商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势.pdf

1、中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势 马顺龙，刘海峰，王成刚，孙树臣 ( 一汽铸造有限公司技术中心，吉林长春1 3 0 0 6 2 ) 摘要：综合论述了中重型商用汽车驱动桥壳的结构形式，介绍了铸造整体桥壳，冲压焊接整体桥壳，钢管扩张，液胀桥壳四种 驱动桥壳的主要制造方式，在此基础上综舍分析和比较了4 种桥壳的工艺、承裁能力和成本等。从材质和承载能力方面对比 分析了铸造整体桥壳，冲压焊接整体桥壳的特定应用场合和优势，根据一汽铸造有限公司的实际生产情况，提出了与其它桥 壳竞争的途径和手段。 关键词：商用汽车；驱动桥壳 发展趋势 中圈分类号：T G l 4 3 文献标识码：A 文章编号：1 0 0

2、 0 - 8 3 6 5 ( 2 0 0 8 ) 0 9 1 1 6 9 0 6 。D e v e l o p m e n tS t a t u sa n dT e n d e n c yo fD r i v i n gA x l eH o u s i n g o fM e d i u ma n dH e a v yC o m m e r c i a IV e h i c l e s M A S h u n - l o n g ，L I UH a i - f e n g ，W A N GC h e n g - g a n g ，S U NS h n - c h e n ( R e s e a

3、r c ha n dD e v e l o p m e n tC e n t e r ，F A WF o u n d r yC o ，L t d ，C h a n g c h u n1 3 0 0 6 2 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h es t r u c t u r e so fd r i v i n ga x l eh o u s i n go fm e d i u ma n dh e a v yc o m m e r c i a lv e h i c l e sa r e r e v i e w e d , a n dt h ef o u rm a

4、i nm a n u f a c t u r i n gm e t h o d so fd r i v i n ga x l eh o u s i n g ，s u c ha st h ec a s t i n g ， p u n c ha n dw e l d i n g , s t e e l - p i p ee x p a n s i o na n dh y d r o - b u l g i n gf o r m a t i o na r ei n t r o d u c e d T h ef o u r t e c h n o l o g i e s ，b e a r i n gf

5、 o r c ea n dc o s tw e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d t h es p e c i f i ca p p li c a t i o n sa n d a d v a n t a g e so fc a s t i n ga n dp u n c ha n dw e l d i n gw h o l ea x l eh o u s i n ga r ea n a li z e da n dc o m p a r e dw i t hi t s m a t e r i a l sa n db e a r i n gf o r

6、c e A c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a lp r o d u c t i o nc o n d i t i o n si nF A WF o u n d r yC o L t d ，s o m ec o m p e t e dw a y sa n dp r o c e d u r e sa r ep r o p o s e d K e yw o r d s ：C o m m e r c i a lv e h i c l e s ；D r i v i n ga x l eh o u s i n g ；D e v e l o p i n gt e

7、n d e n c y 1 概述 汽车驱动桥壳既是承载零件，也是传力部件，同时 又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置( 如半轴) 的外壳。在汽车行驶过程中，桥壳承受繁重的载荷，设 计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。 为了减小汽车的簧下质量，以利于降低动载荷、提高汽 车的行驶平顺性，在保证强度和刚度的前提下应力求 减小桥壳的质量。桥壳还应结构简单、制造方便，以利 于降低成本。其结构还应保证主减速器的拆装、调整、 维修和保养方便。桥壳的结构型式大致分为可分式、 整体式和组合式3 种。 1 1 可分式桥壳 可分式桥壳如图1 所示，整个桥壳由一个垂直接 合面分为左右两部分，每一部分均由一

8、个铸件壳体和 一个压人其外端的半轴套管组成。可分式桥壳的特点 收稿日期：2 0 0 8 0 7 2 0 ；修订日期：2 0 0 8 0 8 2 0 作者筒介：马顺龙( 1 9 6 4 一) ，河南获嘉人，工学硕士，高级工程师主要 从事铸铁件生产及铸造管理工作 是桥壳制造工艺简单，主减速器轴承支承刚度好，但对 主减速器的装配、调整及维修都很不方便，桥壳的强度 和刚度也比较低，过去主要用于轻型商用汽车，现在已 很少采用。 图1 可分式桥壳 F i g 1S p l i ta x l eh o u s i n g 1 2 整体式桥壳 整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体， 1 1 6 9 桥壳犹

