1 前言
车辆驱动桥壳的功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重量;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,质量小,并便于主减速器的拆装和调整。由于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,要尽可能便于制造。
驱动桥壳可分为整体式桥壳和分段式桥壳两类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度,且便于主减速器的装配、调整和维修,因此普遍应用于各类汽车上。
目前,车辆驱动桥壳的设计大多还是图解法,这种设计计算量大且很复杂,精度不高。应用计算机的可视化技术和参数化造型和建模能力,在车辆的设计阶段进行三维实体建模,并利用有限元分析方法进行满载荷静力学分析,2.5倍满载轴荷下的垂直弯曲强度和刚度计算,并进行模态分析和参数化结构优化。从而提高车辆驱动桥壳结构的设计水平,减少实际试验研究费用和时间,提高设计效率。
2 UG软件简介及其结构分析方法
Unigraphics(UG) CAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境,使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成,从而优化了企业的产品设计与制造。而且,在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟,提高设计的可靠性。
通过在实践中运用UG软件,作者总结了一套结构分析方法和分析步骤:
(1)参数化建模:包括建立构件的实体模型,建立设计变量,并施加约束和载荷等;
(2)满载荷静力学分析:确定8mm桥壳每米轮距变形量和最大许可应力值;
(3)结构模态分析:确定不同设计变量下的结构固有频率及振型,并与试验值比较;
(4)参数化优化设计:在指定优化目标、定义约束和定义变量之后,计算出最优结果。
3 有限元分析模型的建立
对产品进行参数化建模,可以用参数建立起零件内各特征之间的相互关系。同时,通过设计时设定的关联参数,实现相关部件的关联改变,可以有效地减少设计改变的时间及成本,并维护设计的完整性。设计软件采用UG/NX,基于自顶向下(Top-Down)原则对产品进行设计,根据关键参数和UG/WAVE技术建立起零部件之间的几何和位置的相关性。
建立好的参数化模型如下:

图1 参数化模型