汽车后桥设计及动态特性分析毕业设计论文.doc
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1、仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 毕毕 业业 设设 计计 设计题目:设计题目: 汽车后桥设计及动态特性分析 系系 别:别:_ 班班 级:级:_ 姓姓 名:名:_ 指指 导导 教教 师:师:_ 2 0 0 0 年6 月10 日 仅供参考,支持原创, 鄙视抄袭! 04 机对本(2)班 机电工程系 汽车后桥设计及动态特性分析 摘 要 利用 Pro/E 软件, 建立了 BJ2027 皮卡车后桥三维模型,并对其进行了有限元 分析,较为详细的介绍了国内外有限元的历史和有限元的基本原理。对车桥作了 静力分析和模态分析。 对该车桥的有限元模型进行静
2、力分析,校核了车桥的强度和刚度。 采用有限元法对汽车桥壳的振动特性进行分析,通过模态分析,求得其固有 频率和振型,分析可能引起桥壳振动的固有频率,具有一定的理论意义和重要的 实用价值。 关键词关键词:后桥, 造型, 有限元法, 模态分析 The Rear Axle Modal and the Finite Element Analyze Abstract This paper creates a 3D model of rear axle of Pick-up BJ2027 in the Pro/Engineer software, the developing history and its
3、 basic theory of FEM(Finite Element Method) in this thesis. The static analysis and modal analysis researed in the thesis. The finite element model of static analysis, check the axle of the strength and stiffness. In this dissertation the Finite Element Analyze (FEA) has been used to analyze the cha
4、racteristic of the vibration of the drive axle. through the Modal Analysis, get the inherent frequency and the vibration mode of the rear axle. Analyzing the inherent frequency that may be lead to the resonance. It provides the important basis of soling the vibration of the car and has some theoreti
5、cal significance and important practical value. Key words:rear axle, model, the Finite Element Method, Modal Analysis 目 录 1 引言 1 2 绪论 .2 2.1 我国汽车工业发展.2 2.2 建模及软件介绍.3 2.2.1 Pro/ENGINEER 介绍 3 2.2.2 ANSYS 介绍 .4 2.3 论文研究的内容.5 3 车桥的设计及三维建模 .6 3.1 车桥的参数化设计.6 3.1.1 特征概念.6 3.2 车桥的作用和要求.6 3.3 车桥设计方法.7 3.4 车桥
6、的三维建模.9 3.4.1 典型零件造型.9 4 车桥有限元模型的建立 15 4.1 有限元法概述15 4.2 有限元法原理.15 4.3 车桥有限元模型的建立16 4.3.1 有限元模型16 4.3.2 有限元网格划分18 5 车桥的静力分析 21 5.1 车桥结构的整体分析21 5.2 车桥的受力分析22 5.2.1 车桥的受载分析22 5.2.2 约束和载荷的施加22 5.2.3 边界约束条件的确定23 5.3 车桥的静力分析23 5.4 车桥裂纹产生的原因30 5.5 车桥的强度和刚度的改进措施30 6车桥的模态分析32 6.1 车桥结构振动的基本方程33 6.2 车桥的模态分析34