9、如一整体的空心梁，其强度及刚度都比较好。 桥壳与主减速器壳分作两体，主减速器齿轮及差速器 均装在独立的主减速壳里，构成单独的总成，调整好以 后再由桥壳中部前面装入桥壳内，与桥壳用螺栓固定 在一起，使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养 等都十分方便。整体式桥壳按其制造工艺的不同又可 分为铸造整体式、钢板冲压焊接式、钢管扩张成形式， 和液胀4 种制造工艺。 ( 1 ) 铸造整体式桥壳 铸造整体式桥壳可采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢 铸造。为进一步提高铸造整体式桥壳的强度和刚度，铸 造整体式桥壳的两端压人较长的无缝钢管作为半轴套 管，并用销钉固定，如图2 所示。每边半轴套管与桥壳 的压配表面共4

10、 处，由里向外逐渐加大配合表面的直 径，以得到较好的压配效果。在重型汽车上，为了进一 步提高桥壳的强度和刚度，则将后盖与桥壳铸成一体。 某些重型汽车铸造整体式桥壳的主减速器及差速器总 成的安装孔位于桥壳中间的上部，以方便主减速器与差 速器总成的吊装，但这对桥壳的垂向强度与刚度不利。 铸造整体式桥壳的主要优点在于可制成复杂而理 想的形状，壁厚能够变化，可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。 图2 铸造整体式桥壳 F i g 2C a s t i n gi n t e g r a la x l eh o u s i n g ( 2 ) 钢板冲压焊

11、接整体式桥壳 如图3 所示，钢板冲压焊接整体式桥壳是由上、下 对焊的一对桥壳主件、4 块三角钢板、加强圈、两个半 轴套管、两个突缘、一个后盖以及两个钢板弹簧座等沿 它们之间的接缝组焊而成。桥壳主件的上、下两半是 一种冲压件。桥壳主件( 上、下半壳) 与半轴套管问除 了可采用对焊外，亦可采用上、下桥壳主件两侧的半圆 形端部紧靠在半轴套管内端的外圆上，除了需沿接缝 焊圈外，尚需塞焊的方法。 钢板冲压焊接整体式桥壳除了具有制造工艺简 单、材料利用率高、废品率很低、生产率高以及制造成 11 7 0 图3 钢板冲压焊接整体式桥壳 F i g 3 S t e e lp l a t ep u n c ha

12、n dw e l d i n ga x l eh o u s i n g 本低等优点外，还有足够的强度和刚度，特别是其质量 小( 仅为铸造整体式桥壳的7 5 左右) ，工作可靠。其 主要缺点是桥壳不能做成复杂而理想的断面，壁厚一 定。故难于调整应力分布。由于钢板冲压焊接整体式 桥壳的一系列优点，近年来不仅在轿车、客车和轻、中 型载货汽车上得到了广泛的应用，而且有些吨位更大 的( 轴荷在1 4 t 以下的) 汽车也开始采用。 ( 3 ) 钢管扩张成形整体式桥壳 如图4 所示，这种桥壳是由中碳无缝钢管或钢板 卷焊钢管扩张成形制成。将钢管中间扩孔两端滚压变 细，再加焊突缘及弹簧座等。这种制造工艺的生

13、产效 图4 钢管扩张成形整体式桥壳 F i g 4S t e e b p i p e e x p a n s i o nf o r m i n ga x l eh o u s i n g 率高，材料的利用率最高。桥壳质量虽小而强度及刚 度却比较好，但需要专用扩张成形轧制设备。适合于 轿车、轻中型载货汽车的大量生产。 ( 4 ) 液压胀形整体式桥壳 液压胀形( 如图5 所示) 是指采用液体( 水、乳化液或 油) 作为传力介质，使壳体在液体压力作用下产生纬向扩 张的方法，液压胀形与其它胀形方法相比，最大优点是在 无摩擦状态下成形，传力均匀，同时又具有制模简单、生 产周期短、生产成本低而产品质量好、

