云馬城市客車YM6853驅動橋的建模及有限元分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u18495云馬城市客車YM6853驅動橋的建模及有限元分析案例 110539第1章驅動橋的建模 2317881.1驅動橋橋殼的建模 247491.1.1驅動橋各部件的建模 238901.1.2驅動橋殼總成的裝配設計 7205071.2驅動橋半軸的建模 9179901.3主減速器螺旋錐齒輪的建模 10247691.4差速器行星齒輪的建模 11254181.5本章小結 1219192第2章基于ANSYSWorkbench的有限元分析 13221462.1ANSYS分析流程 13314472.2驅動橋橋殼的有限元分析 13196912.2.1創(chuàng)建分析項目 1375902.2.2模型材料的定義 1425622.2.3幾何模型的導入 14202122.2.4連接關系定義 15125382.2.5有限元模型的網(wǎng)格劃分 16193342.2.5靜態(tài)工況的計算 171192.2.6不平路面上沖擊載荷工況計算 17165372.2.7最大牽引力工況計算 18238752.2.8最大側向力工況計算 20169682.3驅動橋差速器行星齒輪的有限元分析 21111672.3.1模型材料的定義 2125852.3.2幾何模型的導入 22133362.3.3有限元模型的網(wǎng)格劃分 22263682.3.4差速器行星齒輪的ANSYS分析 23307322.8本章小結 24第1章驅動橋的建模1.1驅動橋橋殼的建模1.1.1驅動橋各部件的建模本文使用CATIA中的零件設計模塊進行橋殼各個零件的數(shù)模繪制。1、半軸管套的建模圖5-1半軸管套圖5-2半軸管套圓環(huán)部分草圖圖5-3半軸管套方環(huán)部分草圖圖5-4半軸管套圓環(huán)部分拉伸圖5-5多截面曲面圖5-6半軸管套曲面加厚曲面14mm完成半軸管套建模；2、鋼板彈簧座的建模圖5-7鋼板彈簧座圖5-8鋼板彈簧座草圖定義凸臺16mm；圖5-9鋼板彈簧座支架草圖通過鏡像、拉伸完成鋼板彈簧座建模；3、鏈接環(huán)的建模圖5-10鏈接環(huán)作內徑340mm外徑424mm的圓并拉伸10mm完成建模；4、上橋殼的建模圖5-11上橋殼圖5-12上橋殼側面草圖圖5-13上橋殼正面草圖圖5-14上橋殼修剪圖1圖5-15上橋殼修剪圖2圖5-15上橋殼修剪圖3然后通過凹槽、鏡像等完成建模。1.1.2驅動橋殼總成的裝配設計本設計用CATIA裝配模塊完成各零件的設計建模，考慮各零件的約束關系，完成單個建模后，再將產品合成整體。本文城市客車橋殼設計的時候主要使用的約束工具欄和移動工具欄。用約束工具欄定義接觸約束、角度約束、同軸約束、固聯(lián)約束等。使用移動命令可以快速的實現(xiàn)零部件的旋轉平移。圖5-16驅動橋殼裝配總圖圖5-17驅動橋殼裝配總圖爆炸圖

1.2驅動橋半軸的建模驅動橋半軸建模需要在CATIA草圖上根據(jù)各參數(shù)畫出半軸的草圖，將草圖旋轉得到半軸模型，在半軸模型上進行倒角、打孔、挖花鍵槽完成驅動橋半軸的最終建模。圖5-18驅動橋半軸的建模圖5-19半軸的參數(shù)圖5-20半軸大斷面的孔的創(chuàng)建

1.3主減速器螺旋錐齒輪的建模圖5-21螺旋錐齒輪三維圖的等軸側視圖圖5-22螺旋錐齒輪三維圖的上視圖1.4差速器行星齒輪的建模圖5-23差速器行星齒輪圖5-24行星齒輪草圖圖5-25行星齒輪齒的建模1.5本章小結本章運用CATIA軟件完成城市客車驅動橋的設計和裝配，運用前面得出的數(shù)據(jù)，利用截圖詳細闡述了驅動橋各部分的設計過程，具體數(shù)值，將驅動橋各部件完美地展現(xiàn)出來。

