摘 要

在21世纪的今天，人们对于能源的节约和生态环境的保护更加关注，新能源汽车不产生排气污染，几乎是“零污染”，因此得到了大力的发展，驱动桥是汽车传动系统的关键部件，而驱动桥壳又是驱动桥的主要组成部件之一，驱动桥壳既是驱动桥各部件之间的载体，同时也承担着来自地面与车身的作用力。其工作环境复杂、多变，因此对桥壳的可靠性要求很高。所以对驱动桥壳的设计及强度校核十分重要。

本文选用某品牌微型纯电动汽车的参数对后驱动桥壳进行设计及强度校核，本文在驱动桥壳的设计方面查阅了大量文献，确定了同轴电驱动桥壳的结构外形，并利用CAD软件和Solidworks软件对同轴电驱动桥壳进行二维图的绘制和三维建模，随后对桥壳进行受力分析，建立有限元模型，并依据驱动桥壳的实际工况，对其在四种经典工作状况（桥壳受到最大垂向力、最大切向力、最大侧向力）下进行静应力仿真分析，得到应力云图和位移云图，通过将结果与材料的屈服应力和每米变形量的国家标准进行比对，结果表明本文设计的驱动桥壳满足强度与刚度的要求。

关键词：纯电动汽车；电驱动桥壳；受力分析；有限元分析

Abstract

In the 21st century, people more and more show solicitude for energy conservation and protect the environment. Electric vehicle don’t produce exhaust pollution, almost "zero pollution". Therefore, it has been greatly developed. Electric drive axle is a key constructional element in electric vehicle transmission system. As one of the components of electric drive axle, electric drive axle shell not only bears the quality of the whole vehicle, but also bears the force from the ground and the body.The rear drive axle housing’s work conditions are changeable and complex, Therefore, the reliability requirement of the drive axle housing is very high. so it is very important for the design and strength check of the electric drive axle housing.

In this thesis, According to the parameters of a brand of micro pure electric vehicle, This paper design and check the strength of the rear drive axle housing. According to the research status of the rear drive axle housing, the structural shape of the coaxial electric drive axle housing is determined. Then, for the design of the coaxial electric drive axle housing. In addition, using CAD software to draw the two-dimensional drawing and using Solidworks to build three-dimensional model, then the stress analysis of the axle housing is carried out. Finally carry out the finite element analysis under four typical working conditions (maximum vertical force, maximum tangential force and maximum lateral force on the drive axle housing). The stress nephogram and displacement nephogram are obtained. The ending show that the drive axle shell designed in this paper meets the requirements of strength and rigidity.

Key Words：Pure electric vehicle; electric drive axle housing; force analysis; finite element analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 论文的研究背景及意义 1

