某重型车驱动桥后桥壳疲劳强度分析

摘 要：针对重型驱动桥桥壳在截面形状过渡处容易产生裂纹甚至断裂的问题，首先用proe对某重型车驱动桥桥壳结构进行几何建模，并基于ANSYS workbench对其进行几何模型简化，完成有限元模型的建立。根据重型车的实际工作状况对有限元模型施加脉冲动态载荷仿真得出其疲劳特性云图，观察分析桥壳不同位置疲劳寿命情况，为桥壳的结构设计提供参考。

关键词：驱动桥桥壳；疲劳强度；ANSYS workbench

1 概述

驱动桥位于汽车传动系统末端，是汽车总成中的主要承载件和传力件。在一般的汽车结构中，用于支承并保护主减速器、差速器和半轴等并将发动机发出的扭矩和转速传递到左、右驱动轮。其使用频繁，故障率较高，生产质量和性能直接影响到车辆的整体性能和有效使用寿命。因此，桥壳必须具有足够的强度、刚度、良好的动态特性和疲劳寿命。

2 有限元模型的建立

根据桥壳的 CAD 图纸，用 Pro/E 建立了三维几何模型如图1所示，为了使有限元模型既能反应实物的重要性能特征，又要实现划分网格简便并减少单元数量，从而保证较高的计算精度并相应的减少计算量，对桥壳的某些特征进行了简化，得到有限元模型如图2所示。

3 桥壳疲劳强度分析

驱动桥桥壳的疲劳损伤属于低应力高周疲劳，利用ANSYS后处理中的Fatigue模块可以有效精确的对驱动桥壳的疲劳损伤进行分析与仿真。在驱动桥的静力分析的理论基础上采用弹塑性假设和Miner疲劳累积损伤法则得出桥壳模型的疲劳寿命循环次数和最小安全系数，达到预测驱动桥的疲劳寿命的目的。

文章桥壳本体所用的材料为 ZG25Mn，正火处理。其疲劳性能参数如表1所示。

由结构静力分析可知，汽车在不平路面冲击载荷作用下后桥壳的等效应力最大，因此在不平路面冲击载荷作用工况下对桥壳进行疲劳分析。在workbench中输入疲劳强度降低因子，采用古德曼法修正平均应力对构件疲劳强度的影响。根据重型车的实际工作状况，对桥壳施加脉冲载荷，即施加的最大载荷是使桥壳产生最大应力时所受的载荷，最小的载荷为零。经过计算可得后桥壳疲劳寿命图如图3所示，桥壳安全系数图如4所示。

由疲劳寿命云图3 所示，桥壳的最低的寿命是1×107次，远远超出《汽车驱动桥台架试验评价指标》中设计寿命80万次的规定。由桥壳的安全系数图4所示，桥壳最低安全系数为1.8409，处于半轴套管与后桥壳的联接处，这是由于截面过渡处存在集中应力的影响，但是桥壳最低安全系数仍大于 1，证明桥壳仍是安全的，符合桥壳台架试验的规定。

4 结束语

采用弹塑性假设和Miner疲劳累积损伤法则，结合修正的驱动桥壳的材料S-N曲线，基于ANSYS workbench 对驱动后桥进行了疲劳强度分析。将得出的仿真结果与国内汽车后桥的相关标准进行对比发现驱动桥设计合理、符合标准。驱动后桥寿命（循环次数）超过100万次，危险截面出现在在半轴套筒和桥壳连接处，最小安全系数为1.8409。因此，在对驱动桥桥壳设计时要提高桥壳截面过渡处的强度以保证整体的疲劳强度。