车辆工程论文.doc

毕业设计说明书(论文) 作 者： 学 号： 学 院： 机械工程学院 系(专业)： 车辆工程 题 目： 轻型汽车驱动桥建模与强度分析 指导者： 评阅者： 2012年 6 月 9日毕业设计中文摘要越野车后驱动桥壳强度分析摘要：为了便于对主减速器、差速器等的拆装和调整，同时还要起到保护作用，驱动桥壳应该具有足够的刚度和强度，并且尽量减小桥壳质量以减小整车质量和提高汽车的灵活性。为了使体型较大的驱动桥壳便于制造加工，应该尽量优化桥壳的结构形式。从对驱动桥壳的实体建模再到有限元分析阶段，得到了桥壳在四种工况下的应力分布情况和应力变形结果：最大铅垂力工况、最大牵引力工况、最大制动力工况、最大侧向力工况。从实体建模到有限元分析阶段大致可以总括为三部分：1、 分析驱动桥壳结构特点，运用三维实体造型软件对驱动桥壳进行建模，并适当进行简化操作。2、对驱动桥壳的三维实体模型进行网格化划分，定义三维模型材料属性和约束，添加外力情况，建立好实体的有限元分析模型。3、根据预先分析好的四种工况对桥壳模型进行强度分析，得出分析结果。关键词：越野车 驱动桥 桥壳 强度分析 有限元分析毕业设计外文摘要Title The finite element analysis of stress strenght of the automotive drive axle housing Abstract: In order to facilitate disassemblying and adjustmenting the Main gear box and differential and protect them, Axle should have sufficient stiffness and strength . Reducing the vehicle mass and improve the vehicles flexibility should minimize the bridges .In order to processing the large size bridges,we should try to opitimize the bridges structure . From the axle of the finite element analysis modeling phase and then to get the bridge shell. We get four conditions of stress distribution and deformation : the maximum vertical force conditions ,the maximum traction conditions, the maximum braking force conditions, the maximum lateral force conditions.From solid modeling to finite element analysis stage can be roughly summarized as three parts:1: Analysis of structural characteristics of axle and the use of three-dimensional solid modeling software to drive axle .Shell model and the proper conduct of streamlined operations.2: On the axle of the three-dimensional solid model grid division, the definition of three-dimensional. Model material properties and constraints, add external circumstances, the establishment of a good finite element entities,analysis mode.3: According to the four pre-conditions of a good shell model of the strength of the bridge and get the results.Keywords： SUV , the drive axle , bridge ，strength analysis, finite element analysis目 次摘要·····················································································Abstract··············································································目录·····················································································第一章 