斯太尔重卡驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析.doc





《斯太尔重卡驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《斯太尔重卡驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析.doc(65页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流斯太尔重卡驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析.精品文档.斯太尔重卡驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元分析马腾飞 安徽理工大学机械工程学院 安徽淮南 232001摘要 汽车驱动桥壳是车辆中重要的安全部件。论文以某重型货车后驱动桥壳为研究对象,运用三维软件CATIA建模;运用ANSYS软件开展了桥壳在各种工况下的静力学分析,分析结果表明,桥壳的强度和刚度满足设计要求;运用ANSYS软件对桥壳开展了模态分析,分析结果表明桥壳的结构设计合理。上述静力分析和模态分析的结果可以为新产品的开发和结构优化设计提供重要的参考依据。关键词 驱动桥壳 CATIA
2、ANSYS 静力分析 模态分析 Structural Strength and Modal Analysis of Heavy Truck Driving Axle Housing Tengfei MaSchool of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and TechnologyAbstract The automobile drive axle housing is an important safety component in vehicle. The 3D model of the drive axle hous
3、ing is established in the CATIA,Based on the actual use conditions for a heavy truck drive axle housing, this paper used finite element analysis software ANSYS to analyze the strength, stiffness and modal of the axle housing, which results show that the design of the axle housing is rational. These
4、results of static analysis and modal analysis can provide some references for the development of new products and the structure optimization design in the future.Key words drive axle housing CATIA ANSYS Static analysis Modal analysis 0 引言随着中国经济高速发展,汽车工业迈进了新的发展时代,重型载货车的需求量不断增大,对重型汽车的性能要求也愈来越高。汽车驱动桥壳是
5、其主要承载构件之一,其主要功用是支撑汽车重量,并经悬架传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向作用力及其力矩,同时它又是主减速器、差速器、半轴等的装配基体。根据汽车设计理论,驱动桥壳的设计应满足应力和变形要求,局部应力集中不应该导致桥壳的断裂或塑性变形。为保证车桥工作的可靠性和安全性,对其进行应力和变形分析具有非常重要的意义。为了提高强度、刚度和可靠度等指标,目前大量采用现代设计方法,运用有限单元法对驱动桥壳进行计算、分析与优化。1 驱动桥壳受力分析图1为某重型货车后驱动桥壳的三维模型。建模时,根据桥壳的受载情况,在满足计算精度的前提下,可以简化或者省略有些细节,如不考虑焊接处材料性质的变化、
