汽车驱动桥壳现代设计方法的实例分析
传统设计方法设计的桥壳最终应以台架试验为检验标准, 传统的汽车驱动桥壳设计方法是: 桥壳复杂的受力状况简化成三种典型的计算工况, 即当车轮承受最大的铅垂力、承受最大切向力以及承受最大侧向力时。

只要在这三种载荷计算工况下桥壳的强度得到保证, 就认为该桥壳在汽车各种行驶条件下是可靠的。

设计桥壳时将桥壳看成简支梁并校核某特定断面的最大应力值.
传统的汽车驱动桥壳设计方法受力分析
现代设计方法的思路是: 在计算机上根据经验建立汽车驱动桥壳的三维CAD 初始模型, 模拟其三种台架试验, 以满足试验标准为设计要求, 并对结构参数进行优化设计。

利用UG软件进行桥壳建模。

设计的桥壳为整体式, 由钢板冲压焊接而成。

对模型作了必要的简化, 建成三维驱动桥壳初始模型。

利用ANSYS 软件对桥壳进行有限元的分析。

首先在ANSYS 中通过输入接口读入三维桥壳初始模型。

经分析和实践, 模型采用三维8节点实体单元.驱动桥壳垂直弯曲刚性试验模拟, 通过有限元的计算, 可得到桥壳各节点的位移量。

有限元分析力学模型
驱动桥壳垂直弯曲静强度试验模拟, 在有限元模型中, 驱动桥壳在满载工况下, 各点的位移及应力云图.为了尽量接近实际,对左端轮距位置的6 个节点进行X、Y、Z 方向自由度的约束, 右端轮距位置的6 个节点约束其Y、Z 方向的自由度。

观察节点当量应力云图。

位移和应力云图
除约束点出现应力集中外, 应力较大处位于钢板弹簧座两侧的上下表面. 根据标准规定, 驱动桥壳垂直弯曲失效后备系数Kn= Pn/P, 其中Pn为驱动桥壳垂直弯曲失效载荷, P 为满载轴荷。

在计算机上驱动桥壳垂直弯曲失效载荷的确定, 可用桥壳应力值达到材料的强度极限对应的载荷代替。

分别用不同的面载荷加载, 然后由有限元进行计算. 判断该桥壳垂直弯曲失效后备系数是否足够。

驱动桥壳垂直弯曲疲劳试验模拟, 根据以上的有限元应力分析结果, 选取板簧座附近应力最大的节点进行疲劳寿命计算。

输入材料的应力寿命曲线( S- NCurve)由于零件尺寸、几何形状变化、加工质量及强化因素等的影响, 使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。

故先计算弯曲疲劳极限的应力集中系数SCF。

输入相关的数值, 模拟计算结果。

看结果是否低于行业标准中桥壳疲劳寿命不得低于50 万次的要求。

参数的优化设计，.结构参数的优化设计是驱动桥壳现代设计方法的组成部分。

当桥壳台架试验的模拟计算全部满足要求时, 可根据优化目标对可变设计参数进行优化, 使驱动桥壳的设计更理想更经济。

一般情况下,可以重量或体积最小为优化目标。

随着轻量化材料技术,包括生产工艺、装配、连接、材料性能等的不断发展和成熟, 针对不同轻质材料的不同性能,进行多材料混合结构设计,即同一部件的组成零件可由不同材料制造, 以实现所用的材料与零件功能达成最佳组合, 已经成为未来汽车设计发展的方向。