解放CA141载重汽车驱动桥壳动态特性的有限元分析

庹前进

（湖南机电职业技术学院，长沙 410151）

0 引言

驱动桥桥壳是载重汽车的重要组成部分，其生产质量、性能将对车辆的整体性能和使用寿命产生直接影响。本文为了解决载重汽车驱动桥壳的安全性问题，根据有限元理论，以解放CA141载重车为例，我们对其驱动桥壳动态特性进行有限元分析。

1 建立桥壳几何模型

首先我们在建立几何模型前对实际结构进行一定的合理简化和假设，这样既能使模型尽量简单，又可以使有限元模型能够真实地反映实际几何体的结构特征和重要力学特性。所建实体模型如图1所示。

2 建立桥壳有限元模型

1）启动 ANSYS Workbench/Simulation；

2）选择 Geometry>From File；

3）将三维模型导入几何模型所在的文件夹。

有限元模型如图2所示。

图1 桥壳几何模型

3 确定载荷及边界条件

3.1 计算驱动桥壳载荷

驱动桥壳在汽车行驶过程中主要承受的力有垂向力、切向力和侧向力，受力状况比较复杂。通常桥壳设计考虑四种载荷工况：

1）最大垂向力工况。条件满足载重汽车满载，受冲击载荷的作用，最大垂向力为：ZL=2.5G×a2/（a1+a2）；ZR=2.5G×a1/（a1+a2）。代入实验数据得ZL=ZR=98 600 N。

2）最大牵引力工况。条件满足汽车满载，最大牵引力为Pmax=Temaxig1i0ηT/rr。代入实验数据得Pmax=78 635 N。

3）最大制动力工况。条件满足汽车满载，最大制动力大小为B=Gm′φ/2。式中：B为最大制动力；G为驱动桥给地面的载荷，为 78 885 N；m′一般取 0.75～0.95，取 0.85；φ为附着系数，计算时取0.8。代入实验数据得B=25 245 N。

4）最大侧向力工况。当汽车突发侧滑时，驱动桥承受的侧向力为Y=G×φ1。式中Y为侧向力。代入实验数据得Y=78 885 N。

图2 桥壳有限元模型

3.2 确定边界条件

综上所述，加载方式和约束条件如表1和表2所示。

表1 加载方式

表2 约束条件

4 计算结果及分析

4.1 最大垂向力工况

如图3（a）所示，轮毂轴管满足汽车行驶强度要求。同样，从图3（b）中我们也可以分析出，桥壳最大变形量满足国家标准。

4.2 最大牵引力工况

等效应力分布和变形如图4所示。

图3 最大垂向力的等效应力及变形图

如图4（a）所示，各处强度分布比较合理。如图4（b）所示，最大变形不超过1.5 mm/m的要求，满足设计要求。

4.3 最大侧向力工况

车桥桥壳的应力分布和变形如图5所示。

图4 最大牵引力的等效应力及变形图

由图5可知，最大变形量出现在侧滑方向一侧轮毂轴管的端部，同样符合国家标准。

图5 最大侧向力的等效应力及变形图

5 结论

我们采用有限元法对解放CA141载重汽车驱动桥壳进行了实验模态分析，主要考虑了汽车行驶状态下的4种受力状况，对解放CA141载重汽车车桥桥壳的结构设计及工作性能得出如下结论：桥壳的变形和应力分布合理，强度和刚度满足使用要求，解放CA141载重汽车驱动桥壳在各种工作条件下是稳定可靠的。

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