6、忽略不重要的小尺寸和小孔结构、桥壳的材料为均质材料且各向同性等。利用CATIA建立简化的几何模型如图1所示。图1 某重型货车后驱动桥壳三维模型在实际的运动过程中,不同的运动状态对桥壳的受力情况影响很大。主要对桥壳的4种工况进行分析,分别是2.5倍冲击载荷工况、最大牵引力工况、最大制动力工况和最大侧向力工况。该后桥额定载荷按10T来计算。1.1 冲击载荷行驶工况 汽车在不平路面上高速行驶时,后桥壳除承受静载荷外,还承受附加的冲击载荷。图2是桥壳在冲击载荷时受力分析简图。此时,后桥壳垂向载荷通常取满载静载荷的2.5 倍,即式中:G2 为汽车满载静载荷;K为动载荷系数,对载货汽车取2.5。图2 冲击
7、载荷时受力分析简图1.2 最大牵引力行驶工况汽车以最大牵引力行驶时,后驱动桥壳的受力分析如图3所示。此时,后桥内、外车轮所承受的垂向负荷分别为式中,m2 为行驶时的车桥负荷转移系数,对于牵引车取1,地面对外驱动车轮的最大切向反作用力Fx 为式中:TE 为发动机最大转矩,单位Nm,i1 为变速器挡速比,i0 为主减速器速比,rr 为轮胎滚动半径,为传动系效率(由发动机至轮边)。由最大切向反作用力Fx 产生一个绕轮胎中心线方向的转矩T 为图3 最大牵引力时受力分析简图1.3 紧急制动行驶工况汽车紧急制动时,可不考虑侧向力。图 4为紧急制动时后驱动桥壳的受力分析简图。图中后桥内、外车轮所承受的垂向负
8、荷FZi、FZo 分别为式中:m为汽车紧急制动时的质量转移系数,取1.2。另外,水平方向的纵向力Fx 为式中:为轮胎与地面的纵向附着系数,计算时取=0.8。同时,由水平方向的纵向力Fx 而产生一个绕桥壳中心线的力矩T,其大小为图4 紧急制动时受力分析简图1.4 最大侧向力行驶工况 当汽车所承受的侧向力达到地面作用于轮胎的侧向反作用力的最大值(即附着力)时,汽车处于侧滑的临界状态,侧向力一旦超过侧向附着力,汽车则侧滑。汽车向右侧滑时的受力分析如图5。图中,Fyi、Fyo 分别表示地面对后驱动桥内、外驱动车轮的侧向反作用力,FZi、FZo 分别表示侧滑时内、外驱动车轮的支撑反力。图5 侧滑时时受力
9、示意图当汽车处于侧滑状态时,汽车向右侧滑时的受力分析如图6。此时,地面给后桥内、外驱动车轮所承受的垂向力FZi、FZo 分别为式中:G2 为汽车满载静止于水平路面时后驱动桥的载荷。上述地面给内、外驱动车轮的侧向反作用力Fyi、Fyo 分别为式中:1 为地面的侧向附着系数,取0.6。作用在右侧车轮上的侧向力会使桥壳产生一个绕前进方向的转矩T,其大小为2 驱动桥壳强度分析2.1 约束及加载文中桥壳所用的材料铸钢ZG35Mn,屈服强度极限是345Mpa,拉伸强度极限是570Mpa,许用应力值345Mpa。半轴套管的材料是合金钢40MnB,许用应力值是785Mpa。根据汽车行驶时的各工况状态对模型进行
10、约束,如表1所示。表1 各工况下桥壳的约束条件工况约束条件最大垂向力约束左钢板弹簧座处X、Z方向的平动和Y向的旋转,右钢板弹簧座处X、Y、Z方向的平动和Y向的旋转。最大牵引力约束桥壳两端半轴套管安装内外轴承位置处X、Z方向的位移以及约束桥壳中间对称截面处节点Y方向的位移。最大制动力约束桥壳一端的半轴套管上内外轮毂轴承外圆面处X、Y、Z方向的平动,另一端内外轮毂轴承外圆面处Y、Z方向的平动,桥壳中央加强圈面上的Z方向的位移。最大侧向力约束左钢板弹簧座处X、Y和Z方向的平动,右钢板弹簧座处X、Z方向的平动。针对各种工况对桥壳进行垂直力、纵向力及力矩的加载,如表2所示。表2 各工况下桥壳的加载方式工
11、况施加载荷最大垂向力在两侧车轮轮距处各节点施加垂直向上的垂直载荷。最大牵引力桥壳两侧的钢板弹簧座上施加垂向载荷和切向载荷,在两侧钢板弹簧座间施加转矩。最大制动力桥壳左右两侧钢板弹簧座上施加垂向载荷和卡车行驶方向相同的切向力,在两侧钢板弹簧座之间作用大小相等,方向相反的力矩。最大侧向力侧滑方向一侧轮轮距处各节点施加垂直向上的垂直载荷和水平方向的侧向力。2.2 等效应力及应变云图 各个工况下的等效应力和应变云图如图6图9所示。a. 等效应力云图b. 应变云图图6 最大垂向力工况下等效应力和位移云图a. 等效应力云图b. 应变云图图7 最大牵引力工况下等效应力和位移云图a. 等效应力云图b. 应变云