7、6.2.1 模型的建立34 6.2.2 车桥的模态计算结果35 6.2.3 车桥的模态分析38 结论 .40 谢辞 .41 参考文献 .42 外文资料 .44 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 毕毕 业业 设设 计计 1 1 引言 在当前的工程技术领域中,由越来越多的复杂结构,包括其复杂的几何形状、 复杂的载荷、复杂的支承约束等,需要去研究、去分析。汽车作为工程领域的一 个分支,面临同样的问题和困难。汽车的结构非常复杂,包括其复杂的形状,复 杂的载荷作用。在实际汽车结构设计中,安全性是首要的,在保证安全的前提下, 又要使车桥的结构合
8、理,便于加工、装配;同时也要减少材料的量,从而降低制 造成本,提高经济效益,提高汽车的燃油经济性和动力性。这需要对车桥的强度 进行分析,通过强度分析,又针对地对一些主要构件进行结构优化设计。 在实际的汽车结构强度计算中,由于结构的复杂性,载荷分布的复杂性以至 于很少有甚至没有解析解,但仍然需要去分析、研究、解决。解决这些困难有很 多方法,一般归结为两类:一种是复杂的问题作种种简化,作很多假设,回避一 些比较复杂的问题,最终简化为一个能够处理的问题。这种方法有时可行,但是 由于太多的简化,通常导致极不准确甚至错误的答案。另一种方法是尽可能保留 问题的各种实际状况,尝试寻求问题近似的数值解,放弃封
9、闭形式的解析解。在 计算机和计算技术飞速发展的今天,这已成为较为现实又非常有效的选择。有限 元法便是这众多方法中最为成功、最为广泛的方法。 本文通过有限元法对驱动桥壳结构进行性能分析,在设计时考虑驱动桥壳结 构的优化,对提高整车的各种性能,降低设计与制造成本,增强市场竞争力等都 具有十分重要的意义。大型通用有限元软件 ANSYS 凭借其强大的分析功能和高度 可靠性,在结构静力分析和动力分析以及优化设计等方面具有无可比拟的优越性。 运用 ANSYS 进行驱动桥壳结构的有限元分析与优化能够大大提高工作效率。 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄
10、袭! 毕毕 业业 设设 计计 2 2 绪论 2.1 我国汽车工业发展 (1)中国汽车工业发展进程和战略地位 汽车是重要的运输工具,是科学技术发展水平的标志。汽车工业是资金密集、 技术密集、人才密集、综合性强、经济效益高的产业。世界各个工业发达国家几 乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。汽车的研制、生产、销售、 营运,与国民经济许多部门都息息相关,对社会经济建设和科学技术发展起重要 推动作用。中国的汽车工业随着中国经济的不断快速发展,在中国经济发展中的 地位越来越突出,汽车工业也将逐渐成为中国的支柱产业,并对中国经济的发展 和社会的进步产生巨大的作用和深远的影响。1956 年,在新中国
11、初期建成的中国 第一汽车制造厂,生产出了第一台解放牌汽车,以此宣告了中国不能生产汽车的 历史,在1958 年该厂又制造了我国第一辆轿车东风牌轿车,接着又开始小 批量生产红旗CA770 高级轿车。从此开始了中国自己生产汽车,生产自已的汽车 的崭新时代。50 年代后期和60 年代,在一汽逐步扩大生产的同时,我国各地一 批汽车修配企业相继改建成汽车制造厂,此外,城建和交通部门等也设立了一批 公共交通车辆厂,使我国汽车的品种和产量进一步发展。几十年过去了,中国汽 车工业经历了一次一次探索,在成功和失败中逐渐发展起来,尤其是改革开放以 来,中国汽车工业迅速崛起,形成了前所未有的发展态势。例如,仅从199
12、0 年到 1997 年间,中国汽车工业总产值从459亿元提高到2492亿元,增长了4.4倍。同期 汽车产量从50.9 万辆增加到158.3 万辆,增长2.1倍,增长速度名列世界前茅。 然而,从汽车工业的总体状况分析,中国汽车工业由于底子薄,起步晚等多种因 素仍处于落后状态27。 (2)中国汽车市场形成及发展变化 20 世纪50 年代以来,中国汽车市场形成和发展可分为两个时期。第一时期, 改革开放以前时期(1950-1978年)。在这一时期,销售产品单一,主要是中型载 货汽车,销售对象也单一,基本上由单位以公款购买。市场处于封闭状态,规模 较小,增长缓慢。到1978 年,销售的汽车才达到17(万
