论文摘要
本文结合五征集团生产的三轮汽车联体后桥箱体的改进设计,针对现有设计手段不足的缺点,将CAD/CAE技术引入联体后桥箱体设计开发领域,建立了箱体的三维数字化模型,并对箱体的静态特性、模态特性进行了有限元分析与仿真。通过与理论计算对比,验证了有限元分析结果与实际情况的吻合性。本文介绍了三轮汽车联体后桥结构强度和模态有限元分析的研究背景,在介绍实体建模、Hypermesh分析软件的基础上,论述了本公司开发的三轮汽车联体后桥变速箱箱体CAE分析的一般过程。本文首先介绍了三轮汽车联体后桥结构特点,分析了箱体结构与其他汽车总成零部件的相互关系,讨论了箱体结构的传统设计要点,介绍了箱体强度的研究方法和研究意义,并利用UG三维软件建立了箱体、半轴管等零部件的实体三维模型;在介绍Hypermesh软件的基础上,分析了Hypermesh与CAD软件的几何接口,研究了将三维UG模型转入Hypermesh环境下的方法;并针对箱体模型的特点,研究了箱体有限元模型几何清理一般过程,借助于Hypermesh软件的网格划分功能,实现了复杂产品有限元模型的建立。论述了联体后桥箱体有限元分析的一般过程,通过对三轮汽车满载静止、满载最大牵引力和满载紧急制动三种工况进行受力分析,最终确定有限元分析的边界条件和载荷,针对实际应用中出现的箱体破裂现象,实现了Hypermesh环境下箱体有限元模型的静强度分析,初步掌握了原箱体的强度特性,了解到箱体强度的薄弱环节,为箱体的改进设计提供了理论依据。在介绍模态分析理论基础上,针对本文所研究的箱体,求解了箱体结构的第七至十阶固有频率,获得了表征联体后桥箱体动态特性的模态参数,并以此指导开发设计和实际生产,取得了较好的效果。根据联体后桥箱体实际载货状态的受力分析和实际应用中出现箱体破裂现象的状态,确定了箱体压力测试点的位置,分别对结构优化前后箱体样品进行了压力试验,得出了新式优化结构箱体强度和承载能力明显高于原先箱体的结论。因为箱体外形内收,内部的齿轮油保持和原来相同液面,即能满足变速齿轮结构的润滑,所以齿轮油加注量进行了适当减少。为试验箱体强度以及齿轮油加注量是否合适,将新箱体样品装在车型7YPJ1450PDX-51上,载重十吨进行了两个月的重载道路试验,其可靠性和稳定性经受住了崎岖山路和时间的考验,说明该箱体完全满足设计要求和使用要求。通过本次对联体后桥箱体的有限元分析和结构优化,在满足强度要求和使用性能的基础上,箱体重量降低6.2kg,变速箱内齿轮油用量减少2.2 L,每架后桥节省材料成本和使用成本共计83.9元,根据最近一年十档后桥产量,每年可节省成本922.3万元,给公司带来了巨大的经济效益,这也说明五征集团的研发能力实现了质的飞跃。