1.2 驱动桥壳的研究现状 1

1.3 论文研究的主要内容 2

1.4 本章小结 3

第2章 电驱动桥壳总体设计 4

2.1 车型的选择及参数的设计 4

2.1.1 车型选择 4

2.1.2 参数确定 5

2.2 电驱动桥壳选型 5

2.3 桥壳的直径与壁厚 7

2.4 同轴一体化驱动桥壳结构设计 8

2.5 本章小结 8

第3章 驱动桥壳有限元模型建立 9

3.1 有限元分析介绍 9

3.2 驱动桥壳有限元模型建立 9

3.2.1 驱动桥壳建模原则 9

3.2.2 驱动桥壳模型建立 10

3.3 本章小结 10

第4章 驱动桥壳不同工况受力分析 11

4.1 电驱动桥壳工况的确定 11

4.2 同轴电驱动桥壳的受力分析 11

4.2.1 车轮承受最大垂向力时桥壳受力状况 11

4.2.2 车轮承受最大牵引力时桥壳受力状况 12

4.2.3 车轮承受最大制动力时桥壳受力状况 14

4.2.4 车轮承受最大侧向力时桥壳受力状况 16

4.3 本章小结 18

第5章 电驱动桥壳的结构强度仿真分析 19

5.1 电驱动桥壳材料选定及网格生成 19

5.2 电驱动桥壳在四种工况下的仿真分析 19

5.2.1 桥壳在不平路面冲击载荷作用下仿真计算分析 20

5.2.2 桥壳在最大驱动力载荷作用下仿真计算分析 21

5.2.3 桥壳在最大制动力载荷作用下仿真计算分析 22

5.2.4 桥壳在最大侧向力载荷作用下仿真计算分析 24

5.3 本章小结 25

第6章 结论与展望 26

6.1 结论 26

6.2 展望 26

参考文献 27

致谢 28

1. 绪论

1.1论文的研究背景及意义

随着社会的发展，汽车保有量越来越大，截至 2019年 6 月，我国汽车保有量为2.5亿辆，其中新能源汽车保有量达344万辆[1]，人们的出行越来越离不开汽车，但与此同时燃油汽车所造成的能源缺失和环境破坏问题也越来也严重。随着科技的进步与社会的发展，人们更加重视对生态环境的保护。纯电动汽车是一种以电动机为动力装置，利用电能来驱动电动机提供动力从而使其在道路上行驶的新能源汽车。电能是一种经济、清洁的可再生能源，而且纯电动汽车在行驶过程中产生的噪音较小，真正可以做到绿色出行，所以国家对于纯电动汽车的发展也越来越重视。而纯电动汽车传动系统中驱动桥占有重要地位，驱动桥除了将动力传递给驱动轮机构之外还承载作用于车身与路面间的各种力和力矩，它性能的好坏对纯电动汽车性能有直接的影响。在电驱动桥的组成部件之中驱动桥壳有着重要的作用，其在纯电动汽车的传动系统和行驶系统中都占有重要的地位[2]，它的主要作用是保护和支撑电动机、半轴、减速器、差速器等。电驱动桥壳还承受汽车行驶在不平路面上产生的垂向载荷与传递动力加速或制动减速产生的扭矩。电驱动桥壳作为在汽车行驶系统中的主要受力部件，其确保汽车在行驶过程中的安全、可靠。因此，电驱动桥壳的设计应满足强度和刚度的要求，所以对于纯电动车后驱动桥桥壳的设计具有重要的意义。

1.2驱动桥壳的研究现状

汽车驱动桥壳是汽车底盘总成中最重要的零部件之一[3]，主要承受疲劳载荷，其疲劳可靠性对汽车安全行驶有很大影响，因此后驱动桥桥壳足够的强度、刚度、疲劳可靠性以及轻量化设计对纯电动车行驶安全性、舒适性和续航性能十分重要。桥壳加工后需抽取样品进行台架试验，以验证其上述性能指标是否满足要求，为避免桥壳性能不达标而反复修改设计并多次进行实验，在桥壳设计阶段常利用有限元软件对其进行台架试验仿真，由此可节约大量实验成本并提高产品开发效率。张婷[4]等使用CATIA软件建立驱动桥桥壳的三维模型,利用 ANSYS对桥壳进行强度、刚度的模拟分析。林正样[5]使用ABAQUS软件对驱动桥壳模型进行网格划分，并使用ANSYS Workbench对其进行力学性能的研究分析。杨志卿,王良模[6]等建立桥壳实体模型，装配后导入Hy-permesh中建立有限元模型,并以MSC.Nastran为求解器,通过模拟相关行业标准规定的台架试验及典型工况,对驱动桥壳可靠性进行验证;邓震[7]等利用Solidworks软件建立桥壳三维模型，协同ANSYS Workbench仿真软件，模拟驱动桥壳台架试验在满足国家标准中规定的试验工况下进行有限元分析。贺向东[8]应用随机摄动法和Edge-worth级数方法对后驱动桥壳进行可靠性优化设计。付景顺、王金[9]等人，通过对轻型卡车驱动桥壳在不同情况下的刚度和强度进行分析，得出其应力、形变云图。M.M.Topaç[10]等人建立驱动桥壳CAD模型，通过拉伸试验确定了壳体材料的力学性能，利用这些数据，采用有限元法进行了应力和疲劳分析。

目前，在设计汽车驱动桥桥壳的时候，在试验工作台上对实际驱动桥壳受力进行模拟，这种强度校核方式需要花费大量的时间和资金，现如今国家和企业都十分注重驱动桥壳开发与生产的经济性和高效率，这使得这种传统的校核方式已逐渐被淘汰。此外，由于纯电动车驱动桥壳的结构和工作状况复杂，通过计算来分析其强度已经没有办法满足其对力学设计的要求。因此，通过有限元分析的方法对驱动桥壳进行虚拟仿真，可以很好的对驱动桥壳不同状况下受力进行仿真分析，使设计出的桥壳安全可靠。

1.3论文研究的主要内容

驱动桥桥壳作为整车主要的传动和承载构件，其结构性能不仅关乎整车的可靠性与耐久性，还对汽车行进过程中的安全性产生直接影响。通过阅读相关参考文献以及理论知识，对电驱动桥壳进行结构设计以及强度的校核，本文做了以下研究：

1. 根据所选车型各标准参数以及驱动桥壳类型的分析，对同轴一体化电驱动桥壳的外形结构尺寸进行设计计算，并利用CAD软件对其平面图进行绘制；
2. 运用Solidworks软件建立同轴一体化电驱动桥壳的三维立体模型，并为有限元分析流程做必要的处理；
3. 对三维模型进行必要的简化处理，然后在Solidworks simulation模块对其材料进行选择、进行固定、对模型进行网格划分；
4. 对汽车在不同路况下行驶时电驱动桥壳的受力进行分析计算，得到其在四种典型工况下所受的力和力矩，以及确定受力位置；
5. 在四种经典工作状况下利用Solidworks simulation对同轴电驱动桥壳进行静应力仿真分析，运算得出桥壳的应力云图和位移云图，随后通过与桥壳材料和国家标准的每米变形量进行比对，验证同轴式电驱动桥壳的强度和刚度是否满足要求。

图1.1为本文对电驱动桥壳设计及强度校核的研究流程图：