14、制件形状和尺寸精 度高等特点，尤其适用于在一道工序内成形具有复杂形 状的零件。还可提高壳体成形极限，实现轻量化设计及 辅助工序与成形工序的集成。近年来，随着成型设备及 相关控制技术的发展，以液体作传导介质的液压胀形技 术在国外发展迅速，广泛应用于汽车制造业，并开始在许 多其它工业领域引起人们的重视，前景十分广阔。 表l 给出了几种整体式桥壳制造工艺的比较，各 种工艺的整体式桥壳各有优势，铸造和冲压一焊接式桥 ( 8 ) t 三二；= 三三二三三三三三三三三三三三j ( b ) E 三三| E 三三亚三| ( c ) E 三三罩E 三三玉三| ( d ) E 三三j E 三三丑三刍 E 三姜三三

15、亨 ( f ) ( a ) 管坯；( b ) 第一次缩径；( c ) 第二次缩径； ( d ) 第三次缩径；( e ) 第一次胀形；( f ) 第二次胀形 图5 轻型车液压胀形桥壳制造工艺 F i g 5 P r o c e s so ft h eL i g h tv e h i c l e sH y d r a u l i cb u l g i n ga x l e h o u s i n g 壳在中重型汽车上的应用是比较广泛的。 表1 几种整体式桥壳翩造工艺的比较 T a b 1C o m p a r i s o no ft h ep r o c e d u r eo fS O m ew

16、h o l ea x l eh o u s i n g 1 3 组合式桥壳 组合式桥壳( 如图6 所示) 又称为支架式桥壳，它是 将主减速器壳作为桥壳中间部分( 铸件) ，而在其两端压 入无缝钢管，再用销钉或塞焊予以固定而成。与整体式 桥壳相比较，由于组合式桥壳的铸件尺寸较小，因此桥 壳质量较小，但它还不具备像整体式桥壳那样，可将主 减速器及差速器总成调整好后再装人桥壳的优点，而需 要边安装边调整。另外，组合式桥壳对加工精度要求较 高，整个桥壳的刚度与整体式的相比也差。它主要用于 微型汽车、轿车及轻型以下的载货汽车，有的中型汽车 也采用了这种桥壳，但在结构上做了一定改进。 11 7 1 2 中

17、重型商用车桥壳的行业发展现状 2 1 重型商用车市场分析 随着中国加入W T 0 和中国运输结构变化、消费 水平的提高，国内市场对中重型车产品需求向多层 次、多品种方向发展，市场需求预测见图7 。未来市 场对中重型载货车的需求稳步上升，2 0 0 5 年达到3 1 万辆，2 0 1 0 年预计达到4 0 万辆。在总量需求中，重 型车的需求增量较大，2 0 0 5 年占总需求的6 0 ， 2 0 1 0 年将占总需求的7 0 。中型车需求量逐年递 减且需求趋于稳定，需求量将长时间维持在总量的 3 0 左右。未来5 1 0 年，中型车比重大幅度下降， 图6 组合式桥壳 F i g 6 C o m

18、b i n e dt y p eo fa x l eh o u s i n g 年内有较大幅度的增长。特别是高速公路的飞速发 展，为大吨位、大功率载货车提供了得天独厚的有利条 件。我国集装箱运输业的高速发展，也为大吨位、大功 率载货车提供了广阔的用武之地。1 9 9 9 年后，重型载 货汽车高速增长，特别是2 0 0 0 年、2 0 0 1 年( 上半年) 其 增长率分别达6 6 6 4 、8 6 3 2 ，远远高于汽车行业增 长率1 4 。 2 0 0 5 年汽车销售2 0 万辆，年增长率为1 7 ( 如图 8 所示) 。在未来的几年内，重型车和大型客车将进入 高速增长时期，车桥的需求量也将