第2章基于ANSYSWorkbench的有限元分析2.1ANSYS分析流程ANSYS分析流程如圖（1—6）：圖6-1有限元分析流程2.2驅動橋橋殼的有限元分析2.2.1創(chuàng)建分析項目本文主要進行城市客車車橋殼結構有限元分析與優(yōu)化設計。要創(chuàng)建分析系統(tǒng)，展開工具箱中的“標準分析”文件夾，然后將分析類型對象“template”拖到項目原理圖上。分析系統(tǒng)顯示為單元的垂直陣列（示意圖），其中每個單元表示分析系統(tǒng)的一個組件。通過右鍵單擊單元格并選擇編輯選項來尋址每個單元格。要創(chuàng)建包含要添加到現(xiàn)有系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆治鱿到y(tǒng)，請將表示上游分析的對象模板直接拖動到現(xiàn)有系統(tǒng)原理圖上，這樣紅色的框將包圍將在系統(tǒng)之間共享數(shù)據(jù)的單元格。上鍵單擊后，將顯示兩個示意圖，其中包括一個互連鏈接和一個關于哪些單元共享數(shù)據(jù)的數(shù)字名稱。本文在ANSYSWorkbench工作區(qū)中選擇StaticStructural，然后拖至Projectschematic區(qū)域中，完成分析項目的創(chuàng)建。圖6-2項目原理圖本文分析時取橋殼尾段進行分析，其分析方法與工況均與整車分析相同，由于分析量減小，這樣可以得到令人滿意的網(wǎng)格，從而可獲得令人滿意的分析結果。2.2.2模型材料的定義ANSYS擁有材料屬性定義功能。驅動橋橋殼材料16Mn。其基本屬性詳見下表6-1。表6-1StructuralSteel材料屬性參數(shù)名稱數(shù)值楊氏模量（N/㎡）2.12X10泊松比0.30密度（Kg/m37850在Projectschematic雙擊A2欄的EngineeringData處雙擊，進入工程數(shù)據(jù)管理模塊?？瞻滋幱益I選擇EngineeringDataSourcse切換至EngineeringDataSourcse選項欄，在選項欄中選擇Generalmaterials，然后在彈出的outlineofGeneralmaterials窗口B列單擊“+”號，完成材料屬性的定義。2.2.3幾何模型的導入模型導入前，需對模型進行簡化處理。模型簡化的主要目的是提高計算速度和精度.本文在導入ANSYS前使用相關三維軟件對模型進行了簡化。將零部件的非關鍵位置的小孔和槽刪去，用圓孔代替螺紋孔，用直角代替圓角及倒角。本文將薄板零部件、梁等零部件提取外表面完成簡化模型。 本文將幾何模型保存為.stp格式。在項目欄Geometry處右鍵選擇ImportGeometry然后單擊Browse，選擇幾何模型的.stp文件。圖6-3幾何文件的導入然后在項目欄Geometry處右鍵，彈出對話框處左鍵單擊EditGeometryinDesignmodeler進入DesignModeler模塊。在DesignModeler模塊中須要進行單位定義，本文選擇長度單位為mm，角度單位為度。單擊Generate命令，生成幾何模型。隨即完成了幾何模型的導入工作。圖6-4橋殼導入ANSYS模型2.2.4連接關系定義本文設計的橋殼以焊接方式連接。AYSYS中可用接觸關系來簡化實際的焊接關系。在模型樹connection處右鍵插入contact，然后右鍵插入manualcontactregion，將邊線定義為contactbodies，將面定義為targetbodies。接觸類型選擇接觸綁定（bonded），符合焊縫連接的物理屬性。2.2.5有限元模型的網(wǎng)格劃分模型導入后，返回Projectschematic，雙擊A4欄的model，進入mechanical模塊，進行橋殼網(wǎng)格劃分。選擇物理參考（physicalpreference）為機械（mechanical）。ANSYS按網(wǎng)格劃分方法可分為：自動劃分法、掃描劃分法、多區(qū)域劃分法。將網(wǎng)格劃分為六面體網(wǎng)格。本文采用六面體網(wǎng)格劃分方式。全局網(wǎng)格單元大小為10mm；網(wǎng)格劃分后詳見下圖。圖6-5橋殼總成網(wǎng)格劃分圖6-6網(wǎng)格質量2.2.5靜態(tài)工況的計算由第四章可知本文對車橋殼進行靜態(tài)強度分析，分析時考慮：不平路面上、最大牽引力或者制動時、最大側向力的三種工況。2.2.6不平路面上沖擊載荷工況計算當汽車高速行駛于不平路面上時，橋殼除承受在靜載荷狀態(tài)下的那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷由4.2.2節(jié)可知右邊鋼板彈簧座上的載荷為ZL=Z圖6-7不平路面的沖擊載荷工況邊界條件由圖（6-8）可知，橋殼在不平路面上工況下的應力為137.07Mpa。