汽车驱动桥壳现代设计
汽车驱动桥壳现代设计 摘要在汽车设计教材和企业实际设计过程中, 汽车驱动桥壳的设计仍然采用传统的设计方法, 随着国内计算机应用水平大幅度的提高, 将CAD/ CAE 技术运用在汽车桥壳设计中是势在必行。本文在以往汽车驱动桥壳CAD/ CAE 研究的基础上, 提出了一套桥壳的现代设计方法, 为改进传统设计方法提供了设计思路。 前言汽车驱动桥作为整车关键总成之一 ， 直接影响着整车的安全性、承载性、平顺性和舒适性 ， 其主要零件的设计至关重要。但目前有关桥壳的设计方法却存在相对滞后的问题 ， 在高校的汽车设计教材和车桥厂的实际设计过程中 ， 仍然采用传统方法进行设计 ， 这不可避免与现代设计方法发生脱节 ， 造成产品更新换代慢、开发成本高等一系列问题。因此非常有必要提出一套利用 技术进行驱动桥壳设计的现代方法。本文以某车桥厂驱动桥壳设计为例提出了一套可行的现代设计方法， 并进行了相关的试验 ， 验证该计算的正确性 ， 为改进传统设计方法提供了设计思路。 研究汽车驱动桥壳现代设计方法的思路传统的汽车驱动桥壳设计方法是 ： 将桥壳复杂的受力状况简化成三种典型的计算工况 ， 即当车轮承受最大的铅垂力、承受最大切向力以及承受最大侧向力时。只要在这三种载荷计算工况下桥壳的强度得到保证， 就认为该桥壳在汽车各种行驶条件下是可靠的。设计桥壳时将桥壳看成简支梁并校核某在企业实际设计过程中 ， 往往根据上述方法和经验 ， 设计出驱动桥壳 ， 然后进行试产 ， 并对驱动桥壳进行台架试验。在这个过程中 ， 经常会有一些设计满足三种典型工况要求的桥壳 ， 在台架试验中不符合标准。因此设计过程是一个反复修改和调整的过程 ， 费时费力。由于按传统设计方法设计的桥壳最终应以台架试验为检验标准 ， 并且经过大量的实践证明 ， 当设计的驱动桥壳满足其台架试验标准时 ， 桥壳在汽车各种工况下是可靠的。因此汽车驱动桥壳现代设计方法的思路是 ： 在计算机上根据经验建立汽车驱动桥壳的三维 初始模型 ， 模拟其三种台架试验 ， 以满足试验标准为设计要求 ， 并对结构参数进行优化设计。满足三种典型工况要求的桥壳 ， 在台架试验中不符合标准。因此设计过程是一个反复修改和调整的过程 ， 费时费力。2 驱动桥壳设计驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量，并承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车架(或车身)；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。驱动桥壳应满足如下设计要求：1)应具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力。2)在保证强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高汽车行驶平顺性。3)保证足够的离地间隙。4)结构工艺性好，成本低。5)保护装于其上的传动系部件和防止泥水浸入。6)拆装、调整、维修方便。一、驱动桥壳结构方案分析驱动桥壳大致可分为可分式、整体式和 组合式三种形式。1.可分式桥壳可分式桥壳(图5-29)由一个垂直接合面分为左右两部分，两部分通过螺栓联接成一体。每一部分均由一铸造壳体和一个压入其外端的半轴套管组成，轴管与壳体用铆钉连接。这种桥壳结构简单，制造工艺性好，主减速器支承刚度好。但拆装、调整、维修很 图529 可分式桥壳不方便，桥壳的强度和刚度受结构的限制，曾用于轻型汽车上，现已较少使用。2.整体式桥壳整体式桥壳(图5-30)的特点是整个桥壳是一根空心梁，桥壳和主减速器壳为两体。它具有强度和刚度较大，主减速器拆装、调整方便等优点。按制造工艺不同，整体式桥壳可分为铸造式(图5-30a)、钢板冲压焊接式(图5-30b)和扩张成形式三种。铸造式桥壳的强度和刚度较大，但质量大，加工面多，制造工艺复杂，主要用于中、重型货车上。钢板冲压焊接式和扩张成形式桥壳质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，广泛应用于轿车和中、小型货车 图530 整体式桥壳及部分重型货车上。 a)铸造式 b)钢板冲压焊接式3.组合式桥壳组合式桥壳(图5-3 1)是将主减速器壳与部分桥壳铸为一体，而后用无缝钢管分别压人壳体两端，两者间用塞焊或销钉固定。它的优点是从动齿轮轴承的支承刚度较好，主减速器的装配、调整比可分式桥壳方便，然而要求有较高的加工精度，常用于轿车、轻型货车中。二、驱动桥壳强度计算对于具有全浮式半轴的驱动桥，强度计算的载荷工况与半轴强度计算的三种载荷工 图5-31组合式桥壳况相同。图5-32为驱动桥壳受力 图，桥壳危险断面通常在钢板弹簧座内侧附近，桥壳端部的轮毂轴承座根部也应列为危险断面进行强度验算。(1)当牵引力或制动力最大时，桥壳钢板弹簧座处危险断面的弯曲应力和扭转切应力分别为 图532 桥壳受力简图 （5-60）式中，为地面对车轮垂直反力在危险断面引起的垂直平面内的弯矩，；b为轮胎中心平面到板簧座之间的横向距离，如图5-32所示；为一侧车轮上的牵引力或制动力在水平面内引起的弯矩，；为牵引或制动时，上述危险断面所受转矩，；、分别为危险断面垂直平面和水平面弯曲的抗弯截面系数及抗扭截面系数。(2)当侧向力最大时，桥壳内、外板簧座处断面的弯曲应力、分别为 （5-61）式中，、为内、外侧车轮地面垂直反力；为车轮滚动半径；为侧滑时的附着系数。(3)当汽车通过不平路面时，动载系数为，危险断面的弯曲应力为 （5-62）桥壳的许用弯曲应力为300500MPa，许用扭转切应力为150400MPa。可锻铸铁桥壳取较小值，钢板冲压焊接桥壳取较大值。