绪论····················································································1.1引言·················································································1.2选题的研究背景、目的和意义···························································1.2.1选题研究的背景···································································1.2.2选题研究的目的和意义·····························································1.3所选研究课题在国内外的研究现状·······················································1.3.1国内研究现状·····································································1.3.2国外研究现状·····································································1.4课题研究的内容和方法·································································1.4.1课题研究的内容···································································1.4.2课题研究的方法···································································1.5本章小结·············································································第二章 有限元法的基本原理及应用·······························································2.1有限元法基本概述·····································································2.2有限元法基本原理、分析步骤、相关软件介绍·············································2.2.1有限元法基本原理·································································2.2.2有限元法分析步骤·································································2.2.3有限元分析相关软件介绍···························································2.3有限元法在汽车设计中的应用···························································第三章 驱动桥壳相关介绍及力学分析计算·························································3.1第四章 驱动桥壳实体模型和有限元模型的建立·····················································第五章 驱动桥壳在四种典型工况下的有限元分析···················································第六章 结论················································································参考文献·················································································40致谢························································································42 第一章绪论1.1引言汽车的驱动桥与从动桥统称为车桥。汽车的驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左右驱动车轮，并使左右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载式车身之间的铅垂力、纵向力和横向力及其力矩1。驱动桥壳设计中要求有足够的强度和刚度,质量小,有足够的疲劳寿命等。合理地设计驱动桥壳也是提高汽车平顺性和舒适性的重要措施。许多厂家在实际设计过程中,往往根据经验和类比,设计出汽车驱动桥壳,然后进行试产,并进行驱动桥壳台架试验,以对设计进行修正。这是一个反复修改和调整的过程,费时费力。如果在设计中,建立驱动桥壳的有限元模型,在计算机上对驱动桥壳进行典型工况下的模拟受力分析试验,则会使设计过程缩短,降低设计成本,产生较好的经济效益2。因此本文使用UG和 Nastran软件分别对桥壳进行建模和强度分析。1.2选题的研究背景、目的和意义 1.2.1选题研究的背景能源是人类赖以生存和发展的物质基础，能源作为全球性战略物资，关系到全球经济安全和军事安全。面对全球能源紧缺的形势，各种节能技术和节能措施已成研究热点。我国的能源形势十分严峻，节能更是当前一项极为紧迫的任务，也是我国经济和社会可持续发展的一项长远战略方针。目前，节能已引起我国社会各界的广泛关注，中央政府把节能减排列为国家经济工作的八大任务之一和考核政府领导的重要指标，以此来推动全社会节能降耗，缓解能源瓶颈制约。 汽车的主要能源是石油产品汽油和柴油。据推测，全世界石油的储藏量约为 3000 亿吨，其中 600 亿吨已经开采，1000 亿吨已经探明。20 世纪 70 年代末期，全世界石油的年总产量为 33 亿吨，目前已经增长到 50 亿吨。照此计算，已探明的石油仅能开采 20年左右，到 2085年世界石油将枯竭。国际能源机构（IEA）的统计数据表明，2001 年全球 57% 的石油消费在交通领域（其中美国达到 67），预计到 2020 年交通用油占全球石油总消耗的 62以上。而交通用油中又以汽车所占的比重最大。