12、图图8 最大制动力工况下等效应力和位移云图a. 等效应力云图b. 应变云图图9 最大侧向力工况下等效应力和位移云图2.3 结果分析桥壳各个工况下的等效应力和应变的分析结果见表3表3 各工况下等效应力和应变工况最大等效应力/MPa最大应变/mm最大垂向力262.730.786最大牵引力270.681.434最大制动力222.890.436最大侧向力621.883.133由表3可知,桥壳在最大牵引力工况下等效应力最大,发生在左右两边轮毂轴管处,值为621.88MPa,小于材料的许用应力785Mpa;同时形变也最大,值为2.633mm,每米轮距变形量为2.633/1.860=1.42mm/m,满足国
13、家标准规定满载轴荷时每米最大变形不超过1.5mm的要求。因此4种工况下该桥壳的强度和刚度均满足要求。3 驱动桥壳的模态分析 模态分析是获得结构固有频率和振型,研究结构振动特性的一种方法。本节通过模态分析提取整个桥壳在前6阶的固有频率和模态振型等参数。根据需要,提取结构的前6阶固有频率,前6阶模态振型如图10图16所示。图10 第1阶模态振型图11 第2阶模态振型图12 第3阶模态振型图13 第4阶模态振型图14 第5阶模态振型图15 第6阶模态振型桥壳后六阶模态的固有频率和振型如表4所示。阶数固有频率/Hz振型特征1838.79一阶侧向弯曲2940.66一阶垂向弯曲31045二阶垂向弯曲411
14、01.1二阶水平弯曲51137.7二阶侧向弯曲61201.5一阶扭曲变形汽车在正常行驶时,其振动系统主要承受频率为050 Hz的路面激振。由分析结果可知,该桥壳自1阶至6阶的各阶模态的固有频率都大于50Hz,因此该桥壳不会发生共振现象,由此说明该桥壳的结构设计合理。4 结论综上所述,由静力分析可知,桥壳的最大应力小于材料的屈服极限,满足强度要求。桥壳的最大变形量未超过国家标准规定满载轴荷时每米最大变形1.5mm的要求,满足刚度要求。由模态分析可知,桥壳各阶模态的固有频率都大于路面激励频率,不会发生桥壳共振现象,因此桥壳的结构设计合理。利用CATIA建立某重型载重货车驱动桥壳简化三维模型,导入A
15、NSYS软件建立其有限元模型。通过对桥壳的静力分析和模态分析,可大大降低设计开发成本,具有较强的指导作用和经济价值。参考文献1 刘惟信.汽车车桥设计M.北京:清华大学出版社,2004:332-335. 2张安鹏,霍有朝.CATIA V5基础培训标准教程M.机械工业出版社,2010:66-713黄靖龙,缪协兴,罗善明.重载货车驱动桥壳有限元分析J. 机械设计与研究,2010,34(7):9-15.4詹东安,范云霄.汽车驱动桥壳三维实体建模和有限元分析5 X.X. Chen, J.Z. Xing and Y.K. Wang: ANSYS Analysis Examples and Engineer
16、ing Application (Machinery industry press, China, 2012), P. 45-55 (In Chinese).6 C.H. Zhang: ANSYS12.0 structure analysis examples of engineering application analysis (Machinery industry press, China, 2013), P. 136-143. (In Chinese).原文已完。下文为附加的原创公文,如不需要,下载后可以编辑删除,谢谢! 银行十三五期间金融扶贫工作计划与实施方案各支行、部:为贯彻落实中
17、央、省、市扶贫开发会议精神,进一步加大精准扶贫工作力度,确保现行标准下的全县农村贫困人口实现全部脱贫、贫困村全部出列。根据省联社扶贫专题会议要求,结合我县实际,特制定本实施方案。一、总体要求认真贯彻落实中央、省、市、县关于脱贫攻坚的部署要求,围绕“四个全面”战略布局,牢固树立并切实贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,把脱贫攻坚作为重大政治任务,以同步小康统揽扶贫开发总体目标,把精准扶贫、精准脱贫作为基本方略,按照“党委领导、支行主导、农民主体、精准到户、扶贫到人”的思路,坚持“开发式”金融扶贫,推动扶贫开发由过去“输血式”扶贫向“造血式”扶贫转变,坚决打赢脱贫攻坚战。二、目标任务按照十
