浅析冲压焊接整体式桥壳的设计方法.doc

浅析冲压焊接整体式桥壳的设计方法ilh,计算,膏交_/_茂析冲压焊接整体式桥秃的设计方去陈园园(东风汽车有限公司商用车研发中心)摘要简要介绍了驱动桥桥壳的功用,结构型式,特点以及应用状况,提供了冲压焊接整体式桥壳的设计方法,并以东风汽车公司现有冲压焊接整体式桥壳的型式为例,提出了自己的一些看法.主题词:冲压焊接整体式桥壳设计方法ThebriefanalysisofdesigningmethodsonintegralpressedandweldedhousingAbstract:abriefintroductionondriveaxlehousingfunction,structuretype,characteristicandapplication,providingthedesigningmethodsofpressedandweldedbanjohousing,andseeingpresentDONGFENGAUTOMOBILECOMPANYintegralpressedandweldedhousingasanexample,expressestheauthorsthoughts.Keywords:integralpressedandweldedhousing;designmethodl前言近年来,我国国民经济进入了高速发展阶段,汽车工业也迎来了发展的春天,驱动桥桥壳作为汽车上的主要零件,也发生可喜的发展和变化.东风汽车公司原来开发的驱动桥桥壳基本上以铸造桥壳为主,现在新开发都是冲压焊接整体式桥壳,冲压焊接整体式桥壳相对于铸造桥壳来说,除具有制造工艺简单,材料利用率高,废品率低,生产效率高以及制造成本低的优点外,还具有足够的强度,冈0度和质轻量小(仅为铸造整体式桥壳的75%左右)等特点.本文对中重型商用车用冲压焊接整体式桥壳的开发设计进行简单的介绍,以期与相关设计人员进行交流.2驱动桥桥壳的功用驱动桥桥壳是汽车上的主要部件之一,非断开式驱动桥的桥壳起着支撑汽车载荷的作用,并将载荷传递给车轮.作用在驱动车轮上的牵引力,制动力,侧向力和垂直力也是经过桥壳传到悬挂及车架上的.因此桥壳既是承载件又是传力件,同时又是主减速器,差速器及驱动车轮传动装置的外壳.3驱动桥桥壳的结构型式及特点桥壳的结构型式大致可分为可分式,整体式和组合式三种.a.可分式.可分式驱动桥桥壳是把整个桥壳由一个或两个垂直结合面分成几部分,两端部分均由一个铸件壳体和一个压人其外端的半轴套管组成.该桥壳的特点是桥壳制造工艺简单,主减速器轴承支撑刚度好,但对主减速器的装配,调整及维修不方便,桥壳的强度和刚度也比较低.因此可分式驱动桥桥壳现在已经很少采用了.b.整体式.整体式驱动桥桥壳是将整个桥壳制成一个整体,桥壳如一个整体的空心梁,其强度和刚度都比较好.同时把桥壳和减速器做为两个独立的总成,各自调整好后并装配成一体,使得驱动桥总成安装,调整,维修,保养都比较方便.整体式桥壳按其制造工艺的不同可分为铸造整体式,钢板冲压焊接式和钢板扩张成形式三种.铸造整体式桥壳采用球墨铸铁,可锻铸铁或铸钢铸造.主要优点是可以制成复杂而理想的形状,壁厚可变,可以得到理想的应力分布,其强度及刚度均较大,工作可靠.但质量大,加工面多,制造工艺复杂.主2005.3.KECHEJISHU客车技术回_ilt,xNt,Wilt,Mill要用于中重型货车上.冲压焊接桥壳相对于铸造桥壳来说除了整体式的优点外,冲压焊接桥壳易与空气悬架系统进行匹配,随着装配空气悬架系统的汽车的普及,冲压焊接桥壳必将的到广泛的应用.钢板扩张成形式桥壳强度和刚度都比较好,材料利用率高,但是需要专用的扩张成型扎制设备.c组合式桥壳是将主减速器壳与部分桥壳铸为一体,然后再把两根无缝钢管压入桥壳两端并固定.其优点是从动轮轴承的支撑刚度较好,主减速器的调整较分体方便,但与整体式桥壳相比,整体刚度较差,调整也欠方便,主要用于轿车及轻型车上.4冲压焊接整体式桥壳的设计以东风汽车公司开发的4.6t后驱动桥壳为例,简述一下冲压焊接整体式桥壳的设计方法.4.1材料及结构结合汽车公司现有生产设备和生产工艺,采取带有三角钢板结构的钢板冲压焊接整体式桥壳.后桥壳体的材料为6MnL或16MnReL,轮毂轴管的材料为40MnB.