拖拉机驱动桥的有限元分析及拓扑优化设计

上传者：杜军
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上传时间：2015-05-07
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拖拉机驱动桥的有限元分析及拓扑优化设计

拖拉机驱动桥的有限元分析及拓扑优化设计
摘要
作为拖拉机的主要承载件和传力件，驱动桥支撑着拖拉机的荷重，并将载
荷传给车轮。作用在拖拉机上的牵引力、制动力和侧向力，也是经过驱动桥传
到悬挂及车架或者车厢上。驱动桥的使用寿命直接影响拖拉机的有效使用寿命，
因此，驱动桥应具有足够的强度、刚度和良好的动态特性。
驱动桥常规设计方法更多的是凭设计者经验和借鉴现有的设计来进行综合
考虑，结果趋于保守，难以实行最优化设计。不能准确的反映用于桥壳各处的
应力和变形，所以有很多局限性。使用有限元法对驱动桥壳进行强度分析可以
极大的避免了这些局限。只要不断实践并总结经验，将会不断提高计算精度和
工作效率，使这种方法成为产品设计的有力手段。如果在设计时就综合考虑驱
动桥壳结构优化，对提高整车的各种性能，降低设计与制造成本，增强市场竞
争力等都具有十分重要的意义。
转向驱动桥最重要的部件是桥壳，桥壳的结构力学特性对整个转向驱动桥
的性能起着至关重要的作用。本文建立了驱动桥有限元模型，在此基础上对转
向驱动桥壳的静、动态性能进行了分析与研究，并对转向驱动桥其它关键零件
半轴、转向节进行了基本力学分析。
通过强度试验结果与理论分析数据相比发现两者之间误差较小，验证了有
限元模型建立的合理性。桥壳内的最大主应力小于许用应力值，该桥壳满足强
度要求；桥壳的每米轮距最大变形量小于国标规定的１．５ｍｍ／ｍ，满足刚度要求；
桥壳的最低阶固有频率远大于路面激励频率，路面行驶不会引起桥壳共振。同
时对转向节、半轴的分析结果也表明它们符合设计要求，说明在各工况下该转
向驱动桥是安全可靠的。
在有限元分析的基础上建立了该转向驱动桥桥壳拓扑优化模型，提出了两
种优化方案，根据优化结果提出了改进方案，对改进结构进行相同工况分析发
现改进后结构不仅满足设计要求，质量也下降不少，而且有效的实现了桥壳的
轻量化，说明运用有限元法进行分析优化来改进桥壳结构这种方法是很有实用
价值的。
关键词：转向驱动桥壳；有限元法；强度；模态分析；拓扑优化。

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