后橋的案例
solidThinking Inspire 在礦車后橋殼設計中的應用
關鍵詞：solidThinking Inspire 后橋殼 優(yōu)化設計 輕量化
1概述
礦用汽車主要運行于各種礦山和建筑施工場地，道路級別低，車輛的起動、制動和轉向非常頻繁，再加上負荷大，路面沖擊嚴重，故其工作條件十分惡劣[1]。后橋殼是礦用自卸車的承重和動力源的關鍵部件。它的結構設計在礦用自卸車的研制中占有相當的分量和較大的難度[2]。后橋殼的設計不僅需要有足夠的強度和剛度，而且合理地減輕后橋橋殼的重量也是提高礦用自卸車性能的關鍵因素之一[3]。同時輕量化的趨勢要求各類零部件都在滿足強度要求的情況下質量最小化。本文以礦用自卸車后橋殼的設計為例，應用Altair公司的solidThinking Inspire軟件在概念設計階段對其進行最優(yōu)的結構探索。根據優(yōu)化出來的拓撲模型，在三維軟件中進行詳細的后橋殼結構設計。該應用表明Inspire能輔助工程設計人員 獲取較優(yōu)的拓撲結構，為產品的結構設計打下良好基礎[4]。
2優(yōu)化設計
2.1初始設計空間
在優(yōu)化設計開始之前，工程師通過Inspire創(chuàng)建大概的三維模型。礦用自卸車的后橋殼的初始設計空間定義如圖1所示。
圖1后橋殼初始設計空間
圖2后橋殼載荷加載和邊界條件約束圖
圖中褐色的實體稱為設計空間，灰色的圓環(huán)實體稱為非設計空間。由于各個鉸接孔是用來鉸接后橋殼與車架的，位置和形狀基本是不變的。
展開 后橋總成嘯叫噪聲問題分析及結構優(yōu)化
汽車后橋總成是汽車底盤的關鍵零部件，后橋總成中齒輪傳遞的不平穩(wěn)性是后橋主減速器產生嘯叫噪聲的根本原因。目前國內汽車企業(yè)解決后橋總成齒輪嘯叫噪聲的方法主要是通過人工依靠經驗進行齒輪修形，并結合實車測試反復調整齒輪參數達到降低齒輪噪聲的目的。這種人工經驗修形的方法由于缺少理論依據，耗時長，效率低。為此，本文結合某車型后橋總成嘯叫噪聲問題，提出一種基于傳動軸-后橋系統(tǒng)動態(tài)響應分析的齒輪優(yōu)化設計解決方法。
1 后橋總成嘯叫噪聲產生的原因分析
汽車的后橋總成是復雜的振動系統(tǒng)，它由主減速器（主動齒輪、被動齒輪及差速器總成等），半軸及橋殼等部件組成，通過主減速器實現降速增扭的作用。后橋總成模型如圖1 所示。
展開 后橋疲勞分析
摘要：后橋總成是整車的重要組成部分，對其進行失效分析對提高整車安全性有著重要的意義。文中對一款新設計后
橋進行CAE 分析，發(fā)現橋殼減震器支架周圍有斷裂風險，因此對其進行疲勞試驗驗證，試驗結果確定在此位置易過早
疲勞斷裂。通過實驗結果分析其失效原因，并對這些因素進行排查。最后通過改變減震器支架形式及焊接方法等優(yōu)化手
段，使得后橋橋殼疲勞壽命提高至國家標準，并為以后的后橋設計提 一定的依據。
汽車驅動橋殼疲勞壽命分析及結構優(yōu)化.pdf
驅動橋橋殼剛度優(yōu)化分析
摘要：利用HyperMesh建立驅動橋有限元模型,然后運用RADIOSS求解器對該后橋進行有限元分析，得到該后橋的位移云圖及應力值，通過位移云圖需找影響剛度的關鍵位置，然后通過OptiStruct對關鍵位置形狀進行優(yōu)化。
關鍵詞：后橋 有限元分析 優(yōu)化分析 HyperMesh
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(xù)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
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。
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(tài)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。
展開 
ANSYS-WORKBENCH在橋殼失效原因分析中的應用
