某重型車驅動橋后橋殼疲勞強度分析

摘 要：針對重型驅動橋橋殼在截面形狀過渡處容易產生裂紋甚至斷裂的問題，首先用proe對某重型車驅動橋橋殼結構進行幾何建模，并基于ANSYS workbench對其進行幾何模型簡化，完成有限元模型的建立。根據重型車的實際工作狀況對有限元模型施加脈沖動態載荷仿真得出其疲勞特性云圖，觀察分析橋殼不同位置疲勞壽命情況，為橋殼的結構設計提供參考。

關鍵詞：驅動橋橋殼；疲勞強度；ANSYS workbench

1 概述

驅動橋位于汽車傳動系統末端，是汽車總成中的主要承載件和傳力件。在一般的汽車結構中，用于支承并保護主減速器、差速器和半軸等并將發動機發出的扭矩和轉速傳遞到左、右驅動輪。其使用頻繁，故障率較高，生產質量和性能直接影響到車輛的整體性能和有效使用壽命。因此，橋殼必須具有足夠的強度、剛度、良好的動態特性和疲勞壽命。

2 有限元模型的建立

根據橋殼的 CAD 圖紙，用 Pro/E 建立了三維幾何模型如圖1所示，為了使有限元模型既能反應實物的重要性能特征，又要實現劃分網格簡便并減少單元數量，從而保證較高的計算精度并相應的減少計算量，對橋殼的某些特征進行了簡化，得到有限元模型如圖2所示。

3 橋殼疲勞強度分析

驅動橋橋殼的疲勞損傷屬于低應力高周疲勞，利用ANSYS后處理中的Fatigue模塊可以有效精確的對驅動橋殼的疲勞損傷進行分析與仿真。在驅動橋的靜力分析的理論基礎上采用彈塑性假設和Miner疲勞累積損傷法則得出橋殼模型的疲勞壽命循環次數和最小安全系數，達到預測驅動橋的疲勞壽命的目的。

文章橋殼本體所用的材料為 ZG25Mn，正火處理。其疲勞性能參數如表1所示。

由結構靜力分析可知，汽車在不平路面沖擊載荷作用下后橋殼的等效應力最大，因此在不平路面沖擊載荷作用工況下對橋殼進行疲勞分析。在workbench中輸入疲勞強度降低因子，采用古德曼法修正平均應力對構件疲勞強度的影響。根據重型車的實際工作狀況，對橋殼施加脈沖載荷，即施加的最大載荷是使橋殼產生最大應力時所受的載荷，最小的載荷為零。經過計算可得后橋殼疲勞壽命圖如圖3所示，橋殼安全系數圖如4所示。

由疲勞壽命云圖3 所示，橋殼的最低的壽命是1×107次，遠遠超出《汽車驅動橋臺架試驗評價指標》中設計壽命80萬次的規定。由橋殼的安全系數圖4所示，橋殼最低安全系數為1.8409，處于半軸套管與后橋殼的聯接處，這是由于截面過渡處存在集中應力的影響，但是橋殼最低安全系數仍大于 1，證明橋殼仍是安全的，符合橋殼臺架試驗的規定。

4 結束語

采用彈塑性假設和Miner疲勞累積損傷法則，結合修正的驅動橋殼的材料S-N曲線，基于ANSYS workbench 對驅動后橋進行了疲勞強度分析。將得出的仿真結果與國內汽車后橋的相關標準進行對比發現驅動橋設計合理、符合標準。驅動后橋壽命（循環次數）超過100萬次，危險截面出現在在半軸套筒和橋殼連接處，最小安全系數為1.8409。因此，在對驅動橋橋殼設計時要提高橋殼截面過渡處的強度以保證整體的疲勞強度。