解放CA141載重汽車驅(qū)動橋殼動態(tài)特性的有限元分析

庹前進(jìn)

（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙 410151）

0 引言

驅(qū)動橋橋殼是載重汽車的重要組成部分，其生產(chǎn)質(zhì)量、性能將對車輛的整體性能和使用壽命產(chǎn)生直接影響。本文為了解決載重汽車驅(qū)動橋殼的安全性問題，根據(jù)有限元理論，以解放CA141載重車為例，我們對其驅(qū)動橋殼動態(tài)特性進(jìn)行有限元分析。

1 建立橋殼幾何模型

首先我們在建立幾何模型前對實際結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的合理簡化和假設(shè)，這樣既能使模型盡量簡單，又可以使有限元模型能夠真實地反映實際幾何體的結(jié)構(gòu)特征和重要力學(xué)特性。所建實體模型如圖1所示。

2 建立橋殼有限元模型

1）啟動 ANSYS Workbench/Simulation；

2）選擇 Geometry>From File；

3）將三維模型導(dǎo)入幾何模型所在的文件夾。

有限元模型如圖2所示。

圖1 橋殼幾何模型

3 確定載荷及邊界條件

3.1 計算驅(qū)動橋殼載荷

驅(qū)動橋殼在汽車行駛過程中主要承受的力有垂向力、切向力和側(cè)向力，受力狀況比較復(fù)雜。通常橋殼設(shè)計考慮四種載荷工況：

1）最大垂向力工況。條件滿足載重汽車滿載，受沖擊載荷的作用，最大垂向力為：ZL=2.5G×a2/（a1+a2）；ZR=2.5G×a1/（a1+a2）。代入實驗數(shù)據(jù)得ZL=ZR=98 600 N。

2）最大牽引力工況。條件滿足汽車滿載，最大牽引力為Pmax=Temaxig1i0ηT/rr。代入實驗數(shù)據(jù)得Pmax=78 635 N。

3）最大制動力工況。條件滿足汽車滿載，最大制動力大小為B=Gm′φ/2。式中：B為最大制動力；G為驅(qū)動橋給地面的載荷，為 78 885 N；m′一般取 0.75～0.95，取 0.85；φ為附著系數(shù)，計算時取0.8。代入實驗數(shù)據(jù)得B=25 245 N。

4）最大側(cè)向力工況。當(dāng)汽車突發(fā)側(cè)滑時，驅(qū)動橋承受的側(cè)向力為Y=G×φ1。式中Y為側(cè)向力。代入實驗數(shù)據(jù)得Y=78 885 N。

圖2 橋殼有限元模型

3.2 確定邊界條件

綜上所述，加載方式和約束條件如表1和表2所示。

表1 加載方式

表2 約束條件

4 計算結(jié)果及分析

4.1 最大垂向力工況

如圖3（a）所示，輪轂軸管滿足汽車行駛強(qiáng)度要求。同樣，從圖3（b）中我們也可以分析出，橋殼最大變形量滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 最大牽引力工況

等效應(yīng)力分布和變形如圖4所示。

圖3 最大垂向力的等效應(yīng)力及變形圖

如圖4（a）所示，各處強(qiáng)度分布比較合理。如圖4（b）所示，最大變形不超過1.5 mm/m的要求，滿足設(shè)計要求。

4.3 最大側(cè)向力工況

車橋橋殼的應(yīng)力分布和變形如圖5所示。

圖4 最大牽引力的等效應(yīng)力及變形圖

由圖5可知，最大變形量出現(xiàn)在側(cè)滑方向一側(cè)輪轂軸管的端部，同樣符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 最大側(cè)向力的等效應(yīng)力及變形圖

5 結(jié)論

我們采用有限元法對解放CA141載重汽車驅(qū)動橋殼進(jìn)行了實驗?zāi)B(tài)分析，主要考慮了汽車行駛狀態(tài)下的4種受力狀況，對解放CA141載重汽車車橋橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作性能得出如下結(jié)論：橋殼的變形和應(yīng)力分布合理，強(qiáng)度和剛度滿足使用要求，解放CA141載重汽車驅(qū)動橋殼在各種工作條件下是穩(wěn)定可靠的。

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