1. 前言

汽车的驱动桥壳是车辆的传力零件和承载零件，同时与从动桥一起支承车架及车架上各部件的质量，以及承受车轮传来的地面反作用力和力矩，经由悬架传至车架。驱动桥壳可分为整体式桥壳与分段式桥壳两类，由于整体式桥壳便于主减速器的装配，调整以及维修，所以普遍用于各类汽车上。驱动桥壳的设计通常要求有足够强的强度，刚度，以及足够的疲劳寿命等。通常厂家在实际设计过程中会根据经验一一类比，在初步设计出驱动桥壳后，会经行驱动桥壳的台架试验，不断进行修正。桥壳的台架疲劳寿命的国家标准为：五件同批次试验样品中，其中最低值寿命不低于50万次，中值寿命不低于80万次^[5]。设计实物费时费力，如今一般通过CAD/CAE软件建立驱动桥壳的3D模型，在计算机上模拟台架试验，设计出符合要求的驱动桥壳。

1. 研究现状

南京理工大学的杨志卿等人认为，驱动桥壳作为汽车底盘重要的承载部件，由于在使用过程中需要承受不同程度和不同工况的交变载荷，极易产生微观的裂纹并且进一步扩展而成为宏观的裂纹，从而造成失效。所以对汽车驱动桥壳进行疲劳寿命的预测具有十分重要的意义^[1]。他们采用了CATIA软件建立了驱动桥壳的三维实体模型，在Hypermesh中划分网格之后，利用了MSC. Nastran 进行了驱动桥壳的有限元静强度以及刚度的分析，再基于有限元分析结果，在专业疲劳分析设计工具MSC.Fatigue中进行驱动桥壳的疲劳寿命预测，对驱动桥壳进行较全面的分析。

安徽理工大学的王开松等人以某重型卡车的后驱动桥壳为例，基于SOILDWORKS建立了桥壳的三维参数化模型，再运用workbench对其进行了静力强度，振动模态和疲劳寿命的有限元分析，得到了驱动桥壳的应力分布，固有频率振型和疲劳寿命图。他们根据数据结果发现桥壳的刚度和强度上存在较大的裕度，所以在此基础上采用了目标驱动的优化方法，建立了以桥壳质量最小为设计目标，以强度和变形量为约束的优化模型，进行了轻量化设计。最后又对轻量化后的驱动桥壳进行了振动模态，疲劳寿命的有限元验证，以及桥壳的台架试验验证，来检验此次的优化设计是否成功^[2]。

贵州大学的李惠林等人在《煤矿机械》上发表的《矿用载货车驱动桥壳疲劳寿命分析》一文中对驱动桥壳进行了静力分析和疲劳寿命分析。他们通过CATIA建立了某矿用载货车的驱动桥壳数字模型，结合了汽车驱动桥台架试验标准对驱动桥壳进行了静力分析，并采用了FE-SAFE疲劳分析软件对桥壳进行了基于正弦载荷激励的疲劳寿命仿真。为桥壳结构的改进与优化提供了理论和技术支持^[3]。

南京林业大学的郑燕萍，羊玢利用了PRO/E软件建立了某汽车驱动桥壳的3D模型，又利用了ANSYS软件，按照国家驱动桥壳台架试验的标准，在计算机中采用有限元方法模拟其垂直弯曲刚性试验，垂直弯曲静强度试验以及垂直弯曲疲劳试验。对此驱动桥壳经行三方面的分析，同时将有限元计算结果与台架试验结果进行对比，检验产品是否符合设计要求，是否能够达到国家标准。他们认为有限元模型模拟台架试验的方法是可行的，能实现在设计阶段对实验结果的预测，有效地降低设计成本，缩短设计周期，产生较好的经济效益^[4]。

黄平辉等人在《现代制造工程》上发表的汽车驱动桥桥壳静力学建模与分析》一文中针对驱动桥壳的台架试验国家标准中规定的试验条件采用了材料力学的方法进行理论分析，利用UG建立三维实体模型，采用有限元方法在ABAQUS仿真软件中进行有限元仿真分析，并在台架上进行测试试验，求得驱动桥壳的弯曲刚度，垂直静强度等，将所得结果进行相互比对，验证该驱动桥壳的设计的合理性^[5]。

合肥工业大学的刘为等人在《汽车工程》上发表的《汽车驱动桥壳的有限元分析和优化》中提出驱动桥壳的使用寿命将直接影响到汽车的有效使用寿命。他们采用了有限元软件ANSYS workbench 对一轻型货车的驱动桥壳在最大垂直力的工况下经行了进行了静力分析，得到了桥壳的应力和位移分布规律；又对驱动桥壳进行了一系列的模态分析，得到了桥壳的固有震动频率。通过疲劳寿命分析，获得驱动桥壳的各部分的疲劳寿命和安全系数。最后采用了目标驱动优化方法对驱动桥壳进行了以轻量化为主要目标的优化。使得在保证驱动桥壳使用性能和疲劳寿命的前提下，减轻了桥壳的质量^[6]。

柳州五菱汽车工业有限公司的胡分平等人对微型汽车的驱动桥壳做了理论上的受力分析，计算出了其在极限工况下的应力分布，同时对桥壳进行静强度分析，在此基础上再进行疲劳寿命分析，得出桥壳的潜在危险位置。最后通过疲劳台架试验来验证其分析的准确性^[7]。

南京汽车集团有限公司汽车工程研究院的朱德江，孙金琪，杨晓明认为疲劳断裂是机械部件的主要破坏和失效形式之一，它常常是突然发生、不可预料的，往往会导致严重的后果，所以对于疲劳断裂的研究具有十分重大的意义。对于机械部件来说，凡是承受一定的应力水平并循环变化，都有可能发生疲劳断裂。他们运用了基于有限元的疲劳寿命分析方法，并特别考虑了焊缝对疲劳寿命的影响，对汽车驱动桥壳进行疲劳寿命预测。模拟汽车驱动桥壳试验条件下的疲劳载荷，借助疲劳寿命分析软件，估算出桥壳各部分的疲劳损伤情况，并与桥壳台架试验数据进行对比^[9]。