美国能源部预测，2020 年后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供需缺口将相当于2000 年世界石油总产量的两倍。我国汽车产业的迅猛发展，导致对石油的需求大增。目前，我国汽车的汽油消费量约占汽油生产量的86，汽车消费的柴油约占柴油生产量的24；我国汽车耗油约占整个石油消费量的1/3，预计到2020年这个比例将上升到57我国已成为世界第二大石油消费国和第三大石油进口国，2006年石油消费量为3.54亿吨，同比增长9.3。石油净进口16287万吨，同比增长19.6。其中，成品油净进口2403万吨，同比增长37.9。2006年我国石油对外依存度达47，比2005年提高4.1个百分点(表1.3为我国石油对外依存状况及预测)。石油进口依存度的不断增加和国际油价的居高不下，不仅使我国的能源安全问题变得日益突出，而且对我国经济的可持续发展影响越来越大。据有关部门预测，国际油价每桶增加1美元，将影响进口用汇46亿元人民币，直接影响我国GDP增长0.043个百分点因此汽车节能迫在眉睫。汽车轻量化对于降低汽车燃油消耗效果非常显著，图1.1给出了车重与燃油里程数的关系： 关于减轻汽车自身质量与燃油消耗下降之间的关系，国内外不少机构和专家对此都作了相应的研究。归纳起来主要有以下5种观点：1、是汽车质量每减小100kg，则百公里油耗可减少0.20.8L，一般为4.5%左右。2、是汽车质量每减轻3%，则可节油1%3%。3、是汽车质量减小1%，其油耗可减少0.7%；汽车质量减小330440kg，可节约燃油费用20%左右。4、是汽车质量每减小50kg，则每升燃油行驶的距离可增加1km；若质量减小10%，则燃油经济性可提高5.5%左右。5、是轿车质量每减小10%，则油耗可下降8%10%。对于1620吨级载货汽车而言，每减小质量1000kg，则油耗可降低6%7%。上述说法表明，汽车轻量化对节省燃油的效果是非常巨大的。2）、汽车环保与汽车轻量化：由于汽车保有量的剧增，汽车尾气对大气环境、人类健康也造成了严重的危害，成为当今城市生活中最为严重的流动污染源。事实上汽车所产生的空气污染量比任何其他单一的人类活动产生的污染量都多，在城市大气污染中,来自汽车尾气排放的有害气体主要为CO、NOX、HC、SO2和微粒等,其比例分别为82%、48%、58%、1.3%和8%。随着机动车保有量的持续增长，我国机动车污染物排放总量持续攀升。2003年全国机动车HC、CO、NOX的排放量是1995年相应污染排放总量的2.51、2.05、3.01倍。另外随着汽车石油消耗量的增加汽车每年向大气中排入的CO2量多达40亿吨，占世界上全部CO2排放量的25%。汽车尾气排放出大量的C02是造成温室效应的重要原因。图1.2给出了油耗量与C02排放之间的关系。 汽车轻量化能有效减少汽车尾气排放总量，在发动机燃油效率、石油质量、点火系统状态条件不变的前提下，降低汽车油耗，汽车尾气排放量将相应减少，从而减轻对环境的危害。面对石油储量逐渐减少，终将枯竭的严峻前景和汽车排放严重破坏地球环境的现实威胁，各国都制定了相应的法规和提出了有效的改进措施。汽车轻量化，对节能减排有着重要意义，关系到国家能源规划战略，一般的汽车质量每减少10，可节油810。努力减轻客车质量、节约燃耗、减少排放污染己成为汽车技术进步的重要而紧迫的课题。此外，在汽车的燃耗和排放方面，我们与发达国家相比也存在不少差距。因此，减轻客车质量和降低燃耗的任务就更为艰巨，为使我国汽车工业尽快赶上国际先进水平，必须高度重视这个问题。1.2.2选题研究的目的和意义驱动桥位于汽车传动系统末端，是汽车总成中的主要承载件之一。在一般的汽车结构中，用于支承并保护主减速器、差速器和半轴等功用的驱动桥桥壳，被用来将发动机发出的扭矩和转速传递到左、右驱动轮。当汽车行驶时，由于轮胎与不平路面相撞击使簧下质量(对于普通的非断开式驱动桥来说，整个驱动桥总成及一端与其相连并支承其上的传动轴的部分质量，与左右驱动车轮一起均属于汽车的簧下质量)产生冲击载荷经悬挂的弹性元件减缓后传给车架、车厢。这种冲击载荷除了随车速的提高和路面不平度的增大而增大外，还随汽车的簧下质量的增大而增大。冲击载荷的增大将必然降低汽车的可靠性、行驶平顺性和缩短汽车的使用寿命。桥壳的质量占簧下质量的绝大部分比例，在强烈的冲击载荷作用下，来自桥壳内部零部件和外部环境的激励产生的振动，也将影响到整个车身的动态性能，甚至会引起桥壳产生很高的动应力，导致出现裂纹甚至断裂，严重影响了行车安全。 驱动桥桥壳作为汽车的主要传力件和承载件，使用频繁，故障率较高，其生产质量和性能直接影响到车辆的整体性能和有效使用寿命。因此桥壳必须具有足够的强度、刚度和良好的动态特性。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。由于还必须保证车辆在加速、紧急制动和各种不同路面条件下的正常工作，所以桥壳是车辆上工作环境最恶劣的部件。根据经验，它们的损坏大部分都是由于外界激励的频率达到车桥固有频率产生的共振引起的较大动应力而造成的。因此，关于桥壳强度的研究就成了车辆零部件破坏研究的重中之重。汽车的行驶状态是复杂的，车桥要经受各种复杂工况所产生的动态载荷，这些动态载荷产生的动应力往往比静态应力大出很多倍，它们才是导致桥壳破坏的危险因素。研究驱动桥壳静态和动态特性，有利于合理地减轻桥壳的质量、降低动载荷，提高汽车行驶的平顺性，具有重要的现实意义。参考文献1 刘惟信.汽车车桥设计.清华大学出版社.20042 郑燕萍等.汽车驱动桥壳台架实验的有限元模拟南京林业大学学报致 谢时光飞逝，四年大学生活转瞬即逝，在此期间留下过的美好回忆会深刻于心。再次谨向在毕业设计这段时间内帮助过我的老师、同学们致以深深的谢意。特别要感谢老师从论文的选题到论文的定稿期间对我的帮助。在完成毕业论文的这段时间多次向老师请教问题，老师每每能够给我正确的引导来帮助排忧解惑。经过这段时间的接触，老师亦师亦友的教学方式使我我们交流起来更加顺畅自然，这段时间的经历会让我难忘终身。