某品牌汽车驱动桥桥壳和半轴仿真设计

2017-10-10王慈

赤峰学院学报·自然科学版 2017年18期

关键词：桥壳花键半轴

王慈

（厦门华夏学院，福建厦门 361005）

某品牌汽车驱动桥桥壳和半轴仿真设计

王慈

（厦门华夏学院，福建厦门 361005）

仿真设计技术在当今机械设计领域应用十分广泛.本文主要针对某品牌汽车驱动桥的桥壳和半轴进行研究，在设计所得参数的基础上，利用Inventor进行三维建模，并且利用Ansys软件对其进行有限元分析，从而完成整体的设计任务.

机械仿真设计；Ansys校核；Inventor建模；驱动桥

1 仿真设计理论概述

随着仿真设计技术的普及，inventor、ansys等软件在包括机械设计的各个领域都得到了广泛应用.设计人员可以在设计所得的参数和要求下，运用三维绘图和仿真软件对研究对象进行建模及装配，并在此基础上对重要的安全件利用相应的有限元软件进行分析等.

本文的设计研究对象为某品牌汽车的驱动桥桥壳和半轴.

2 驱动桥桥壳和半轴参数设计

2.1 半轴的设计

2.1.1 半轴的形式选择

全浮式半轴的外端与轮毂相联，轮毂由一对圆锥滚子轴承支承于桥壳的半轴套管上.因其工作可靠、稳定性好且使用寿命长，广泛用于商用车上.本次设计选用全浮式半轴.

2.1.2 半轴的几何尺寸计算

全浮式半轴杆部直径的初步选取按下式进行：

式中：

d——半轴杆部直径，mm；

T——半轴的计算转矩，N·mm；

K——直径系数，取0.205～0.218；

全浮式半轴计算载荷按车轮附着力矩计算：

取d=60mm.

半轴的扭转应力由下式计算：

式中：

τ——半轴的扭转应力，MPa；

T——半轴的计算转矩，N·mm；

d——半轴杆部直径，mm.

半轴扭转许用应力宜为[τ]＝500～700MPa，故设计满足要求.

2.1.3 半轴花键的设计计算

半轴的直径D=60mm，取半轴花键的小径为52mm，采用矩形花键联接.取 N（花键齿数）=8，d（小径）=52mm，D（大径）=60mm，B（齿宽）=10mm，l（齿的工作长度）=80mm.本次设计花键连接采用静连接，其校核计算公式如下：

式中：

φ—载荷不均匀系数，取φ=0.75；

z—花键齿数，即为N=8；

l—齿的工作长度，mm；

h—花键齿侧面工作高度，mm；

dm—花键平均直径

花键副的工作长度l=80mm，取载荷不均匀系数φ=0.75，工作高度h=5，平均直径dm=56mm，查表，许用挤压应力[σp]=200MPa，输入转矩T=9081N·m，代入可得：

故所选参数符合要求.

2.2 驱动桥桥壳设计

驱动桥桥壳的可靠性和安全性需要比一般汽车部件要高，在设计时不仅要满足静态载荷下的安全性能，还要留足安全系数以保证在动态载荷下桥壳有足够的强度和刚度.

2.2.1 桥壳的结构型式选择

本次设计选用铸造式桥壳型式.

2.2.2 桥壳的受力分析及强度计算

A、当牵引力或制动力最大时（工况一）：

桥壳钢板弹簧座处危险端面的弯曲应力σ和扭转应力τ为：

图1 后桥受力分析图

式中：

Mv——地面对车轮垂直反力在桥壳板簧座处危险端面引起的垂直平面内的弯矩

b——桥壳板簧座到轮胎中心平面的横向距离；

Mh——牵引力或制动力Fx2（一侧车轮上的）在水平平面内引起的弯矩，Mh=Fx2·b；

TT——制动时，上述危险断面所受的转矩，TT=Fx2·rr；

Wv、Wh——分别为桥壳危险断面垂直平面和水平面弯曲的抗弯截面系数；

WT——危险断面的抗扭截面系数.

此设计中，Wv=268416mm3，Wh=268416mm3，

所以：

桥壳许用弯曲应力为450N/mm2，许用扭转应力为400N/mm2.故工况一时，所设计的桥壳能满足强度要求.

B、当侧向力最大时（工况二）：

桥壳板簧座处断面的最大的弯曲应力σi为：

φ1——侧向附着系数，取1.

计算得：

所以：

桥壳许用弯曲应力为450N/mm2，许用扭转应力为400N/mm2.故工况二时，所设计的桥壳能满足强度要求.

C、当汽车通过不平路面时（工况三）

两处弹簧座弯曲应力估计值为：

式中，k——动载系数，货车取2.0.

计算得：

桥壳许用弯曲应力为450N/mm2，许用扭转应力为400N/mm2.故工况三时，所设计的桥壳也能满足强度要求.

3 Inventor三维建模

Inventor是一款强大的三维实体模拟软件，与AutoCAD等具有良好的兼容性，不仅能够对零件设计和装配提供整套的方案并利用其中的仿真运动功能实现干涉检查，还可以通过其中有限元分析功能直接分析运动过程中设计构件的状态等.本文利用Inventor软件，根据前文的计算结果，对桥壳和半轴进行三维建模，为后续分析打下基础.