摘要：文章通過三維設計軟件UG對某輕型汽車的驅動橋橋殼進行建模，并用NXNastran有限元分析軟件對橋殼進行了強度計算和模態分析，得出了零件的應力和變形分布。通過對比不同厚度下驅動橋殼的各階固有頻率，選出了最優的驅動橋橋殼厚度，其計算結果為汽車驅動橋橋殼的結構設計和優化提供了依據。
　　關鍵詞：驅動橋橋殼；建模；模態分析
　　1引言
　　汽車驅動橋橋殼是汽車上的主要承載構件之一，其應有足夠的強度和剛度，并在滿足使用要求的前提下應盡可能便于制造。根據汽車設計理論，驅動橋橋殼的常規設計方法是將橋殼看成一個簡支梁并校核幾種典型計算工況下某些特定斷面的最大應力值，然后考慮一個安全系數來確定工作應力。由于這種設計方法有很多局限性，因此近年來許多研究人員利用有限元方法對驅動橋橋殼進行了計算和分析。
　　2有限元模型的建立
　　本次課題的研究對象是某輕型汽車的后驅動橋橋殼。由于整體式橋殼具有強度和剛度大，主減速器拆裝、調整方便等優點，所以此次選擇整體式橋殼作為分析對象。它由鋼板沖壓焊接而成，主要結構有橋殼本體、半軸套管、后橋蓋總成、鋼板彈簧固定座總成、減振器下支架總成、后制動底板固定法蘭、凸緣盤等。
　　2.1三維模型的建立
　　實體建模時，盡量依照實際幾何模型建立實體模型，但根據橋殼的實際受載情況，有些細節可以在建模時省略或簡化。去掉那些對分析影響不大的特征(如倒角、圓角等)和一些小孔，把橋殼中部的牙包簡化為球體外形，略去連接座上的螺栓孔。而軸肩處的圓弧不能省略，因為此處可能正是應力集中的地方。
　　本次設計通過UG軟件建立的驅動橋殼模型如圖1所示：
　　
　　圖1汽車驅動橋殼前側
　　2.2確立有限元類型及網格劃分
　　在UG的CAE模塊中進行有限元分析，可以直接引用Scenario模型，并以下步驟進行：
　　1.新建FEM與仿真部件：設置求解器為NXNastran，分析類型為結構分析，結算方案設置成迭代求解，默認溫度20攝氏度。
　　2.理想化模型：由于部件三維模型中的細節將影響整個結構的網格分布，增加網格的數量會使模型過于復雜。因此，去掉三維模型那些對分析影響不大的特征(如倒角、圓角等)和一些小孔。例如將直徑小于10mm的孔刪除，便于網格劃分。
　　3.劃分3D網格：采用UG/Scenarioforstructure進行網格劃分，劃分網格時選用四面體10節點單元(四面體10節點單元具有較高的剛度及計算精度)，全局單元尺寸大小為18.3，運用網格自動劃分來建立橋殼有限元網格模型，部件中共有41272個節點，20634個單元，如圖2所示：
　　
　　圖2驅動橋殼網格模型
　　4.填充材料：填充的材料為鋼(庫材料{13})，材料類型為各向同性，質量密度為7.829e-006kg/。
　　3橋殼結構有限元分析
　　3.1有限元分析方案
　　后橋是汽車中的重要部件，它承受著來自路面和懸架之間的各種力和力矩，如果設計不當會造成嚴重的后果。因此在設計過程中必須對其應力分布、變形等進行計算和校核，其項目如下：
　　(1)后橋橋殼垂直彎曲強度和剛度計算；
　　(2)后橋總成模態分析，計算后橋殼總成的固有頻率及振型。
　　橋殼的相關數據：驅動橋滿載后軸重為5.5T，簧距880mm，輪距1540mm，板簧座表面面積7000，橋殼本體材料選用09siVL-8鋼板，查看相關手冊，材料彈性模量E=5MPa，泊松比為0.3，屈服強度=355MPa，屈服極限510-610MPa，材料密度為7850kg/。根據國內外經驗，垂向載荷均取為橋殼滿載負荷的2.5倍，即為9.625MPa。
　　3.2結構靜力學分析
　　計算橋殼的垂直彎曲剛度和強度的方法是將后橋兩端固定，在彈簧座處施加載荷，將橋殼兩端6個自由度全部約束，在彈簧座處施加規定的載荷。當承受滿載軸荷時，根據國家標準，橋殼最大變形量不超過1.5mm/m，承受2.5倍滿載軸荷時，橋殼不能出現斷裂和塑性變形。
　　該約束在后橋兩端半軸套管處施加，為固定約束；在彈簧座上施加靜力載荷；如圖3所示：
　　
　　圖3約束與載荷的施加
　　根據建立的有限元分析模型，通過NASTRAN解算器，計算了部件在2.5倍滿載荷條件下的位移和應力。如圖4、圖5所示：

　　圖4滿載荷條件下的位移云圖
　　
　　圖5滿載荷條件下的應力云圖
　　其結果如下：最大位移為2.301mm，最大應力出現在半軸套管約束處，為644.7Mpa，每米輪距的變形量為2.301mm/1.540m=1.493mm/m，小于規定的1.5mm/m。
　　從圖5可以看出，在橋殼方形截面與牙包過渡的地方，其應力為275MPa左右，遠小于其許用應力。
　　綜上分析，8mm厚度的橋殼本體是完全符合橋殼結構強度要求的。
　　3.3驅動橋殼結構模態分析
　　新建解算方法solution2，解算方案類型選semodes103。
　　改變橋殼本體厚度做模態分析，固有頻率結果如表1所示。（單位：Hz）

　　表1模態分析結果
　　從上表可以看出，在厚度降低時，橋殼的低階固有頻率是在不斷地增加的，說明降低橋殼的厚度可以提高其低階固有頻率，從而提高橋殼剛度。
　　
　　圖6一階模態云圖

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