微型汽车驱动桥壳的结构分析以及疲劳寿命预测研究

摘要

在汽车传动系统中，驱动桥将发动机输出的扭矩传递到驱动轮。同时它又支承汽车荷重，并将地面作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、横向力传递到悬架及车架上，因此，驱动桥壳既是承载件又是传力件。在汽车行驶过程中，由于道路状况、气候条件以及传动系统技术状况等复杂多变，桥壳承受交变的冲击载荷，在设计不当或制造工艺有缺陷时，会引起桥壳的变形或者疲劳断裂。因此，设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度、刚度和疲劳寿命。本文对桥壳进行了结构受力分析和疲劳寿命预测，在此基础上提出了合理的改进措施。
　　首先根据桥壳的结构特点以及受力情况，采用三维软件UG对桥壳进行建模并简化，同时建立了桥壳的有限元模型。
　　利用ANSYS分析了桥壳在四种经典工况下的受力情况，得到了桥壳在四种工况下的应力云图和变形云图，同时对桥壳进行垂直弯曲刚性和静强度仿真。基于结构分析结果对桥壳进行疲劳寿命仿真分析，得到了桥壳在不同存活率下的疲劳寿命。
　　针对桥壳进行垂直弯曲刚性、静强度试验以及疲劳试验，试验结果与仿真分析结果一致，验证了仿真模型的准确性。
　　最后根据对桥壳的结构分析和疲劳分析结果进行结构改进，并且对优化结果进行仿真验证，结果显示桥壳的结构改进能够有效改善桥壳的刚度、强度，延长其疲劳寿命。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 有限元分析法的发展概况及其在汽车领域的应用

1．2．2 驱动桥的有限元分析研究现状

1．3 课题的研究目的和意义

1．4 本文的研究内容

1．5 本文的研究方法以及技术路线

1．6 本章小结

第2章 驱动桥壳有限元模型建立

2．1 有限元法及ANSYS软件简介

2．1．1 有限元法的基本思想

2．1．2 有限元法的分析步骤

2．1．3 ANSYS软件简介

2．2 驱动桥壳有限元建模

2．2．1 桥壳模型简化原则

2．2．2 桥壳几何模型简化

2．2．3 桥壳几何模型的建立

2．2．4 网格划分

2．2．5 有限元模型的建立

2．3 本章小结

第3章 驱动桥壳的结构分析

3．1 各种工况及其载荷的计算

3．2 各种工况下的仿真分析

3．2．1 最大垂向力工况的仿真分析

3．2．2 最大牵引力工况的仿真分析

3．2．3 最大制动力工况的仿真分析

3．2．4 最大侧向力工况的仿真分析

3．2．5 桥壳垂直弯曲刚性和静强度台架试验的有限元模拟

3．3 本章小结

第4章 驱动桥壳的疲劳寿命预测

4．1 疲劳强度理论基础

4．1．1 疲劳的特点以及分类

4．1．2 材料的疲劳寿命特性

4．1．3 S-N曲线影响因素

4．1．4 Miner线性疲劳累积损伤理论

4．1．5 雨流计数法

4．2 基于名义应力法的疲劳寿命预测

4．3 桥壳的疲劳寿命预测

4．3．1 桥壳疲劳载荷确定

4．3．2 材料的P-S-N曲线的修正

4．3．3 焊缝的S-N曲线

4．3．4 桥壳的疲劳寿命预测过程以及结果

4．4 本章小结

第5章 驱动桥壳的台架试验

5．1 驱动桥弯曲疲劳试验台

5．1．1 驱动桥弯曲疲劳试验台控制原理

5．1．2 试验台主要技术参数

5．1．3 驱动系统

5．1．4 测量系统

5．1．5 装夹系统

5．2 桥壳垂直弯曲刚性和静强度台架试验

5．2．1 试验目的

5．2．2 试验样品

5．2．3 试验载荷

5．2．4 试验步骤

5．2．5 垂直弯曲刚度和垂直弯曲静强度评价指标

5．2．6 试验结果

5．2．7 垂直弯曲刚性台架试验结果与仿真结果对比

5．3 桥壳的疲劳台架试验

5．3．1 试验方法及过程

5．3．2 试验结果

5．3．3 疲劳寿命试验结果与仿真结果对比

5．4 本章小结

第6章 驱动桥壳的改进设计

6．1 改进分析

6．1．1 桥壳的设计因素

6．1．2 焊接工艺

6．2．1 改进方案

6．2 改进后的仿真分析以及结果对比

6．3．1 最大垂向力工况下的对比

6．3．2 最大牵引力工况下的对比

6．3．3 最大制动力工况下的对比

6．3．4 最大侧向力工况下的对比

6．3．5 满载载荷工况下的对比

6．3．6 疲劳寿命的对比

6．3．7 改进前后分析结果对比

6．3 本章小结

第7章 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录A 作者研究生期间发表的论文

附录B 作者研究生期间参与的科研项目