摘 要

微车后驱动桥桥壳作为微车主要的承载件与传力件，对于整个微车来说其重要性是不言而喻的。本文所研究的内容便是对某微车后驱动桥桥壳进行设计并且做相应的分析，从而得到性能优越并且重量相对较轻的后桥桥壳方案。

首先要做的是在理论设计计算的基础下使用三维建模软件UG来完成对后桥桥壳的精确三维建模，然后根据有限元模型的需要将后桥桥壳三维模型进行相关简化，并仿照第一种模型的建立过程建立另外两种与第一种厚度不同的后桥桥壳方案。接下来将三种不同厚度的后桥桥壳模型依次导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中完成对后桥桥壳在典型工况下的静力分析，通过应力分布云图和变形量分布云图得出最大应力和最大变形量，分析后桥桥壳的强度和刚度是否满足设计要求，同时完成对后桥桥壳的自由模态分析，通过得到的后桥桥壳前10阶固有频率并与路面激振频率进行相比较，分析外界激振频率是否会导致后桥桥壳发生共振。最后利用三种后桥桥壳方案得出的结果来进行对比分析，最终综合各方面因素来确定最适合的后桥桥壳方案。

通过本文的研究发现虽然三种后桥桥壳方案的最大应力值和最大变形量均符合要求，但是第二种方案的后桥桥壳综合最大应力值和最大变形量来看是最适中的，同时三种后桥桥壳方案的前10阶固有频率也都满足要求并且相差不大，所以最终确定后桥桥壳方案二为最适合的方案。

关键词：后桥桥壳；结构设计；静力分析；模态分析；对比分析

Abstract

Micro-vehicle rear axle housing is the main carrier and power transmission part of micro-vehicle.In this paper,the design and corresponding analysis of micro-vehicle rear axle housing are the main study subject.Thus the rear axle housing scheme which has superior performance and relatively light in weight would be chosen.

First,using large general-purpose software UG to build accurate rear axle housing model under the basis in theory design calculation.Then,simplifying the rear axle housing model according to the necessary of the finite element model.And then building the other two schemes of the rear axle housing which has different thickness compared with the first one following to the building process of the first model.Next importing these three rear axle housing models of different thickness into the finite element analysis software ANSYS Workbench to finish the static analysis of the rear axle housing under the typical conditions in turn.Then maximum stress and maximum total deformation can be gotten through the stress distribution diagram and the stress-deformation diagram,detecting the strength and stiffness of the rear axle housing to determine whether it meets the requirements.At the same time,finishing the model analysis of the rear axle housing ,then analyzing whether the external stimulus lead to the resonance of the rear axle housing through comparing the first 10 natural frequency of the rear axle housing to the road excitation frequency.Finally,using the solutions of three schemes of the rear axle housing to make comparisons and analysis then determining the most appropriate scheme of the rear axle housing through synthesizing the various aspects.

Although maximum stresses and maximum total deformation of three schemes of the rear axle housing are all meeting the requirements ,the second scheme of the rear axle housing is the most modest synthesized the maximum stress and the maximum total deformation.At the same time ,the first 10 natural frequency of three schemes of the rear axle housing are all meeting the requirements and they have little difference each other.So finally the second scheme of the rear axle housing is determined to the most appropriate scheme.

Key Words: rear axle housing；structural design；static analysis； modal analysis；

comparisons and analysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究的背景和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1后桥桥壳结构设计的研究现状 1

1.2.2后桥桥壳静力分析的研究现状 2

1.2.3后桥桥壳模态分析的研究现状 2

1.3本文的研究目的 3

1.4本文的研究内容 3

1.5本文研究采用的技术方案及措施 3

1.6本章小结 4

第二章 后驱动桥桥壳几何模型的建立 5

2.1后桥桥壳结构形式介绍 5

2.2本文所研究的后桥桥壳的结构形式 5

2.3后桥桥壳的理论设计计算 6

2.3.1后桥桥壳中间部分的理论设计计算 6

2.3.2左右半轴套管法兰的设计 7

2.3.3左右半轴套管的理论设计计算 8

2.3.4中央接口法兰的理论设计计算 9

2.3.5板簧座的理论设计计算 10

2.3.6后桥桥壳后盖的理论设计计算 11

2.3.7垫套的理论设计计算 12

2.4后桥桥壳三维几何模型的建立 13

2.5另外两种后桥桥壳方案的模型建立 13

2.6本章小结 14

第三章 后驱动桥桥壳静力分析 15

3.1典型工况下桥壳的受力分析 15

3.1.1最大垂向力工况 15

3.1.2最大牵引力工况 15

3.1.3最大制动力工况 16

3.1.4最大侧向力工况 16

3.2后桥桥壳有限元模型的建立 16

3.2.1后桥桥壳三维简化模型的建立 16

3.2.2后桥桥壳材料的选择 17

3.2.3后桥桥壳的网格划分 18

3.3典型工况下的后桥桥壳静力仿真分析 18

3.3.1最大垂向力工况下的静力仿真分析 18

3.3.2最大牵引力工况下的静力仿真分析 19

3.3.3最大制动力工况下的静力仿真分析 20

3.3.4最大侧向力工况下的静力仿真分析 21

3.4本章小结 22

第四章 后驱动桥桥壳模态分析 23

4.1模态分析简介 23

4.2后桥桥壳自由模态分析 23

4.3本章小结 25

第五章 三种后桥桥壳方案对比分析 26

5.1三种不同厚度的后桥桥壳静力仿真对比分析 26

5.2三种不同厚度的后桥桥壳自由模态对比分析 27

5.3本章小结 28

第六章 结论 29

6.1全文总结 29

6.2展望 29

参考文献 31

致谢 32

第一章 绪论

1.1研究的背景和意义

后驱动桥桥壳(以下简称为后桥桥壳)是汽车后桥总成当中十分重要的零部件。它既是汽车传动系统的组成部分，也是汽车行驶系统的组成部分，用来安装并保护主减速器、差速器和左右半轴以及用来安装后悬架，是主减速器、差速器及左右半轴的外壳^[1]，如图1.1所示。所以从中可以看出后桥桥壳既是承载件又是传力件。作为承载件，它与前桥一起支承汽车悬架以上各部分质量；同时作为传力件，主要体现在把驱动车轮上的力传到悬架及车架上。因此可以看出后桥桥壳的寿命关系到整个汽车的使用寿命，所以对后桥桥壳的研究就变得十分有必要了。

图1.1 汽车后桥结构图

1.2国内外研究现状

1.2.1后桥桥壳结构设计的研究现状

由于对后桥桥壳的研究已经历经了很长一段时间，所以在后桥桥壳结构设计方面已经有了很大发展与进步，因此，在国内外很多研究中，后桥桥壳的结构设计无非就是仿照后桥桥壳的三种结构形式来进行相应设计。

合肥工业大学的刘为在精确建模的前提下对某轻型车的后桥桥壳进行设计与分析，该后桥桥壳的就是依据整体成型式来进行设计与计算的^[3]。武汉理工大学的饶东杰则是利用三段可分式的后桥桥壳结构形式完成对后桥桥壳的结构分析与仿真^[4]。

1.2.2后桥桥壳静力分析的研究现状

后桥桥壳的静力学校核主要是采用传统的经验公式来计算，此方法只能求出解最大断面的受力情况，而不能精确的求出桥壳上各个部位的受力情况。而且由于汽车的行驶工况复杂多变，传统的计算方法忽略了许多约束条件，所以会与实际情况有较大差距^[5]。目前，国内外主要是采用有限元分析法对后桥桥壳的各种工况进行静力学分析。