19、随之剧增，重型车将 加大大吨位( 1 6t 和3 0t ) 重型车的开发。 图8 重型货车吨位发展趋势 图7中重型卡车市场预测F i g 8D e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fh e a v y g o o d sv e h i c l e sw i t h F i g 7 F o r e c a s to ft h em a r k e to nt h eh e a v y - d u t yt r u c k s e v e r yt o n n a g e 7 1 0t 车将逐步替代目前的中型车而成为未来市2 2 中重型商用车桥壳的主要生产工艺与

20、产品 场的主导产品，1 0t 以上重型车将随着国家的基础建表2 和表3 分别给出了中重型商用车桥壳的主要生 设投资力度增加和公路运网的逐年完善，而在未来几 产工艺与产品，可见铸造和冲压一焊接桥壳仍然是主力。 ， 裹2 中重型商用车桥壳的主要生产工艺 T a b 2M a i np r o c e s so ft h ea x l eh o u s i n gf o rh e a v yc o m m e r c i a lv e h i c l e s 3 冲压一焊接桥壳与铸造桥壳的分析与比较 3 1 桥壳材质的分析与比较 后桥壳的用材历来是钢与铸铁的竞争热点。若选 择用钢，还可分为冲压焊接桥

21、壳、锻造焊接桥壳和铸钢 桥壳。若选择铸铁，用材还可分为可锻铸铁和球墨铸 铁。 ( 1 ) 冲压焊接桥壳 冲压焊接桥壳以中厚钢板为原料，通过冲、拉延工 艺，冲出上下两个半壳。因为零件大，钢板厚，需用很 大吨位的机械压床或油压机。有的工厂投资有限，不 可能冷压成形，只能采取热压成形，钢板加热时有可能 引起表面脱碳，不利于桥壳的疲劳强度。 。在采用同等厚度的钢板冲压零件时，必然会带来 拉延部分的减薄。因此冲压件各部位厚度是不同的。 11 7 2 桥壳服役时，各部位的应力也是不同的。采用本工艺 无法按零件各部位应力大小分配冲件截面的厚度，一 大原材料厚度，桥壳材质可采用例如为5 2 0M P a 的低

22、合金高强度钢板，但一般来说，钢板强度越高，成 般需要保证薄断面有足够的安全系数，若不够，只好增形越困难，冲件开裂比例上升。 裹3中重型商用车桥壳的主要产品 T a b 3M a i np r o d u c t so ft h eh e a v yc o m m e r c i a lv e h i c l e s ( 2 ) 铸造桥壳 采用铸造工艺的优势在于，第一，可采用集成方式 成为一个整体铸件，节省工序。第二，桥壳各部位的截 面厚度根据应力载荷可比较自由地作适当安排，因此 只要设计得当，铸造桥壳一般不比冲压焊接桥壳重。 从材质方面考虑，球墨铸铁的强度高，其密度仅为 钢的9 0 。铸铁桥壳

23、材质早期采用可锻铸铁，其d - 约为3 5 0M P a ，如一汽1 9 5 6 年起生产的解放牌C A l O 型载货车便采用K T 3 5 0 - 1 0 牌号。这种汽车曾长期是 我国的主要车型，以坚固耐用著称。1 9 6 9 年建设二汽 ( 现称东风汽车公司) 时，首创用铁素体球墨铸铁代替 可锻铸铁制造这个底盘铸件中最大最重的桥壳，其用 意既在充分利用我国富产的稀土一镁资源和供应相对 充裕的生铁来替代当时生产可锻铸铁的紧缺资源废 钢，又可以大大减少热处理能耗。同时从性能上考 虑，铁素体球铁吼很容易达到4 2 0M P a 的要求，而可 锻铸铁则只能达到3 5 0M P a 。球铁比可锻铸

