毕业设计 静力学分析.doc
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1、青岛理工大学毕业设计(论文) 摘要摘 要针对某微型汽车驱动桥样件在进行强捡时出现桥壳断裂的现象,以有限元的基本理论为依据,利用面向特征建模方法,建立了该驱动桥三维几何模型和有限元分析模型。根据解算结果,该车桥在桥壳局部出现明显应力集中区域;通过改变桥壳局部结构和受力,局部应力明显降低;将改进后样件进行实际装车试验,来出现桥壳断裂现象。本文针对驱动桥壳进行有限元分析与研究。本文的主要内容如下:1、简单介绍PRO/E及ANSYS软件;2、运用PRO/E软件建立车桥三维模型;3、用ANSYS软件生成车桥结构的有限元模型:包括车桥PRO/E模型导入ANSYS软件,单元类型的选取,单元属性和材料属性的定
2、义,车桥有限元网格的划分;进行静力学分析。为有限元分析提供实践依据,并验证了有限元模型的准确性。关键词: 有限元分析,汽车驱动桥壳,稳态分析,ANSYS1青岛理工大学毕业设计(论文) 目录ABSTRACT For a sample mini-cars drive axle when the bridge during strong pick up the phenomenon of broken shells, the basic theory of finite elements based on use of feature-oriented modeling method, a thre
3、e-dimensional geometric model of the drive axle and finite element analysis model . According to the results of calculating the axle in the axle housing significant local stress concentration region; by changing the axle housing and force the local structure, significantly reduced the local stress;
4、the improved actual loading test sample to axle breakage occurs .朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典可翻译 50 多种语言 escargots Wie gehts? rouge Je ne sais pas ! Es ist sehr interessant! La voiture Vr s snill Cmo ests? nazdar! mijn vriend Ich bin vierzig Jahre alt miracoloso Buongiorno Principessa! hoje est ensolarado hello
5、 s t Wie bitte? Hjelp! Wie heien Sie? dti Pardon ? ! . haydi gidelim Je parle un petit peu franais.Aiming at a driving axle housing finite element analysis. The main content of this article is as follows:(1) to introduce PRO/E and ANSYS;(2) to use PRO/E software is built of 3D mode of driving axle l
6、;(3) to set up finite element model of driving axle generated by ANSYS: including frame model PRO/E, import ANSYS software, the selection of frame element types, define unit attributes and material ,the division of the finite element grid; making transient response analysis.KEY WORDS: Finite element
7、 analysis,Automobile driving axle housing, Steady-State Analysis, ANSYS目 录摘 要IABSTRACT1第一章 概 述11.1课题的目的和意义11.2 国内外研究现状21.2.1国外研究现状21.2.2国内研究现状31.3 课题的研究内容41.4本章小结4第二章 Pro/E和ANSYS介绍52.1 Pro/E的简介52.1.1 Pro/E的优点52.1.2 Pro/E的主要模块62.2 ANSYS软件简介72.2.1ANSYS的模块72.2.2ANSYS的应用范围82.2.3 ANSYS的主要特点82.3本章小结9第三章 驱
8、动桥壳的三维几何建模103.1 几何建模的简化103.2 建模时的简化处理103.3 半轴的建模过程113.4 本章小结14第四章 驱动桥的稳态响应分析154.1 驱动桥壳的导入与网格划分154.1.1驱动桥壳的导入154.1.2 驱动桥壳的网格划分174.2 驱动桥壳的稳态响应分析194.2.1驱动桥壳的受力分析及强度计算194.2.2驱动桥壳的稳态分析214.3本章小结22第五章 结论23结束语24致 谢25参考文献26青岛理工大学毕业设计(论文) 1.概述第一章 概 述1.1课题的目的和意义 驱动桥处于动力传动系的末端,其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理的分配给左、
9、右驱动轮,另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直立、纵向力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一,作用是支承并保护主减速器,差速器和半轴等,使左右驱动车轮的轴向相对位置固定;同从动桥一起支承车架及其上的各总成质量;汽车行驶时,承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小,且便于主减速器的拆装和调整。因桥壳的尺寸和质量比较大,制造较困难,故其结构型式在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。驱动桥壳分为整体式桥壳,分段式桥壳和组合式桥壳类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度,且便于主减
10、速器的装配、调整和维修,因此普遍应用于各类汽车上。由于其形状复杂,因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论,驱动桥壳的常规设计方法将桥壳看成一简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值,再考虑一个安全系数来确定许用的工作应力。这种设计方法有很多局限性,因此近年来,许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。本文所研究的对象是某货车上使用的整体式桥壳。 利用ANSYS软件对驱动桥壳进行静力学受力分析,得出来的受力数据,了解桥壳的危险截面及最大受力点等,能为汽车企业在开发产品时改善设计,提供受力情况参考依据。1.2 国内外研究现状1.2.1国外研究现状汽车驱动桥已经经过好多年的
11、发展了,现有的产品比较笨重没有什么技术含量,大多用在卡车大客车上,这种产品从诞生到现在基本没有多大的更新。所以,如果还是生产老式产品的话,会陷入同质化竟争难以取得好的效益,如果要在这外行业有所发展的话一定要有自己创新。开发出轻巧坚固的桥,另外老式的车桥一能更好地与地面保持平行,所以在路面不平时轮胎的抓地能力很差,现在的轿车大都淘汰了这种桥,而采用性能更优越的多连杆整车桥。近年来,随着计算机软硬件技术的不断发展,计算机辅助分析(CAE)技术得到了长足的发展。计算机硬件技术的提升使运算速度加快,以往耗时几个小时甚至几天的运算时间得到了大大的缩短。同时软件更新的速度也在加快,目前广泛使用的CAE分析
