1 前言

    乘用車驅動橋是整車的關鍵零部件，其性能直接影響整車的安全性、可靠性。驅動橋總成是否滿足產品的設計需要，對整車的性能起到關鍵作用。
    橋殼是驅動橋總成上一個單獨的件，它具有支撐汽車載荷的作用，并將載荷傳遞給車輪。作用在后橋車輪的牽引力、制動力和側向力及垂直載荷經后橋傳遞到車架上。若汽車后橋的強度及剛度不能達到要求，則會失效，可能會造成后橋斷裂，或永久變形，不能再繼續使用。因此在設計上，為了達到安全要求，對驅動橋的剛度有一定要求。本文中的驅動橋橋殼主要用于微型貨車，它是由中段的鋼板沖焊件分別與兩端的無縫鋼管焊接而成。

2 有限元模型的建立及分析

圖1 后橋主要結構

    后橋總成包括：橋殼焊接總成、主減總成、半軸總成，他們之間通過螺栓和軸承傳遞力，因此，在進行有限元模型建立時，按照以往分析經驗對一些連接和零件進行簡化。

圖2 通過HyperMesh建立的模型

3 驅動橋橋殼有限元分析模型建立

    根據汽車相關設計要求及試驗標準，利用有限元軟件HyperMesh建立有限元模型，使用有限元求解器RADIOSS對驅動橋進行力學性能分析。當汽車高速行駛于不平路面上時，驅動橋除承受在靜止狀態下的那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷，這種工況下最為危險， 此時后橋橋殼的位移分布情況，如圖3所示。

        
   圖3              圖4

4 驅動橋橋殼優化目標建立

    由圖3可知，該后橋的剛度為1.17，不能滿足企業后橋剛度為1的標準，后橋最大位移在中段，將橋殼中段單獨提取出來，我們查看中段的位移云圖（圖4），我們可以看出，紅色區域是影響剛度的關鍵位置。因此我們需要對紅色區域截面進行優化。根據產品結構和現有的加工工藝，我們選取形狀優化方法(Shape Optimization)。
    根據優化設計方法，我們需要尋找設計區域，在本后橋中，最大影響區域在中段，優化區域為后橋中段，其中中段與主減總成和后蓋連接的區域為中段非優化區域，圖5為設計區域與非設計區域，圖6為設計區域Shape設計變形情況。
    定義約束，從優化目標可知，優化的目標是滿足后橋剛度為1的要求，那么我們將后橋的最大位移作為我們的約束，因此，我們定義后橋中段非設計區域的最大位移節點的位移小于1.43mm作為約束。

        
圖5                         圖6

5 結果評價

圖7

    從圖7可知，優化后的中段最大位移為1.45mm，滿足后橋剛度。通過HyperMesh將優化后的網格進行幾何重建，導入到CAD軟件中。
    通過該有限元優化分析，可以更好地把握產品設計的動向，并減少了開發周期和開發時間，可進一步提升產品的質量。本文使用HyperMesh軟件作為有限元分析的前處理工具，能夠實現快速有限元網格劃分，并且滿足分析所需要的網格質量，使用OptiStruct作為優化求解器，得到了很好的結果。