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摘要：通过有限元法来进行产品的仿真设计，可以有效降低产品的设计周期以及设计成本。本文重点针对汽车驱动桥壳的仿真设计工作展开了分析和研究，采取有限元法的三维建模分析方法，有效保证汽车驱动桥壳的设计工作质量。
关键词：有限元法；汽车驱动桥壳；仿真设计
汽车驱动桥壳在传统的设计工作当中，通常情况下采用的是类比的设计方法，对已经存在的产品进行有效的改进，然后进行一系列实验和改造。有限元法属于一种比较先进的结构计算方法，可以通过有限元的分析方法得出汽车驱动桥壳的应力变化以及形变量的具体发展状况，对应力集中区域的速率变化趋势进行有效分析和研究，从中可以得到比较理想化的参数计算结果，在汽车的设计工作当中得到了广泛的应用。在针对某重型装载汽车的驱动桥壳设计工作中，相关设计工作人员采用的有限元分析方法，建立起了驱动桥壳模型结构，驱动桥壳的整体形变状况、应力分布状况以及强度大小等进行深入分析，相比于传统的设计工作方法，驱动桥壳的受力以及应变状况更加详细，设计工作比较简单，前期的工作成本投入量较低。
1.汽车驱动桥壳模型的建立
汽车驱动桥壳的结构构成相对比较复杂，并且其中存在比较复杂的过度曲面结构，因此在实际的分析工作过程中，可以使用三维建模软件建立起汽车驱动桥壳的几何模型。驱动调和的基础尺寸参数如下所示，壁厚16mm，轮间距1850mm，弹簧距离1050mm。依照驱动桥壳的几何受力特点和模型特征，在保证典型的受力特征条件下，对汽车桥壳结构进行了有效的简化和分析，具体如图1所示。在Ansys当中进行了网格划分处理，从中得到了有限元模型，共涉及到了49205个分布节点以及26236个构成单元，如图2所示：
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图1 驱动桥壳几何模型 图2驱动桥壳有限元模型
汽车的驱动调和在行驶工作过程中受力的情况相对比较复杂，所承受的外部应力作用主要分为了垂直方向受力牵引力、制动力以及侧方向受力。在计算工作中通常情况下需要将调和的复杂受力情况进行有效的简化，车轮承受的最大垂直用力大小以及车轮受的最大侧向力分布情况保持相同。因此，在针对外部和在作用条件下，需要对汽车桥壳的强度大小进行准确的设计，以此来保证汽车在行驶过程中的稳定性[1]。
2.驱动桥壳有限元计算分析
2.1各工况载荷及边界条件确定
在外部产生冲击荷载的工作条件下，当汽车高速通过不平整的路面过程中，桥壳除了需要承受汽车静止状态下的重力荷载，同时还需要承受汽车行驶过程中所产生的惯性荷载。在该荷载的分析过程中，不考虑侧方向力和切向力，取2.5倍的动荷载系数，并且将荷载均匀的分布在两个弹簧基础面当中。
汽车桥壳的最大驱动力工作情况，以汽车满载运行条件下的最大牵引力作为汽车行驶过程中的实时工况，不考虑侧向力的作用，此时在左右驱动车轮的条件下，受到了垂直方向的反作用力作用，同时还存在地面对汽车行驶驱动轮所产生的反切向作用力。
最大侧向力工况。侧向力如果超过了侧向的附着力，汽车会出现明显的侧滑现象，此时需要分析汽车侧滑的临界状态，即汽车的侧向加速超过了一定的限制条件下，此时汽车的内侧车轮垂直反作用力为零，此时会造成车辆出现侧翻问题，在车辆出现侧翻的情况下，驱动桥河的全部荷载由外部车轮来进行承担。
2.2 驱动桥壳各工况静力分析
在外部冲击荷载的作用条件下，在汽车的变形和受力分析结果上，桥壳的最大变形量出现在中间过渡区域，最大的形变量为1.75mm，车轮之间的间距型变量大小为0.935mm。在用力较大的区域范围内施加荷载的钢板、弹簧和底座之间的套管受力大小范围在50~150MPa之间，其实在中间的圆形结构当中，汽车的外壳应力分布相对比较集中，通过测试应力大小在300MPa左右，最大的应力值出现在半轴套管和靠近钢板的弹簧区域，受力值大小为455MPa。这一问题的产生和模型的荷载以及加载约束位置有着直接的关联，同时在半轴套管和汽车驱动桥壳之间产生了应力变化，造成了驱动桥壳附近区域的应力变化相对较大，中间区域的应力变化相对较小，存在一个渐变的倾向发展过程，因此也造成了应力的集中分布，但是从整个驱动桥壳的应力分布状态来看，整体的受力小于300MPA，受力情况主要取决于实际的外部荷载的加载情况和约束情况[2]。
最大驱动力工况与冲击荷载类似的分析步骤和分析方法，需要分析最大的驱动力荷载情况，将最大的型变量直接表现在半轴的套管以及外侧边缘区域，实际产生的形变量为1.645mm，每1m产生的形变量为0.898mm。处于最大驱动力条件下危险区域会出现在钢板弹簧座的周围，应力大小为229~402MPa范围内，较大的应力值会出现在钢板弹簧和桥壳本体位置。由于模型当中出现的尖角造成了受力相对比较集中，但是汽车的桥壳实际上不存在，因此并不会影响到汽车驱动桥壳的真实工作情况。
最大侧向力工作状况。最大形变量出现在汽车桥壳侧滑半轴套管的顶端，形变量大小为2.46mm/m轮距形变量为1.35mm最大的侧向力工作条件下应力产生的最大值和汽车桥和本体连接区域最大值为691.835MPa，产生的应力分布最大值是因为模型在该区域存在尖角问题，造成了该区域的应力变化相对较大[3]。
3.结束语
综上所述，通过Ansys软件对汽车驱动桥壳进行一系列仿真设计工作，在形变量较大的区域产生在汽车桥壳的中间区域和半轴套管的顶端，除了个别的区域由于模型的尖角和材料厚度的不同，造成了应力产生集中性变化情况之外，整个桥壳的应力分布状态和材料的实际厚度变化都可以满足具体的工作要求。通过仿真模拟分析工作之后，有效得到了驱动桥壳各个阶段的振动频率范围，该桥壳不产生明显的共振问题。
参考文献：
[1]武瑞华，周占全，邸云龙，秦秀泽，任超.基于电动汽车驱动桥设计及疲劳寿命分析[J].内燃机与配件，2020（04）：38-39.
[2]钟云耀.基于有限元法的汽车驱动桥壳仿真设计[J].南方农机，2019，50（09）：144-145.
[3]王慈.某品牌汽车驱动桥桥壳和半轴仿真设计[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017，33（18）：27-29.