高端客车驱动桥桥壳有限元分析及结构优化设计

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随着我国高速公路和高等级公路交通条件的飞速发展,高端客车需求迅速增大。国外客车企业纷纷进入中国,专注于中国市场的客车国产化。而中国本土客车厂商的研发能力普遍不成熟,尤其是高端客车底盘驱动桥总成和部件更是基本依赖进口,该技术长期垄断在国外专业厂家手中,是我国发展高端客车,实现产品结构转型、提升的关键瓶颈之一。因此,对高端客车驱动桥总成关键技术开展研究,提升企业自主创新能力,替代进口,意义重大。本文利用某车厂提供的高端客车后驱动桥工程图纸,通过三维软件Siemens NX建立后桥几何模型,并基于此模型利用ANSYS软件对其进行有限元分析,分析后基于轻量化设计思想对其进行了结构的优化。  首先,利用三维软件Siemens NX建立后桥几何模型,并选择最大垂直力、最大牵引力、紧急最大制动力和最大侧向力等4种边界工况下,对桥壳进行详细的受力分析,并基于后桥几何模型建立后桥的有限元模型对其进行静强度下的有限元仿真分析,结果表明后桥的静强度满足使用要求。  其次,基于ANSYS对桥壳进行了性能仿真分析,包括:对桥壳自由模态仿真分析,得到了桥壳前20阶的固有频率和固有振型;对桥壳热-结构耦合仿真分析,得出后桥产生的热量对桥壳结构性能产生的影响;依据疲劳寿命分析理论及方法,对桥壳的疲劳寿命仿真分析,得出后桥桥壳各部分结构的疲劳安全系数。分析结构表明后桥系统的大部分结构能够满足使用要求,有小部分结构为进行后续的轻量化结构优化提供了理论依据。  再次,以ANSYS仿真分析结果为依据对驱动桥桥壳结构进行优化再设计,首先建立了后桥结构的轻量化模型,利用Siemens NX自带的求解工具对建立的轻量化模型进行求解,得出驱动桥桥壳结构的轻量化解决方案;其次在轻量化优化结构的基础上,基于噪声分析再次对驱动后桥结构进行优化,得出了驱动桥的进一步优化结构。  最后,基于ANSYS对驱动后桥优化后的结构进行了性能仿真分析,包括模态仿真分析、热-结构耦合仿真分析、疲劳寿命仿真分析等,并对结构优化前后的仿真分析结果进行了对比。对比结果表明优化后的后桥结构各项性能均符合驱动后桥的使用标准,此外,在轻量化方面,相比优化前结构,优化后的驱动后桥实现了减重6%。
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