13、辆,平均每年仅增加5000 辆汽车。第二时期,改革开放以后时期(1979 年以来)这一时期汽车市场发生了 很大变化,其一、汽车市场规模不断扩大。1978 年到1998 年汽车销售量从17 万 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 毕毕 业业 设设 计计 3 辆增加到160万辆,20年间增长8.4 倍。其二、销售汽车品种不断增多。为了适应 不同用户多种用途的需求,汽车市场销售的汽车品种越来越多。不仅有中型载货 车,也有重型、轻型、微型载货车,有大型、中型、小型客车,有各种排量等级 的轿车,有各种改装车、特种车、越野汽车等。车型品种达万种,
14、从而改变了过 去车型品种单一的状况。其三、私人购车比重迅速增长。私人购车是从80年代中 期开始的,发展速度之快是人们始料不及的。私人购车量占总销量1985年为 15.3%;1998年为65.2%。其四、轿车所占比重逐步提高。近十年来,随着轿车进 入家庭,轿车销量占汽车总销量的比重逐年提高,1991年占14.1%;1998年占 32%。其五、进口车的影响显著下降。在相当长的时期内,中国所需轿车主要依靠 进口,随着中国轿车工业的发展,进口轿车所占比例逐步下降, 1995年占95%; 1998年占3.4%。 (3)中国汽车工业发展的模式 中国汽车工业在改革开放以后,其发展模式从改革开放前的内封闭型转
15、为开 放型,加强了与国外汽车公司的合作和交流,广泛引进了国外的先进技术。此外, 改革开放后,共同经营型模式得到发展,建立了一系列共同经营模式的合资汽车 企业。特别是轿车企业基本上是按共同经营模式建立起来的。 首先要从中国汽车工业的长期发展目标出发。也就是说,发展模式要符合汽 车工业要成为国民经济的支柱产业这一战略目标。其次,要把握好中国发展汽车 工业的能力和条件。虽然,目前中国汽车工业发展还很落后,但是,中国具有很 强的发展汽车工业的综合能力,具有广阔的国内市场。再次,要正确对待世界汽 车工业国际化的发展要求。中国要抓住国际化的机遇,积极参与国际合作和竞争, 缩小与世界先进水平的差距。总之,中
16、国汽车不能全盘模仿美国、日本等国的发 展模式,要根据中国国情和发展汽车工业的要求,坚持以自主开放模式为主导, 同时,积极发展共同经营模式和外资主导模式,把自主开放型与共同经营型模式、 外资主导型模式有机的结合起来,共同实现中国汽车工业长期目标,建立强大的 中国汽车工业27。 2.2 建模及软件介绍 2.2.1 Pro/ENGINEER 介绍 Pro/ENGINEER 是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation,PTC)开发的 CAD/CAE/CAM 软件。该软件一方面由于具有强大的参 数化特征造型功能而受到了业界的一致认同和广泛应用,但一方面由于操作
17、的复 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 毕毕 业业 设设 计计 4 杂也给用户学习和掌握软件的功能带来的很大的困难。为了解决软件的易用性等 问题,PTC 公司花了 3 年多的时间来研发全新的 Pro/ENGINEER 产品。 与以前的版本相比,Pro/ENGINEER Wildfire 版的最大特点主要体现在两个方 面:界面的变化和功能的更新。界面的变化大大提高了系统的可用性和易用性, 简化了使用菜单管理器菜单的数量和菜单的层次,减少了鼠标单击次数,使设计 更加轻松和容易。功能的更新大大强化和增加了新的功能,如行为建模、热传导 分析
18、、结果图表化工具、动画选项和钣金部件分析等。 用操控版代替菜单命令 Pro/ENGINEER Wildfire 首次采用了全新的操控版工具,大大减少了以前版本 繁琐的多层次操作过程。其中特征操作数目由过去的 76 项减少到 23 项,多数特 征的操作形式由原来的多层菜单简化为操控版中的按钮。例如,Pro/ENGINEER 2002 版以前的拉伸和切除特征,在 Pro/ENGINEER Wildfire 版中已合并为一个操 作更为方便。 (1)采用智能化的操作界面 智能化的操作界面使指令工作流程大大简化。当用户选择工作目标后,系统 会自动化提示下一步的操作。其中,直接建模、动态浏览以及上滑面板等
