摘 要：針對(duì)重型驅(qū)動(dòng)橋橋殼在截面形狀過(guò)渡處容易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂的問(wèn)題，首先用proe對(duì)某重型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何建模，并基于ANSYS workbench對(duì)其進(jìn)行幾何模型簡(jiǎn)化，完成有限元模型的建立。根據(jù)重型車(chē)的實(shí)際工作狀況對(duì)有限元模型施加脈沖動(dòng)態(tài)載荷仿真得出其疲勞特性云圖，觀察分析橋殼不同位置疲勞壽命情況，為橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋橋殼；疲勞強(qiáng)度；ANSYS workbench

1 概述

驅(qū)動(dòng)橋位于汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)末端，是汽車(chē)總成中的主要承載件和傳力件。在一般的汽車(chē)結(jié)構(gòu)中，用于支承并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等并將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到左、右驅(qū)動(dòng)輪。其使用頻繁，故障率較高，生產(chǎn)質(zhì)量和性能直接影響到車(chē)輛的整體性能和有效使用壽命。因此，橋殼必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度、良好的動(dòng)態(tài)特性和疲勞壽命。

2 有限元模型的建立

根據(jù)橋殼的 CAD 圖紙，用 Pro/E 建立了三維幾何模型如圖1所示，為了使有限元模型既能反應(yīng)實(shí)物的重要性能特征，又要實(shí)現(xiàn)劃分網(wǎng)格簡(jiǎn)便并減少單元數(shù)量，從而保證較高的計(jì)算精度并相應(yīng)的減少計(jì)算量，對(duì)橋殼的某些特征進(jìn)行了簡(jiǎn)化，得到有限元模型如圖2所示。

3 橋殼疲勞強(qiáng)度分析

驅(qū)動(dòng)橋橋殼的疲勞損傷屬于低應(yīng)力高周疲勞，利用ANSYS后處理中的Fatigue模塊可以有效精確的對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的疲勞損傷進(jìn)行分析與仿真。在驅(qū)動(dòng)橋的靜力分析的理論基礎(chǔ)上采用彈塑性假設(shè)和Miner疲勞累積損傷法則得出橋殼模型的疲勞壽命循環(huán)次數(shù)和最小安全系數(shù)，達(dá)到預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)橋的疲勞壽命的目的。

文章橋殼本體所用的材料為 ZG25Mn，正火處理。其疲勞性能參數(shù)如表1所示。

由結(jié)構(gòu)靜力分析可知，汽車(chē)在不平路面沖擊載荷作用下后橋殼的等效應(yīng)力最大，因此在不平路面沖擊載荷作用工況下對(duì)橋殼進(jìn)行疲勞分析。在workbench中輸入疲勞強(qiáng)度降低因子，采用古德曼法修正平均應(yīng)力對(duì)構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的影響。根據(jù)重型車(chē)的實(shí)際工作狀況，對(duì)橋殼施加脈沖載荷，即施加的最大載荷是使橋殼產(chǎn)生最大應(yīng)力時(shí)所受的載荷，最小的載荷為零。經(jīng)過(guò)計(jì)算可得后橋殼疲勞壽命圖如圖3所示，橋殼安全系數(shù)圖如4所示。

由疲勞壽命云圖3 所示，橋殼的最低的壽命是1×107次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出《汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)》中設(shè)計(jì)壽命80萬(wàn)次的規(guī)定。由橋殼的安全系數(shù)圖4所示，橋殼最低安全系數(shù)為1.8409，處于半軸套管與后橋殼的聯(lián)接處，這是由于截面過(guò)渡處存在集中應(yīng)力的影響，但是橋殼最低安全系數(shù)仍大于 1，證明橋殼仍是安全的，符合橋殼臺(tái)架試驗(yàn)的規(guī)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用彈塑性假設(shè)和Miner疲勞累積損傷法則，結(jié)合修正的驅(qū)動(dòng)橋殼的材料S-N曲線，基于ANSYS workbench 對(duì)驅(qū)動(dòng)后橋進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度分析。將得出的仿真結(jié)果與國(guó)內(nèi)汽車(chē)后橋的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)合理、符合標(biāo)準(zhǔn)。驅(qū)動(dòng)后橋壽命（循環(huán)次數(shù)）超過(guò)100萬(wàn)次，危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在在半軸套筒和橋殼連接處，最小安全系數(shù)為1.8409。因此，在對(duì)驅(qū)動(dòng)橋橋殼設(shè)計(jì)時(shí)要提高橋殼截面過(guò)渡處的強(qiáng)度以保證整體的疲勞強(qiáng)度。