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(xù)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(tài)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(yōu)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(yè)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(qū)域是影響剛度的關鍵位置。因此我們需要對紅色區(qū)域截面進行優(yōu)化。根據產品結構和現有的加工工藝，我們選取形狀優(yōu)化方法(Shape Optimization)。
展開 一款重卡驅動橋傳動效率提升設計優(yōu)化及驗證
第n次
fn
ηn
綜合效率η
η=（η1×f1+η2×f2+η3×f3+ηn×fn）/n
3.2 改進前傳動效率試驗測試
根據傳動效率測試方法，分別對中后橋傳動效率改進前和改進后進行了測試，結果如下：
第一，對中橋總成傳動效率進行試驗，選取2件性能、型號完全一致的中橋樣品，分別對其進行編號：中橋2500005-A（改進前）、中橋2500005-B（改進后）。對2件中橋樣品輸入轉速和輸入扭矩分別賦值：140、210；400、280；400、1000；680、320；680、1320；950、450；950、1150；1080、150；1080、1100，分析得出改進前后的中橋總成傳動效率分別為94.97、96.69。
第二，根據傳動效率測試方法，對改進后的中后橋傳動效率進行測試，選取2件性能、型號完全一致的后橋樣品，分別對其進行編號：后橋2400005-A（改進前）、后橋2400005-B（改進后）。對2件后橋樣品輸入轉速和輸入扭矩分別賦值：140、210；400、280；400、1000；680、320；680、1320；950、450；950、1150；1080、150；1080、1100，分析得出后橋總成傳動效率改進前后分別為95.24、97.52。
3.3 傳動效率測試結果對比
根據試驗結果得出，中橋傳動效率提升了1.72%，后橋傳動效率提升了2.28%，如表2所示。
展開 ADAMS平衡懸架載荷分析
商用車平衡懸架主要結構有：推力桿，中后橋，板簧，平衡軸。推力桿主要是限制橋的位移，直推一般限制橋的縱向位移，而V推可以限制縱向和橫向的位移。平衡軸的主要作用就是保證中、后橋行駛在不平路面時，輪胎能時刻接地。因為平衡懸架的平衡桿多為等長結構，因此中、后橋的垂向載荷能時刻相等。
Adams中提供了_MDI_TASA_TESTRIGS懸架試驗臺，可以幫助我們搭建平衡懸架裝配模型，如下圖所示。
平衡懸架靜載荷計算與仿真分析：
垂向工況下，垂向力主要作用于板簧和車橋連接處a，且中、后橋垂向載荷基本一致。
縱向工況下，縱向力主要作用于推力桿，根據力矩平衡，可以計算得到推力桿與車橋連接處b載荷。理論計算與仿真值相當。
通過理論計算與仿真間接驗證了模型的可信度。
注意點：在搭建模型時，硬點的位置尤為重要。例如垂向工況下，如果中后橋的載荷相差較大，可以是由于平衡軸的中心到中后橋的距離不相等導致；上下推力桿到輪心的位置要與實際一致，否則縱向工況下，計算與仿真得到的載荷誤差較大大。
來源：有限元探索
展開 基于VCU的商用車車速信號處理技術
基于VCU的車速方案，遇到以上情況，可利用診斷儀對后橋減速比、輪胎半徑進行簡單的選擇匹配即可，既快捷方便又經濟實惠。如圖4所示。
汽車后橋殼的CAE分析研究
針對某型車的引進吸收開發(fā)過程中，其海南路試發(fā)現后橋存在的局部強度不足的情況，用ANSYS有限元分析系統(tǒng)對其后橋殼進行了計算分析比較，并優(yōu)化該產品的設計。
隨著汽車對安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視，汽車車后橋作為整車的一個關鍵部件，其產品的質量對整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的，因而對汽車車后橋進行有效的優(yōu)化設計計算是非常必要的。本文介紹了有限元方法對某型車后橋殼的分析研究，建立了車后橋殼的有限元計算模型，并進行了多方案的模型計算分析比較，指出了其結構不足，提出了改進建議，為進一步優(yōu)化設計提供了重要理論依據。
