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載貨汽車后驅動橋殼有限元分析

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      載貨汽車非斷開式后驅動橋殼支承汽車重量并將載荷傳給車輪,是重要的承載部件和傳力部件。后驅動橋車輪上所承受的垂向力、牽引力、制動力、側向力都是通過后驅動橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此,承受多種載荷作用的后驅動橋殼性能的好壞直接影響農用載貨汽車可靠性和有效使用壽命。某型農用載貨汽車非斷開式后驅動橋殼結構示意圖如圖所示。
      農用載貨汽車工作環境較差,合理地設計后驅動橋殼,降低動載荷,保證強度和剛度,將有利于提高農用載貨汽車行駛的平順性和可靠性。驅動橋殼的傳統設計方法是將橋殼簡化成一個簡支梁并結合經驗的方法,這種設計方法存在較多局限性。本文利用有限元分析軟件ANSYS Workbench對某型農用載貨汽車非斷開式驅動橋殼進行有限元分析,根據有限元模型建立的原則,對后驅動橋殼結構進行適當簡化,得到4種典型工況下的橋殼應力和位移變形分布規律。
      在UG中建立某型農用載貨汽車后驅動橋殼的三維模型,在保證有限元分析精度前提下,對模型進行簡化,以提高運算速度,忽略如油孔等不重要的結構,保留對有限元分析有影響的部分。本文建立的后驅動橋殼模型尺寸參數為:壁厚8 mm,輪距1640 mm,板簧距910 mm。結構主要包括:橋殼本體、兩個板簧座、兩個輪轂總成和一個凸包組本文利用ANSYS Workbench進行網格劃分,采用四面體網格。經ANSYS Workbench劃分網格后,該有限元模型共有節點數420691,單元數245532,如圖所示。
      農用載貨汽車后驅動橋殼工作環境較差,因為行駛工況的變化,后驅動橋殼受力不斷變化。后驅動橋殼上所承受的載荷的大小和方向直接影響到有限元分析計算結果的準確性。農用載貨汽車后驅動橋殼承受車輪負荷、驅動力、制動力和側向力。本文計算時將復雜的受力狀況簡化成4種典型的工況(最大垂向力工況、最大牽引力工況、最大制動力工況以及最大側向力工況),分別分析不同靜態載荷作用下的響應。4種工況下的受力大小計算如下。
      加載方式和約束條件確定,為保證后驅動橋殼受力分析時不會產生剛性位移并且能夠便于計算分析,本文確定的加載方式和約束條件如表2所示。
      某些農用載貨汽車后驅動橋滿載時承受載荷43120 N,動載荷系數2.5,橋殼承受垂向力26950 N,此時后驅動橋殼經ANSYS Workbench分析的應力分析云圖和總變形分析云圖如圖所示。
      圖中,應力集中出現在橋殼凸包邊緣以及彈簧座和輪轂邊緣區域,最大應力為23.992 MPa,遠小于材料的屈服應力極限值,橋殼其他區域應力較小,能夠滿足強度要求。圖中,位移變形較大區域出現在橋殼兩板簧座之間區域,最大變形量出現在橋殼凸包區域,最大變形量為0.039 2mm。該農用載貨的輪距為1.64 m,每米輪距變形量為0.0239 mm/m,其值遠小于國家標準規定滿載軸荷時每米輪距最大變形量1.5 mm/m,橋殼滿足剛度要求。
      此工況下,發動機以最大轉矩工作。農用載荷汽車滿載,后驅動橋殼主要承受垂向力和側向力,分別為25872 N 和29117.80 N。此時后驅動橋殼經ANSYS Workbench分析的應力分析云圖和總變形分析云圖如圖所示。


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