19、功能可 以帮用户快速准确的反映设计思路。 (2)鼠标功能进一步增强 在造型过程中支持鼠标拖动,可以用鼠标控制拉伸或旋转特征的方向和距离。 支持用鼠标中键直接旋转实体,用滚轮动态缩放视图。Ctrl 和 Shift 键与鼠标中 键的组合使用,可以实现视图的缩放、翻转和平移,改变了以前版本操作繁琐的 状况。 (3)支持 Web 服务的产品开发解决方案 Pro/ENGINEER Wildfire 具有内置的 Web 连接功能,可以使设计师与合作伙伴、 客户和供应商在产品开发过程中进行协同工作,从而缩短新产品研发周期,提高 产品设计质量。可以利用点对点(P2P)设计会议功能,完全重定义产品开发过程。 用
20、户还可以通过 Windchill Parts Link(负责管理零部件)搜索交互式产品目录, 使用 Rosetta Net 标准的多目录查询功能进行检索,并将在 Web 上所选择的零件 直接进入 Pro/ENGINEER。 (4) 提供了把 CAD 集成到 PLM 系统的必要工具和技术 Pro/ENGINEER Wildfire 提供了建立整体 PLM(产品生命周期管理)系统的功 能,现有 Pro/ENGINEER 的中、高端用户只需较少的投入来购买可选服务,便可利 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 毕毕 业业 设设 计计 5 用
21、Wildfire 版的优势,使用 PLM 系统。Pro/ENGINEER Wildfire 可以通过因特网 或企业内部网无缝集成 PTC 的 Wildfire 解决方案,实现广义企业中的项目合作、 全部产品数据管理和零件采购。 2.2.2 ANSYS 介绍 ANSYS 软件是融结构、流体、电磁场、声场、偶合场分析集于一体的大型通用 有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 ANSYS 公司开 发,它能与多数 CAD 软件接口,实现数据的共享和交换,如 Pro/E、UG、I- DEAS、CADDS 及 AUTOCAD 等,是现代产品设计中的高级 CAD 工具之一。 ANSYS
22、公司成立于 1970 年,总部位于美国宾西法尼亚洲的匹兹堡,致力于 CAE 技术的研究和发展。ANSYS 软件的创始人是美国匹斯堡大学力学教授、著名有 限元权威 John Swanson 博士。至今,ANSYS 软件已经成功的应用于世界工业的各 个领域,ANSYS 程序是一个功能强大、应用灵活的设计分析及优化软件包,可以浮 动运行于 PC、工作站到巨型计算机的各种计算机及操作系统。 ANSYS 公司发布的 ANSYS9.0,是世界上第一个在 ANSYS Workbench 产品研发 平台上整合了电磁、计算流体动力学以及网格划分技术的软件,从而大大扩展了 工程仿真的应用领域。用户可以通过它来完成
23、 CAD 的数据读取、几何处理、网格 划分、物理环境设置、求解控制以及后处理,而不在需要在完全不同的产品中切 换和处理数据库文件。用户可以通过一个非常直接的、方便的截面完成多载荷步 加载、求解以及后处理。此外,增强功能还包括梁应力工具、ANSYS APDL 的自定 义命令行、接触建模以及用于提高用户仿真效率的其他工具。ANSYS9.0 在 Workbench 平台上开辟了整合核心技术的新天地。 2.3 论文研究的内容 车桥作为汽车的基础部件,受力状态,结构较复杂,无法用简单的数学方法 对其各部分的应力状态进行分析计算,而采用有限元分析即可对车桥的静强度、 振动模态进行较为准确的分析,从而使车桥
24、设计从经验设计进入到科学设计阶段, 本论文就是有限元分析方法在汽车车桥设计方面的具体应用,主要通过以下步骤 完成: (1) 通过 Pro/E 软件建立 BJ2027 型皮卡车车桥三维模型 (2) 车桥静力分析 (3) 模态分析 (4) 根据计算结果进行分析,提出改进意见。 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 仅供参考,支持原创,鄙视抄袭! 毕毕 业业 设设 计计 6 3 车桥的设计及三维建模 3.1 车桥的参数化设计 传统的 CAD 系统仅能表达产品的几何信息,不能表达语意和功能信息;也不 能对整个产品外形进行抽象描述;更步容易表达产品非几何信息,如工艺信息、 精度
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