建立后橋殼的有限元模型
根據該車后橋結構特點，傳統(tǒng)的車橋有限元簡化分析一般將重點集中于橋殼分析，該橋殼是鋼板焊接式，由兩根主橋殼對焊，中段兩側焊有四塊三角形板，中間兩端與橋后蓋及主減速器殼連接固定。一般其強度問題點發(fā)生的部位如圖1。
圖1 焊接橋殼常見的高應力響應部位
本橋殼的G、H點即是平衡桿座板焊接位的應力集中問題， E點處在中間相對水平緩的過度部位，該處往往開大傘齒輪安裝切槽或法籃螺孔，應力響應也較高，A、B點的高應力響應對應最大側向載荷工作情況發(fā)生。
載荷與約束
首先對后橋所受載荷進行分析，本分析考慮了兩種工作載荷：一種橋負荷，分別作用在板簧支座與橋殼聯接位；另一種載荷為平衡桿在車身發(fā)生傾斜等情況時產生的抗力。
圖2 平衡桿模型與抗力 圖3 車身不發(fā)生傾斜時橋殼應力響應分布
計算結果分析
通過FEM對平衡桿模型有無作用力計算比較，得出：平衡桿支反力對橋殼體的影響主要體現在橋殼彎矩的加大。
圖4 平衡桿角度為零時橋殼最大應力響應 圖5 橋殼敏感部位局部的計算結果
分析表明，橋殼的高應力響應點在平衡桿加強板和橋殼焊接結縫，該點非常接近橋殼對焊焊縫與琵琶段闊漲段的三角接板對焊位。
展開 奧迪e-tron純電動汽車的動力總成解析(上)
4.電機用作驅動電機
如果電機是作為驅動電機來使用，那么發(fā)動機控制單元J623會把驅動請求發(fā)送至前橋和后橋的功率電子裝置上。功率電子裝置會把所需要的電壓以交流電壓的形式提供給電機使用。后部交流驅動裝置VX90效率更高，在能量回收以及在驅動車輛時，是起主要作用的。
5.電機用作發(fā)電機
要想在車輛行駛中讓電機產生充電電流，那么在減速超速和制動過程中，是把電機當做發(fā)電機來使用的。在減速超速工況時，功率電子裝置會讓轉子轉速快于定子磁場(負轉差率)。于是就在定子內感應出一個交流電壓，功率電子裝置利用該電壓形成高壓蓄電池的充電電流。
6.慣性滑行模式(空載模式)時的電機
要想切換到慣性滑行模式，前、后電機扭矩會被調節(jié)至0，以抵消摩擦損失。
三、驅動電機冷卻系統(tǒng)
1.前后橋電機冷卻
奧迪e-tron電機冷卻系統(tǒng)采用了熱泵技術，熱泵系統(tǒng)包含車內空調和熱交換系統(tǒng)、壓縮機、冷卻裝置(chiller)和動力電機廢熱回收裝置。如圖10所示，前橋和后橋上的電驅裝置通過低溫循環(huán)管路水冷，定子和轉子上都有冷卻液流過。尤其是附帶的轉子內部冷卻，在持續(xù)功率輸出和峰值功率方面具有重要意義。在前橋上，功率電子控制器和電機彼此串聯在冷卻環(huán)路中。冷卻液首先流經功率電子控制器，然后流經前橋電機內部的“水q”對轉子內部冷卻，之后流經定子水套返回循環(huán)管路中。在后橋上，冷卻液首先流經功率電子控制器，隨后流經定子冷卻水套之后流經轉子內的“水q”，最后返回循環(huán)管路。
圖10 前橋和后橋電機冷卻系統(tǒng)
(未完待續(xù))
展開 【汽車車橋知識】
大多數汽車采用前置后驅動(FR)，因此前橋作為轉向橋，后橋作為驅動橋;而前置前驅動(FF)汽車則前橋成為轉向驅動橋，后橋充當支持橋。
轉向橋的結構基本相同，由兩個轉向節(jié)和一根橫梁組成。如果把橫梁比做身體，轉向節(jié)就是他左右搖晃的腦袋，脖子就是我們常說的主銷，車輪就裝在轉向節(jié)上，仿佛腦袋上帶了個草帽。不過，行駛的時候草帽轉，腦袋卻不轉，中間用軸承分隔開，腦袋只管左右晃動。脖子--主銷是車輪轉動的軸心，這個軸的軸線并非垂直于地面，車輪本身也不是垂直的，我們將在車輪定位一節(jié)具體論述。
轉向驅動橋與轉向橋的區(qū)別就是一切都是空心的，橫梁變成了橋殼，轉向節(jié)變成了轉向節(jié)殼體，因為里面多了根驅動軸。這根驅動軸因被位于橋殼中間的差速器一分為二，而變成了兩根半軸。兩個草帽也不是簡單地套在腦袋上，還要與里面的兩根半軸直接相連。半軸在"脖子"的位置也多了一個關節(jié)--萬向節(jié)，因此半軸也變成了兩部分，內半軸和外半軸。