该桥壳是由上,下对焊的一对桥壳主件,四块三角板,加强圈,两个半轴套管,一个后盖以及相应的板簧座等沿其之间的接缝组焊而成.4_2方案设计a.整车参数.发动机最大扭距600N.in,变速箱I挡传动比4.763,主减速比3.889,汽车满载时的质心高度为900mm,后桥输出扭距为15000N.in,后桥轴荷4.6t,轮距1730mm,轮胎型号7.50R16,簧距940mmh.后桥壳臌包大小的确定.根据后桥输出转距的要求,结合现有减速器资源,同时考虑所选用的轮胎大小,最小离地间隙,模具通用性等因素,取后桥壳臌包大小为408mmc.桥壳本体主要尺寸的确定.参考同类型和公司的现有冲压焊接整体式桥壳产品,先预取桥壳板簧附近断面尺寸为l16120mm,厚度为8mm;与轴管连接处是后桥壳的强度薄弱处之一,在设计中应根据制动器的结构,并结合板簧断面尺寸尽量取的相对大,本次设计因为采用l6盘式制动器因受卡钳体外客车技术KECHEJSHU2005.3.回型的限制,该处外径预取l24mm;半轴套管装轴承台阶处外径为80mm,内径为53mm(利用现有5.5t制动器资源).d.桥壳总成主要尺寸的选取.板簧中心距根据车型要求选取890mm,设计时应考虑设计范围为850-1000mm;桥壳本体根据整车轮距的要求以及本车制动器的选用,很容易求得为1234mm;轴管连接轴承处间距为1576mm.4.3桥壳的受力分析及强度计算驱动桥桥壳是汽车上的主要承载构件之一,其形状复杂,汽车行驶条件又多变,因此要精确的计算汽车行驶时桥壳各处的应力大小比较困难.国外有的采用弹性力学方法对桥壳进行应力和变形的计算,用有限元法进行结构设计也被大量的采用.但在通常条件下,大多采用常规设计方法,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.如日本有的公司对驱动桥壳的设计要求是在2.5倍满载时轴负荷的作用下,各断面(弹簧座处,桥壳与半轴套管焊接处,轮毂内轴承根部圆角处的应力不得超过屈服极限).我国通常推荐:计算时将桥壳复杂的受力状况简化为如下三中典型的工况.纵向力最大(驱动力和制动力最大),没有侧向力.侧向力最大(发生在侧滑时),没有纵向力.垂直力最大,这种情况发生在汽车以高速通过不平路面,没有纵向力和侧向力.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情况,由后桥壳的结构可以看出,钢板弹簧座附近(A-A断面),轮毂轴管与桥壳环焊缝(断面)处,轮毂轴管装配轴承台阶(CC断面)处为危险断面,其桥壳危险断面示意图如图l所示.,(rfF轩r卜1蜒t/1(图1桥壳危险断面示意图(下转21页)按上表结果考虑各不确定度分量对合成标准不确定度的贡献绘制直方图如图1(以DC716316V轿车为例).u,()l_u(C.i.一.23456图1按各不确定分量对合成标准不确定度的贡献绘制的直方图按上表结果考虑不确定度分量()的各不确定度来源对分量u()的贡献绘制直方图如图2(以DC716316V轿车为例).He(gu(Ju(叮)Ucl(q)122(口J.一图2分量u(q)的贡献绘制的直方图4结束语由于汽车是一个非常复杂的系统,影响燃油消耗量检测不确定度的因素除文中分析到的以外尚有其他,一来根据经验这些因素影响较小,二来考虑这些因素的不确定度影响难以量化故予以忽略.综合图l,图2及表3可以看出:影响燃油消耗量检测不确定度的主要因素为耗油量及燃料密度测量的重复性和轮胎气压.因此提高测量重复性精度和采用较高精度的气压表并注重轮胎气压控制是提高燃油检测不确定度水平的有效方法.当依据GB/T12545.2-2001商用车辆燃油消耗量试验方法按照文中所用精度等级的仪器设备进行检测时,可以给出相对扩展不确定度估计为5%.本文亦可为,计算,交_其他汽车整车项目的检测不确定度评定提供参考.参考文献l汽车理论.机械工业出版社,19812误差理论与实验设计.机械工业出版社,19883JJFIO59一l999测量不确定度评定与表示4GB/TI2545.22001商用车辆燃油消耗量试验方法收稿日期:20050218出出出业崔(上接16页)计算出桥壳的弯曲应力13及安全系数n见表鬻l(具体计算过程可参阅汽车设计).崔崔崔表1桥壳弯曲应力.及安全系数应力及危险断面的静弯曲应力.危险断面最大动弯