18、三五期间(2016-2020 年)坚决打赢脱贫攻坚战的战略目标,围绕“贫困人口全部脱贫,贫困县全部摘帽,解决区域整体贫困”的总体要求,牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,充分发挥农商银行面向县域、扎根农村、贴近“三农”的定位优势,创新金融扶贫体制机制,丰富扶贫信贷产品,帮助贫困人口发展生产、创业就业、增收致富,改善贫困地区发展环境、激发经济活力,坚持做到扶贫项目优先支持、扶贫资金优先安排、扶贫工作优先对接、扶贫措施优先落实,综合施策,精准发力,探索出一条金融扶贫和自身可持续发展相得益彰、具有安徽农金特色的金融扶贫之路。 在 2015 年建档立卡贫困户评级授信的基础上,2016 年上
19、半年对符合贷款基本条件的贫困户授信建档率达 100%,2016 年计划单列专项扶贫信贷资金 1亿元;到 2020 年底,计划累计投放扶贫信贷资金超过4亿元,其中对建档立卡的贫困村、贫困户累计投放 2亿元,并实现全县贫困地区基础金融服务全覆盖。三、扶贫范围及实施主体(一)扶贫范围。全县建档立卡的贫困村、贫困户。(二)实施主体。全县有扶贫开发任务的所在地乡镇的支行。四、工作重点及规划(一)实施产业扶贫。坚持把产业扶贫作为脱贫攻坚的主要手段,立足各地资源禀赋和产业基础,因村制宜,扶持贫困村发展“一村一品”,大力支持特色农业、设施农业、生态农业、休闲农业、农产品加工业、农业服务业、乡村旅游业等信贷投放
20、,努力用产业发展带动贫困户脱贫。金融支持新型农业经营主体发展,带动贫困户就地就业和转移就业实现脱贫。深入实施光伏扶贫工程,加大信贷投入,全面完成贫困村和“三无”特困农户光伏电站建设,实现贫困村顺利出列和“三无”特困农户的稳定脱贫。大力开展“大众创业、万众创新”,增加资金项目投入,加大金融信贷扶持力度,鼓励支持有创业需求和创业能力的贫困户,通过创业实现脱贫。从 2016 年起,实现产业扶贫贷款增速不低于各项贷款平均增速,产业扶贫贷款规模占各项贷款比重逐年攀升,到 2020 年,计划累计投放产业扶贫信贷资金不低于 2亿元。(二)实施创业就业扶贫。继续加大信贷支持农村青年致富带头人、下岗职工、返乡农
21、民工、进城务工人员、残疾人、妇女以及因结构调整、过剩产能化解中失业人员等困难群体创业就业,帮助解决创业资金瓶颈问题。大力支持劳动密集型企业、小微企业及服务业,积极促进大众创业、万众创新,以创业带动就业,实现“就业一人,脱贫一户”。坚持“扶贫先扶智”,实施助学圆梦工程,在开展政策性的生源地助学贷款基础上,进一步扩大扶助范围和延伸支持对象,做到政策性助学贷款和商业性教育贷款并举,打通教育扶贫推动多渠道就业的社会通道,阻断贫困现象代际相传。从 2016 年起,每年新增创业就业扶贫贷款不低于1000万元,到 2020 年,确保累计投入创业就业扶贫信贷资金超过5000万元。(三)实施基础设施建设扶贫。紧
22、紧抓住制约贫困地区发展的基础设施落后问题,信贷资金重点加大对农业基础设施、道路交通、农田水利、能源电力、农村信息化建设的支持,增强贫困地区自我发展能力和发展后劲。坚持生态保护和资源开发并重,支持贫困地区生态环境治理、生态功能保护以及矿产、能源、旅游等资源开发项目,把资源优势转变为经济优势、扶贫成效。从2016 年起,持续加大对贫困地区农村基础设施建设的信贷投放,到 2020 年,累计投放贫困地区农村基础设施建设信贷资金超过3000万元。(四)实施民生保障扶贫。信贷资金加大支持新型城镇化、工业园区建设、保障性安居工程和美丽乡村建设等综合开发项目。结合贫困地区易地搬迁工程,为符合条件的搬迁户提供建
23、房、生产、创业贷款支持;支持贫困户危房改造,帮助改善居住环境,发挥滞后薄弱领域的金融保障作用。到 2020 年,注入民生保障工程的扶贫信贷资金总量超过 3000万元,金融支撑改善民生保障的主力军地位进一步凸显。(五)实施普惠金融扶贫。依托贫困村两委、特约商户、农村社区超市等固定场所,加大电子机具布放,为贫困村农村居民提供消费、转账、查询和小额取款等基础性金融服务,实现贫困村金融服务“村村通”,打通金融服务“最后一公里”。加大金融知识和产品宣传普及力度,触角延伸到村到户,让广大贫困村和贫困群众共享均等化金融服务。五、实施步骤(一)组织动员阶段。根据扶贫开发任务和目标,在 2016 年一季度之前,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 斯太尔重卡 驱动 桥桥壳 结构 强度 有限元分析

限制150内