第四強度理論認為：引起材料屈服主要因素是畸變能，而且，不論材料處于何種應力狀態(tài)，只要畸變能密度達到材料單向拉伸屈服時的畸變能密度，即材料發(fā)生屈服。第四強度理論的強度條件為：12查16Mn規(guī)格表可知，橋殼材料的屈服強度為345MPa，彎曲工況下的應力小于屈服強度，滿足強度要求。查總變形量圖（TotalDeformation）可知橋殼最大變形量為0.18mm。變形量較小，滿足要求。圖6-8不平路面上沖擊載荷工況的等效應力仿真結果圖6-9不平路面上沖擊載荷工況的應力仿真結果2.2.7最大牽引力工況計算對比4.2.3節(jié)和4.2.4節(jié)的計算結果，取汽車以最大牽引力行駛時的切向力為計算結果為最大切向力工況計算載荷。在進行汽車以最大牽引力行駛時橋殼強度計算計算時忽略汽車側向力。此時作用在左右驅動輪上除有垂向反力外，還有切向反力。在板簧坐處施加Z1L=Z1R=19075N的垂向力，在板簧座處施加；圖6-10最大牽引力工況邊界條件由圖（6—11）可以看出，最大應力出現(xiàn)在半軸套管處，這與實際情況相吻合。最大牽引力工況工況最大應力為33.72MPa。小于材料屈服強度σs圖6-11最大牽引力工況的等效應力仿真結果圖6-12最大牽引力工況的最大位移仿真結果有圖6-12可以看出橋殼在最大牽引力工況下的最大變形發(fā)生在橋殼中段，最大變形量為0.0524mm。說明橋殼具有足夠剛度即剛度也滿足強度要求。2.2.8最大側向力工況計算當車輛滿載、高速轉彎時，則會產生一個相當大的且作用于汽車質心處的離心力。汽車也會由于其他原因而承受側向力。當汽車所承受的側向力達到地面給輪胎的側向反作用力的最大值即側向附著力時，則汽車處于臨界狀態(tài)，此時沒有縱向力。此時一個車輪離開地面，后橋垂直載荷全部作用在另一面車輪上，其危險斷面在輪轂軸承附近。對于全浮式，在橋殼兩端的半軸套管上，各裝著一對輪轂軸承，他們布置在車輪垂向反作用力作用線的兩側。由4.2.5可知：此時為側Z2R=64680N；則Y2R=51744N。載荷均有右側車輪承擔，左側車輪Z2l圖6-13最大側向力工況邊界條件由圖（6-13）可以看出，最大應力為92.58MPa。遠小于材料屈服強度σs圖6-14最大側向力工況的最大位移仿真結果圖6-15最大側向力工況的最大位移仿真結果2.3驅動橋差速器行星齒輪的有限元分析2.3.1模型材料的定義ANSYS擁有材料屬性定義功能。驅動橋橋殼材料20CrMn。其基本屬性詳見下表6-2。表6-2StructuralSteel材料屬性參數(shù)名稱數(shù)值楊氏模量（N/㎡）2.07X10泊松比0.25密度（Kg/m37800在Projectschematic雙擊A2欄的EngineeringData處雙擊，進入工程數(shù)據(jù)管理模塊?？瞻滋幱益I選擇EngineeringDataSourcse切換至EngineeringDataSourcse選項欄，在選項欄中選擇Generalmaterials，然后在彈出的outlineofGeneralmaterials窗口B列單擊“+”號，完成材料屬性的定義。2.3.2幾何模型的導入模型導入前，需對模型進行簡化處理。模型簡化的主要目的是提高計算速度和精度.本文在導入ANSYS前使用相關三維軟件對模型進行了簡化。 本文將幾何模型保存為.stp格式。在項目欄Geometry處右鍵選擇ImportGeometry然后單擊Browse，選擇幾何模型的.stp文件。圖6-16幾何文件的導入然后在項目欄Geometry處右鍵，彈出對話框處左鍵單擊EditGeometryinDesignmodeler進入DesignModeler模塊。在DesignModeler模塊中須要進行單位定義，本文選擇長度單位為mm，角度單位為度。單擊Generate命令，生成幾何模型。隨即完成了幾何模型的導入工作。2.3.3有限元模型的網(wǎng)格劃分模型導入后，返回Projectschematic，雙擊A4欄的model，進入mechanical模塊，進行橋殼網(wǎng)格劃分。選擇物理參考（physicalpreference）為機械（mechanical）。ANSYS按網(wǎng)格劃分方法可分為：自動劃分法、掃描劃分法、多區(qū)域劃分法。將網(wǎng)格劃分為六面體網(wǎng)格。如圖6-17所示。網(wǎng)格質量合格。圖6-17行星齒