12、软件有NASTRAN、ADINA、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS、Hyperworks等。这都有利于驱动桥的设计及开发新的产品。这些软件有如下特点:1.与CAD软件的无缝连接即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后,能直接将模型传送到CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算,从而极大地提高了设计水平和效率。2.更为强大的网格处理能力结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性与否,近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入,使网格生成的质量和效率都有了很大的提高。但在有些方面却一直没有得到改进,如对三维实体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型
13、进行自适应网格划分,除了个别商业软件做得较好外,大多数分析软件仍然没有此功能。3.由求解线性问题发展到求解非线性问题随着科学技术的发展,线性理论已经远远不能满足设计的要求,许多工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决,必须进行非线性分析求解。4.由单一结构场求解发展到祸合场问题的求解有限元分析方法最早应用于航空航天领域,主要用来求解线性结构问题,实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件己经比较成熟,发展方向是结构非线性、流体动力学和祸合场问题的求解。5.程序面向用户的开放性随着商业化的提高,各软件开发商为了扩大自己的市场份额,满足
14、用户的需求,在软件的功能、易用性等方面花费了大量的投资,但由于用户的要求千差万别,不管他们怎样努力也不可能满足所有用户的要求,因此必须给用户一个开放的环境,允许用户根据自己的实际情况对软件进行扩充。1.2.2国内研究现状 国内重型车桥生产企业主要集中在山汽改、东风车桥、济南桥箱厂、陕西汉德车桥、重庆红岩和安凯车桥等几家企业,这些企业几乎占到国内重卡车桥90%以上的市场。陕汽汉德车桥凭借斯太尔驱动桥、MAN技术单级桥两大技术平台优势,保持国内车桥产销的头把交椅。 国内车桥市场拥有巨大的潜力,特殊的市场环境对车桥也有着更为苛刻的要求,国内严重的超载现象,对车桥的承载能力和输出扭矩均提出了更高的要求
15、。 但国内车桥的质量与国际水平仍存在较大的差距,热处理等工艺技术落后,核心技术及核心总成仍依赖从国外引进。车桥发展方向: 车桥作为卡车的核心总成,其重要性受到越来越多的关注,科技的迅猛发展也将带领车桥朝着以下几个方向发展: (1)专业化 车桥行业将按车辆的使用条件逐步完善产品型谱分类,针对每一个细分市场提供特定的产品; (2)轻量化 随着计重收费和燃油税政策的推出,轻量化成为卡车发展的大趋势,车桥也将采用更多新型材料,结构设计得以优化。 (3)高效率 制造高机械效率的车桥将成为各企业的目标,如德纳公司的双速车桥,可提供两种速比,满载时采用大速比可加大转矩,空载时采用小速比可省油; (4)盘式制
16、动器的广泛应用 盘式制动器散热好、质量轻,欧美地区的货车已经广泛应用盘式制动器;(5)电子系统辅助制动技术的广泛应用 国内客车已广泛应用的ABS系统将逐步推广到货车行业中,ESP、EBD等乘用车技术也将逐渐得到应用。国内运输业的发展带动了车桥市场的迅猛发展,成了国内外厂商必争之地,但由于国内的设计和制造水平与国际水平差距较大,要赶上国际先进水平,国内厂商还有很长的一段路要走。 1.3 课题的研究内容本文以驱动桥壳为研究对象,应用有软件进行静力学有限元分析,研究其受力情况,为其结构的进一步优化及抗疲劳设计提供理论基础,并为产品以后的开发提供参考。基于此目标,本课题的主要研究内容如下:第二章:简单
17、介绍Pro/E及ANSYS软件;第三章:以驱动桥壳为研究对象,进行必要的简化,使用Pro/E建立其三维模型;第四章:将三维模型导入ANSYS并对车桥进行某一路况下的静态响应分析,研究其在受持续力的情况下,驱动桥壳的应力分布情况。1.4本章小结本章主要介绍了本课题研究的意义,即为驱动桥的设计提供理论依据;同时介绍了国内外驱动桥的发展情况;并且对本课题的主要研究内容做了简单介绍。青岛理工大学毕业设计(论文) 2.Pro/E和ANSYS介绍第二章 Pro/E和ANSYS介绍2.1 Pro/E的简介proe是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。Proe(Pro/Engineer
18、操作软件)是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation,简称PTC)的重要产品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广,是现今最成功的CAD/CAM软件之一。2.1.1 Pro/E的优点经过20多年不断的创新和完善,por/e现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一,它具有如下特点和优势: 参数化设计和特征功能:Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的
19、功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 单一数据库:Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整
20、的结合,使得一件产品的设计结合起来。这一优点,使得设计更优化,成品质量更高,产品能更好地推向市场,价格也更便宜。 全相关性:Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改,能够扩展到整个设计中,同时自动更新所有的工程文档,包括装配体、设计图纸,以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改,却没有任何损失,并使并行工程成为可能,所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型:Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象,并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如:设计特征有
21、弧、圆角、倒角等等,它们对工程人员来说是很熟悉的,因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数(不但包括几何尺寸,还包括非几何属性),然后修改参数很容易的进行多次设计叠代,实现产品开发。 数据管理:加速投放市场,需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率,必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制,正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作,由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能,因而使之成为可能。 装配管理:Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令,例如“啮合”、“插入”、
22、“对齐”等很容易的把零件装配起来,同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理,这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用:菜单以直观的方式联级出现,提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项,同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助,这种形式使得容易学习和使用。2.1.2 Pro/E的主要模块Pro/E由6个主要模块组成,分别是:工业设计(CAID)模块;机械设计(CAD)模块;功能仿真(CAE)模块;制造(CAM)模块;数据管理(PDM)模块;数据交换(Data Translator)模块。2.2 ANSYS软件简介ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用
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