汽车桥壳的结构设计及制造工艺制定说明书.doc

汽车桥壳的结构设计及制造工艺制定说明书载重3吨桥壳结构设计及制造工艺制定 班级： 车辆工程二班第三组：连伟波 方子瑞 余佳鹏 侯晓翔1 汽车桥壳的功能及特征分析 汽车桥壳的功能：支承并保护主减速器、差速器和半轴等部件，同时还使左、右驱动车轮的轴向相对位置固定，同前桥一起支承车架及车架以上的各总成质量；在汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩，并经过悬架传给车架。 桥壳特征分析：整体式桥壳中部是一个环形空心梁。这种结构的优点是强度、刚度较大，当检查主减速器、差速器工作情况以及拆装差速器总成时，不必把整个驱动桥从汽车上拆下来，维修比较方便。 2 汽车桥壳的制造方法确定 鉴于分段式桥壳加工工艺复杂，装配.调整.维修不便，现在汽车很少使用，故采用整体式桥壳。至于具体制造方法，由于我们是设计载重3吨的桥壳，属于轻中型货车，故采用钢板冲压焊接式，优点是工艺简单，质量小（仅为铸造式桥壳的75%）弹性好，韧性高，材料利用率高，成本低。缺点是材料在冲焊过程中受热较强，使材料分子结构发生变化，失去原有材料状态使材料强度降低。3 汽车桥壳的结构设计冲压焊接式桥壳在使用过程中容易出现桥壳焊接处脱焊开裂问题，从桥壳的制造工艺入手，因使桥壳在在整个长度方向上过度更为圆滑保证应力分布趋于合理。在保证强度的前提下，结构应尽量简单，制造、维修、保养方便，4 汽车桥壳的强度校核和计算驱动桥桥壳是汽车上主要承载构件之一，其形状复杂，汽车行驶条件又多变，因此要精确的计算行驶时桥壳各处的应力大小比较困难。有的采用弹性力学方法对桥壳进行应力和变形的计算，但通常采用常规设计方法，即将桥壳看成一个简支梁并校核某些特定断面的最大应力值。将桥壳复杂的受力状况简化为三种典型工况：1.纵向力最大（驱动力和制动力最大）没有侧向力。2.侧向力最大（发生在侧滑时）没有纵向力。3.垂直力最大，发生在汽车以高速通过不平路面，没有纵向力和侧向力。但在进行上述三种载荷工况下桥壳的受力分析前，应先分析一下汽车在满载静止于水平路段时桥壳的受力状况。车辆名称：轻型载货汽车货车中文品牌：五十铃牌英文品牌：公告批次：262免检：否发动机发动机生产企业排量(ml)功率(kw)4JB1CN庆铃五十铃(重庆)发动机有限公司277172发动机商标：燃料种类：柴油(mm)外形尺寸：595018802240(mm)货厢尺寸：42751790380(mm)总质量：4450(Kg)载质量：0.87整备质量：2370(Kg)额定质量：1950(Kg)挂车质量：(kg)半挂鞍座：额定载客：(人)驾驶室准乘人数：2(人)接近角/离去角：24/16()前悬/后悬：1015/1575(mm)轴荷：1785/2665轴距：3360(mm)轴数：2最高车速：98(km/h)油耗：12.6弹簧片数：8/6+5轮胎数：6轮胎规格：7.00-15 10PR,7.00R15 10PR前轮距：1385后轮距：1425制动前：制动后：制操前：制操后：转向形式：方向盘起动方式：底盘排放标准：传动型式：6.142 5.571 5.375 4.875依据标准：GB17691-2005(国),GB3847-2005发布日期：20140721标识企业：3M中国有限公司桥壳的静弯曲应力计算桥壳静弯曲应力计算简图如图2-2所示。桥壳可视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受簧上载荷，而沿两侧轮胎中心线，地面给轮胎以反力/2（双胎时则沿双胎之中线），桥壳则承受此力与车轮重力之差值，即（ ）。因此桥壳按静载荷计算时，在其两钢板弹簧之间的弯矩为：=（ ） (N) （2-1）式中 汽车满载静止于水平路面时的驱动桥给地面的载荷，44500N；车轮（包括轮毂,制动器等）的重力，10N； 驱动车轮轮距，1.425m；驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离，1.0m。 