一个简支梁并结合经验的方法,这种设计方法存在较多局限性。本文利用软件 Workbench对某型农用载货汽车非断开式驱动桥壳进行有限元分析，根据有限元模型建立的原则，对后驱动桥壳结构进行适当简化，得到4种典型工况下的桥壳应力和位移变形分布规律。
      在UG中建立某型农用载货汽车后驱动桥壳的三维模型，在保证有限元分析精度前提下，对模型进行简化，以提高运算速度，忽略如油孔等不重要的结构，保留对有限元分析有影响的部分。本文建立的后驱动桥壳模型尺寸参数为：壁厚8 mm，轮距1640 mm，板簧距910 mm。结构主要包括：桥壳本体、两个板簧座、两个轮毂总成和一个凸包组本文利用ANSYS Workbench进行网格划分，采用四面体网格。经ANSYS Workbench划分网格后，该有限元模型共有节点数420691，单元数245532，如图所示。
      农用载货汽车后驱动桥壳工作环境较差，因为行驶工况的变化，后驱动桥壳受力不断变化。后驱动桥壳上所承受的载荷的大小和方向直接影响到有限元分析计算结果的准确性。农用载货汽车后驱动桥壳承受车轮负荷、驱动力、制动力和侧向力。本文计算时将复杂的受力状况简化成4种典型的工况（垂向力工况、牵引力工况、制动力工况以及侧向力工况），分别分析不同静态载荷作用下的响应。4种工况下的受力大小计算如下。
      加载方式和约束条件确定，为保证后驱动桥壳受力分析时不会产生刚性位移并且能够便于计算分析，本文确定的加载方式和约束条件如表2所示。
      某些农用载货汽车后驱动桥满载时承受载荷43120 N，动载荷系数2.5，桥壳承受垂向力26950 N，此时后驱动桥壳经ANSYS Workbench分析的应力分析云图和总变形分析云图如图所示。
      图中，应力集中出现在桥壳凸包边缘以及弹簧座和轮毂边缘区域，应力为23.992 MPa，远小于材料的屈服应力极限值，桥壳其他区域应力较小，能够满足强度要求。图中，位移变形较大区域出现在桥壳两板簧座之间区域，变形量出现在桥壳凸包区域，变形量为0.039 2mm。该农用载货的轮距为1.64 m，每米轮距变形量为0.0239 mm/m，其值远小于国家标准规定满载轴荷时每米轮距变形量1.5 mm/m，桥壳满足刚度要求。
      此工况下，发动机以转矩工作。农用载荷汽车满载，后驱动桥壳主要承受垂向力和侧向力，分别为25872 N 和29117.80 N。此时后驱动桥壳经ANSYS Workbench分析的应力分析云图和总变形分析云图如图所示。