根據懸架的結構型式，車橋可分為斷開式和整體式兩種。斷開式車橋為活動關節(jié)式結構，它與獨立懸架配合使用;整體式車橋的中部是剛性實心或空心梁。它多配用非獨立懸架。按車輪的不同運動方式，車橋又可分為轉向橋、驅動橋、轉向驅動橋和支承橋四種類型。其中，轉向橋和支承橋均屬于從動橋。一般汽車的前橋多為轉向橋，而后橋或中、后兩橋多為驅動橋;越野汽車或大部分轎車的前橋既是轉向橋也是驅動橋，故稱為轉向驅動橋;有些單橋驅動的三軸汽車(6×2)的中橋(或后橋)是驅動橋，則后橋(或中橋)都是支承橋。
轉向橋
1)功用利用轉向節(jié)的擺動使車輪偏轉一定的角度以實現汽車的轉向;承受車輪與車架之間的垂直載荷,縱向的道路阻力,制動力和側向力以及這些力所形成的力矩。
2)關鍵指標由于路況復雜，車橋需要有一定的剛度和強度。轉向輪具有正確的定位角和合適的轉向角。
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Adams平衡懸架
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商用車平衡懸架主要結構有：推力桿、中后橋、板簧、平衡軸。
1.推力桿主要有直推和V推，其作用是限制橋的位移，直推一般限制橋的縱向位移（X方向），而V推可以限制縱向和橫向（Y方向）的位移。
2.平衡軸分為整體式和斷開式。
商用車平衡懸架的主要作用就是保證中、后橋行駛在不平路面時，輪胎能時刻接地。因為平衡懸架的平衡桿多為等長結構，因此中、后橋的垂向載荷能時刻相等。
Adams建立的平衡懸架如下圖所示。
分析前，我們需要校核下中、后橋輪胎的垂向力，以保證模型的準確性。
汽車底盤各配件詳細介紹
后橋懸掛增強平衡拉桿(俗稱：后底吧，選裝件)，設計安裝于后橋與車架底盤后方的連接位置上，主要作用是加強后橋與車架的連接強度。
車架(車身)，底盤增強平衡拉桿(組件)。底盤加強件如何發(fā)揮作用日常環(huán)境下，我們的車輛在行駛當中受到路面外來的作用力，會造成車身的扭曲，此時車身剛性越低的車所造成的車身扭曲就會越大。車身剛性低還會引起車身扭曲，影響到輪胎與地面的接觸面，造成車輛的轉彎性能和操控性能有所下降。
而安裝底盤加強件的好處就是能將底盤的各部件拉住，從而加強車身剛性，抑制車身扭曲。這時的車輛操控感覺會更靈敏，加強的車身也會吸收掉來自地面的沖擊，提高舒適性，車輛行駛也會更穩(wěn)定，也能減少車身老化帶來的松散感，還能將懸掛的作用發(fā)揮到極致，使車身有效的分散扭力。
展開 一款平行軸式電驅橋的開發(fā)
圖1 機電集成電動后橋
1 設計分析及結構設計
整體結構包括：橋的承載件（橋殼）、驅動車輪的傳動裝置（半軸等零部件）、懸掛件、制動系統(tǒng)。動力傳遞特點：動力輸入與后橋輸出呈平行分布。因此，如何既能實現這種形式力矩傳遞，同時又要獲得較好NVH水平的減速器，是這款后橋設計的重點。此減速器設計中，圓柱斜齒輪和軸承型號選擇也是設計的關鍵。
根據整車給定速比及電機輸入軸至后橋輸出軸的距離，減速器采用二級減速，齒輪布置形式如圖2所示，輸入扭矩通過齒輪軸Ⅰ與裝于齒輪軸Ⅱ上的Ⅱ軸齒輪的嚙合傳遞至齒輪軸Ⅱ，齒輪軸Ⅱ通過與被動齒輪的嚙合傳至差速器。
展開 一款平行軸式電驅橋的開發(fā)
圖1 機電集成電動后橋
1 設計分析及結構設計
整體結構包括：橋的承載件（橋殼）、驅動車輪的傳動裝置（半軸等零部件）、懸掛件、制動系統(tǒng)。動力傳遞特點：動力輸入與后橋輸出呈平行分布。因此，如何既能實現這種形式力矩傳遞，同時又要獲得較好NVH水平的減速器，是這款后橋設計的重點。此減速器設計中，圓柱斜齒輪和軸承型號選擇也是設計的關鍵。
根據整車給定速比及電機輸入軸至后橋輸出軸的距離，減速器采用二級減速，齒輪布置形式如圖2所示，輸入扭矩通過齒輪軸Ⅰ與裝于齒輪軸Ⅱ上的Ⅱ軸齒輪的嚙合傳遞至齒輪軸Ⅱ，齒輪軸Ⅱ通過與被動齒輪的嚙合傳至差速器。
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