图2-2 桥壳静弯曲应力的计算简图由弯矩图可见，桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。由于大大地小于G2/2 ，且设计时不宜准确预计，当无数据时可以忽略去5。因此由式（2-1） =4728（N）而静弯曲应力则为 （MPa） （2-2）式中 危险断面处（钢板弹簧座附近）桥壳的垂向弯曲截面系数（见表2-1） 见式（2-1）表2-1 桥壳垂向弯曲截面系数断面形状垂向及水平弯曲截面系数Wv Wh扭转截面系数WtDd其中半轴套管管径=96mm ，d=84mm因此 =35943=17972=131，70（MPa）2.4.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算当汽车高速行驶于不平路面上时，桥壳除承受在静载状态下的那部分载荷外，还承受附加的冲击载荷。这时桥壳在动载荷下的弯曲应力为（MPa） （2-3）式中 动载荷系数，对轿车，客车取1.75； 桥壳在静载荷下的弯曲应力，MPa，见式（2-2）。因此由式（2-3） =1.75131.70=230.47（MPa）另外两个重要的界面分析B-B截面C-C截面2.4.3 汽车以最大牵引力行驶时桥壳的强度计算这时不考虑侧向力。图2-3为汽车以最大牵引力行驶时桥壳的受力分析简图。此时作用在左右驱动车轮上除有垂向应力外，尚有切向应力。地面对左右驱动车轮的最大切向反力共为 P= （2-4）式中 发动机最大转矩,N； 传动系的最低档传动； 传动系的传动效率0.95； 轮胎的滚动半径，0.27m。故P=（N） 图2-3 汽车以最大牵引力行驶时桥壳的受力分析简图后驱动桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩Mv（N）为 =（） （2-5）式中 ， ， 见式下(2-1)的说明； 汽车加速行驶时的质量转移系数，对微型载货汽车后驱动桥取1.21.4所以由式（2-5）=（）=1.4=1071（N） 由于驱动车轮的最大切向反力Pmax使桥壳也承受水平方向的弯矩，对于装用普通圆锥齿轮差速器的驱动桥，在两弹簧座之间桥壳所受的水平方向的弯矩 = =76.29（Kg.f.mm） (2-6) 桥壳还承受因驱动桥传递驱动转矩而引起的反作用力矩。这时在两板弹簧座间桥壳承受的转矩T（N）为=249.66 （N） （2-7）式中 同式(2-4) 当桥壳在钢板弹簧座附近的危险截面为圆管断面时，则在该断面处的合成弯矩M为 =1078（Kg.f.mm） （2-8）该危险断面处的合成应力为 = =114.56 （MPa） （2-9）式中W危险断面处的弯曲截面系数，见表2-1。桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面处的弯曲应力 和扭转应力 分别为 =122 （MPa） （2-10）=53 （MPa）式中 分别为桥壳在两板弹簧座之间的垂向弯矩和水平弯矩，见式(2-5)及式(2-6)； 分别为桥壳在危险截面处的垂向弯曲截面系数、水平弯曲截面系数和弯曲截面系数，见表2-1。桥壳的许用弯曲应力为300500Mpa,许用扭转应力为150400Mpa，可铸锻铁桥壳取较小值，钢板冲压焊接桥壳取最大值。 计算结果弯曲应力和扭转应力均小于许用值，满足强度要求，故安全8。2.4.4 汽车紧急制动时桥壳的强度计算 这时不考虑侧向力。图2-4为汽车紧急制动时桥壳的受力分析简图。此时作用在左右驱动车轮上除有垂向应力外，尚有切向反力，即地面对驱动车轮的制动力。因此可求得：紧急制动时桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩及水平方向的弯矩分别为 （2-11） （2-12）式中 同式(2-1)汽车制动时的质量转移系数；=（1+）； =（1-）上式中的=用于前驱动轮，= 用于后驱动轮。当未知时，对载货汽车的后驱动桥亦可取=0.750.95，取0.9；汽车的质心高度，m；汽车质心离前轴中心的距离，m；驱动车轮与路面的附着系数，计算时取 0.8。图2-4 汽车紧急制动时桥壳的受力分析简图所以 =