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汽车驱动桥桥壳动力特性分析与疲劳寿命预测

林正祥  
【摘要】: 作为汽车的主要承载件和传力件,驱动桥桥壳支撑着汽车的荷重,并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力和侧向力,也是经过桥壳传到悬挂及车架或者车厢上。根据经验和理论研究,引起桥壳破坏的主要原因是由路面不平度引起的冲击力和交变荷载作用下的疲劳失效。 由于汽车的行驶工况比较复杂,驱动桥桥壳的强度和动态性能直接影响汽车运行安全,合理地设计桥壳也是提高汽车平顺性和舒适性的重要措施之一。因此,必须对桥壳强度、刚度和动态特性进行力学分析。 本文以有限元法分析理论为基础,使用有限元软件ABAQUS和ANSYSWORKBENCH对某中型货车的驱动桥壳进行动力性能分析和疲劳寿命分析。完成了从三维几何建模到有限元分析的整个过程。紧急制动时程分析得出桥壳结构在紧急制动工况下的应力,位移等的时程曲线,以及阻尼和路面滑动附着系数对桥壳承载能力的影响。在桥壳模态分析的基础之上完成了谐响应分析,确定了可能发生共振危害的危险频段,并提出改进意见。在考虑过盈装配接触非线性的基础之上进行疲劳寿命分析,得到了当过盈量分别取0.01mm,0.05mm和0.1mm时的疲劳寿命分布图和应力分布图。 对某样车后桥壳的有限元分析结果显示:紧急制动工况下,桥壳内的最大Mises应力小于许用应力值,该桥壳满足强度要求;计算得到了结构在谐荷载作用下的共振频率和动应力曲线,可为桥壳设计提供参考;当半轴套管处过盈量在0.01mm-0.05mm时,桥壳满足中值寿命不低于80万次,最低寿命不低于50万次,符合标准要求,随着过盈量继续增大,桥壳本体过盈装配处成为主要的疲劳破坏危险点。 根据桥壳分析结果,建议在桥壳设计制造过程中,采用变截面设计方案,桥壳本体处应力较大区域进行加强,而在应力分布较小区域减小厚度,达到材料的合理利用。过盈量应结合工艺要求,取较小值,以免造成本体疲劳寿命的显著降低。


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