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摘 要 ：用有限元法计算分析螺旋簧结构驱动桥在多工况下的结构应力,找出结构薄弱环节并加以改进.
关 键 词 ：汽车； 螺旋簧式驱动桥； 有限元分析
中图分类号：U463.334文献标志码：B
0引言
汽车驱动桥是结构较为复杂的零部件之一,其主要功用是支承汽车质量,并承受由车轮传来的路面反力和反力矩,并经悬架传给车架（或车身）[1-2].本文研究的驱动桥为螺旋簧非断开式驱动桥,由于是螺旋簧结构,其受力状态较钢板簧结构复杂；该螺旋簧结构驱动桥（见图1）为多连杆结构,纵臂、拉杆等通过橡胶衬套与桥壳和车架相连接.实际中桥体受力状态复杂,难以把握其强度分布,利用有限元技术,可在产品开发初期找到结构薄弱环节,并采取相应改进措施.迄今在所发有限元文献当中,多涉及钢板簧结构驱动桥,极少见此类驱动桥；在多连杆结构驱动桥有限元分析方面本文作出有益尝试.
1有限元模型的建立
将用CATIA创建的驱动桥几何模型导入前处理软件HyperMesh中,进行网格划分.由于模型规模较大、部件众多,需兼顾计算机资源,对网格尺寸进行合理控制.应用HyperMesh网格控制方法灵活多样的特点,对模型中关心区域进行局部网格加密.
注：1—主减速器总成；2—半轴套管；3—下纵臂；4—上纵臂；5—半轴；6—螺旋弹簧；7—减震器；8—横向拉杆.
2计算结果分析
根据汽车行驶的特点,需考虑多种载荷工况,主要包括垂向冲击工况（即高速行驶于不平路面时）、最大牵引力工况、转向工况和制动工况等[1],各工况下的最大应力云图见图3～4.由上述分析可知,垂向冲击工况时,最大应力出现在下纵臂支座与轴管焊缝处；转向工况时,出现在横向拉杆安装销与其支座焊缝处；最大牵引力工况与制动工况时,均出现在上纵臂支座上.结合工况受力特点可知,各工况下最大应力出现位置合乎逻辑.查看材料性能参数发现,仅在最大牵引力工况时,上纵臂的应力值超出材料的屈服极限,因此,在后续开发过程中,需关注该零件的性能.在后来台架试验和首轮路试过程中,上纵臂支座均在分析位置出现开裂,可见该零件是设计的薄弱环节,需对其采取改进措施.更换上纵臂支座材料并增加壁厚,重新分析结果显示,关注区域应力大幅下降,有较高的安全因数.按照改进后制作的样桥重新进行道路试验,结果全部通过试验,可见改进桥壳结构可以满足实际中复杂的使用条件.
3结束语
成熟运用有限元分析技术,对螺旋簧式驱动桥在多工况下的静强度进行分析,找出设计薄弱环节,及时对其进行改进,可减少物理试验,从而节约开发费用,缩短开发周期.同时,在螺旋簧式驱动桥有限元分析方面积累经验,进行有益的尝试,为进一步开展疲劳寿命分析打下基础.