电动汽车 -轻型后桥主减速器壳轻量化研究

主减速器是驱动桥中的主要部件，其作用是将由传动轴输入的扭矩增大，同时降低旋转速度。当发动机纵向布置时，还有改变转矩传递方向的作用。为了满足不同类型车辆的使用需求，主减速器按结构形式，可分为单级式主减速器和双级式主减速器两种。主减速器壳为主减速器的内部零件提供安装支承、保护、润滑的作用，同时，主减速器壳还要承受来自传动轴、桥壳、悬架系统主减速器壳根据主动锥齿轮的支承形式及安装方式的不同，可分⑴悬臂式：悬臂式主减速器是指主动锥齿轮的齿轮端悬空布置，另一侧通过两个锥轴承安装于主减速器壳上。根据设计经验，为保证主减速器壳体的具有良好的支承刚性，通常要满足两个轴承的中心离比齿轮齿面宽中点的悬臂长度大2倍以上，同时，两个锥轴承安装的跨距应大于齿轮节圆直径的70%。⑵跨置式：主动锥齿轮前后两端的轴颈均通过轴承安装支承，故这种结构又被称为“两端支承式”。装于齿轮小端一侧轴颈上的轴承一般称为导向轴承，导向轴承采用圆柱滚子轴承，并且其内、外圈可以分离，以便于安装。本文所选用的主减速器被应用于轻型车，故选为悬臂式。本文中所提及的主减速器壳的轻量化设计，是通过采用铝合金这种轻量化材料来实现。铝合金密度较铸铁小，为2.7g/cm3,约为铸铁的1/3，表面易被氧化，形成稳定的AL2O3氧化层，因此在制造工艺方面，铝具有较好的铸造性，可以较容易地被制成各种复杂形状的零件。采用铸铝材料的主减速器壳体，在设计方面与原铸铁材料相比，需要考虑以下几点：⑴铸铝材料较铸钢软，因此需要重点考核轴承、齿轮部位的支撑a.增加壳体的总体壁厚及差速器轴承盖的厚度；b.将轴承座根部用加大圆角方式进行处理，改善受力情况；c.将原加强筋延长至主齿外轴承位置，并相应进行加厚；d.增大轴承座根部过渡台阶高度，增大受力点圆角；⑵由于材料较软，要防止螺纹处材料压溃失效。a.采用钢丝螺套，改善轻合金螺纹孔载荷分布不均问题；b.连接螺栓取消配合面防松齿，减小拧紧力矩。3.1刚度优化方法考虑到要有较好的铸造性，采用材料牌号为AlSi10Mg的铝合金材料，进行T6处理。该材料塑性较好，强度高，流动性好，铸造性能优良，热裂倾向低。同时，该铝合金具有很高的耐腐蚀性，焊接性好。具体材料性能参数见表3.1。本方案是在原有的铸铁材料结构基础上采用铝合金材料，并对局部进行刚度加强。由于铝合金材料较铸铁软，因此，采取如下加强刚度的措施，具体见表3.2。1234点圆角；5采用钢丝不均问题3.2润滑设计由于改变了壳体壁厚及局部结构，因此需要对主减速器的润滑进行重新设计，在满足刚度的前提下尽量提高润滑效果。工作过程中从动锥齿轮和差速器壳一同旋转，搅动齿轮油飞溅到壳体内壁，通过集油结构顺着进油道流向主动锥齿轮前轴承，挡油盘使得由进油道收集来的油不回流，完全润滑前轴承。润滑后，润滑油通过回油道流回壳体内，润滑油流动性好，利于散热，防止主齿油封与轴承间压力升高而漏油。主减速器润滑结构设计见表3.3。表3.3主减速器润滑结构设计1234.1材料属性本方案所选用铝合金材料的属性见表3.4。屈服极限σs强度极限σb4.2载荷及工况按两种极限速比分别进行计算，模型见图3.1，约束桥壳两端，在Y(N)通过有限元分析可看出，该壳体主要危险点为：差速器轴承座根部和螺栓孔，计算结果见表3.6、表3.7、表3.8、表3.9，主减速器壳各危险点安全系数见图3.2，变形云图见图3.3。5.1试验项目撑刚性、齿轮接触区、齿轮弯曲疲劳寿命及静扭转强度。因此试验项目如下，见表3.10。其中，由于材料的改变，需要重点关注驱动333115.2驱动桥总成锥齿轮支撑刚性试验⑴试验要求及评价标准：试验样品主减速器主、从动锥齿轮在试验扭矩达到驱动桥额定输出扭矩设计值的情况下，其各方向的位移量测量值及相对变化值应不大于表3.11的规定值，其它测点的位移变化量应表3.11驱动桥总成锥齿轮支撑刚性沿主齿轴向位移量沿从齿轴向向位移量从动锥齿轮⑵试验样品驱动桥总成锥齿轮支撑刚性试验，样品装配前应在壳体上开测量孔，测量孔的位置和大小应保证能准确测量出主、从动锥齿轮相对位移量及主、从动锥齿轮相对与桥壳（或主减速器壳体）的位移量，同时不得对主、从动锥齿轮的支承刚性造成影响。试验样⑶测点位置量表所取的位置应能测量出主、从动锥齿轮相对位移量；主、从动锥齿轮相对于驱动桥壳（或减速器壳体）的位移量。测量用表的位置见图3.5，分别为主动锥齿轮靠大端轴承内圈、主动锥齿轮小端轴颈、差速器两侧轴承盖，其它位置如图所示，各测量点位置及方向说明见表3.12。表3.12齿轮支撑刚性各测量点位置及1①2②3③4④56⑦78⑩⑷试验结果：驱动桥总成锥齿轮支撑刚性测量结果见表3.13。点变形①②--③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩--⑸试验结论：驱动桥总成锥齿轮支撑刚性试验合格。通过与原方案对比，本铝合金壳体方案实现降重6.68kg，达49%，具体见表3.14。6.2总结铝合金减速器壳体可有效实现驱动桥轻量化，在设计中，要注意⑴由于铝合金材料较铸铁软，因此在