江铃汽车驱动桥桥壳有限元分析

0 前言

    对于汽车驱动桥桥壳这样几何形状与组成、加工工艺与工序等都比较复杂的机械零部件，为了保证一些关键工艺的质量（如冲压质量、焊接质量等），在其制造过程中往往要定期从生产线中随机抽取样品进行桥壳的垂直弯曲刚性、弯曲静强度、疲劳，等一系列检测试验。根据各种试验中出现的应力集中位置、疲劳裂纹位置和长度来判别产品的制造质量。这是一个反复修改和调整的过程，费时费力。如果在检测过程中，建立驱动桥壳的有限元模型，在计算机上模拟相关试验，再通过小部分抽样试验，则会使设计和检测过程缩短，减少抽样数目，降低生产成本。为此作者选择了江铃汽车某系列的改进型驱动桥桥壳在计算机中进行有限元分析。

1 驱动桥桥壳台架试验

    根据QC/T 533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》的规定，汽车驱动桥桥壳台架试验包括垂直弯曲刚性试验、垂直弯曲静强度试验和垂直弯曲疲劳试验。支点、力点与测点的位置如图1所示。

图1 支点、力点与测点位置图

    驱动桥桥壳垂直弯曲刚性试验评估指标为满载轴荷时每米轮距最大变形不超过1.5mm。垂直弯曲静强度试验评估指标为

    式中kn为垂直弯曲破坏后备系数，当kn>6时为合格；pn为垂直弯曲破坏荷载；P为满载轴荷。

    驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验评估指标的试验数据遵循对数正态分布，取其中值的疲劳寿命不低于80×104次，试验样品中最低寿命不低于50×104次。该桥壳试验情况如图2所示。

图2 台架试验

2 有限元模型建立

    2.1 建模软件和分析平台介绍

    采用的是一套基于Windows平台上的参数化3D实体模型构建软件。有限元分析则是基于ANSYS Workbench协同仿真平台，它是新一代CAE分析环境和应用平台，其中包含了建模工具Design Modeler，分析工具Design Simulation，优化分析Design Xplorer，网格工具CFX Mesh等。

    2.2 建立有限元模型

    该车型桥壳为整体式桥壳，由钢板冲压焊接而成，主要由桥壳本体、半轴套管、后桥盖总成、钢板弹簧固定支座总成、减振器下支架总成、后制动底板固定法兰等组成。在中按原设计图纸对桥壳进行参数化建模，如图3所示。