24、铁的强 度提高了2 0 。二汽E Q l 4 0 型5t 载货车的名义载 重比一汽C A l 0 型4t 载货车提高了1t ，但桥壳并不 增厚增重，其经济效益是十分明显的。 3 2冲压一焊接桥壳与铸造桥壳的承载能力对比 铸造桥壳通常采用牌号为Q T 4 5 0 1 0 的球墨铸铁 或铸钢Z G 2 7 0 - 5 0 0 铸造，球铁材料的屈服强度 3 1 0M P a i 铸钢的屈服强度2 7 0M P a ( 主要是保证 焊接性) ；冲焊桥壳一般采用1 6M n L 热轧钢板，抗拉 强度5 1 0M P a ，屈服强度3 4 5M P a 。重型车冲焊 桥壳因钢板厚，焊缝处需铣坡I = 1

25、保证熔合深度，尽管如 此焊缝也不易完全焊透。分析表明，冲焊桥壳易开裂， 通常不是因为钢板本身强度不够，而是钢板焊缝质量 难保证，易出现未焊透、咬边等缺陷，导致应力集中而 11 7 3 使强度下降，特别是三角板、轴头和后盖焊缝区最容易 开裂。一些引进的重型车1 3t 级冲焊桥，因不能适应 国内的装载量和道路状况，经常出现开裂现象，现已纷 纷将钢板厚度由1 4m m 改为1 6m m ，并且局部结构加 强。铸造桥壳能方便地做得较厚，所以实际使用中铸 造桥壳的承载能力要更高一些，但自重也重一些。 桥壳越重，壁厚越厚，铸造工艺就越适宜。开发铸 造桥壳市场，重点应该针对1 3t 级及其以上的重型 桥，特

26、别是使用条件恶劣、超载较严重的自卸车和工程 用车。冲焊桥壳在轻型车上占绝对优势，板厚一般只 有6 8m m ，压床吨位小，材料成形性好，可以冷冲， 焊接方便，自重更轻。 3 3 冲压一焊接桥壳和铸造桥壳的综合比较 驱动桥壳铸件是汽车上最重的球铁( 铸钢) 件，但 目前冲焊桥壳大有取代铸造桥壳之势，这起因于近年 来国内许多引进产品均采用了冲焊桥壳。重型车冲焊 桥壳采用1 4 1 6m m 厚的钢板，热冲。冲焊桥壳质量 轻、外观好，因为附件是焊上去的，所以附件结构形状 和位置调整的柔性较大。此外，国外采用冲焊桥壳可 能更多是出于汽车减重和改善劳动条件、减少污染的 考虑。铸造桥壳的承载能力高于冲焊桥

27、壳，市场上铸 造桥壳的价格也低于冲焊桥壳，对车桥企业来讲，铸造 桥壳的缺点主要是自重增加和废品率高。自重增加意 味着减少了装载量，废品多意味着加工产能的浪费。 另外，砂型铸造的劳动条件差，治理污染难，投入大，可 能也是相当重要的原因。 4 1 3 吨级汽车后桥壳铸件的开发 随着我国经济的高速发展以及高速公路的普及， 长途运输货物量不断增加，对重型汽车的需求也越来 越多，国内许多汽车厂家相继引进了一些重型车型，其 后桥壳大多为钢板冲压焊接而成。但冲压焊接式桥壳 采用冲压成型的方法存在材料成形困难，有的还需增 加退火工艺，能耗高、工序多，制造工艺复杂，生产成本 高。汽车在崎岖的路面上颠簸行驶，受到

28、交变负荷的 作用，桥壳焊接处易出现脱焊开裂问题，疲劳性能差， 超载易变形，主减速器齿轮正常啮合受影响，噪声大， 减少了驱动桥总成的使用寿命。球墨铸铁具有高强 度、高韧性、高可靠性、高寿命的特点，能生产出最接近 要求的形状。随着球墨铸铁技术的发展，铸造已成为 取代冲压焊接生产汽车后桥壳的首选方法。因为与冲 压焊接后桥壳相比，铸造后桥壳具有强度和刚度较大， 生产成本低，拆装、保养、维修方便等优点。2 0 0 1 年，东 风汽车集团公司进行1 3t 级重型车后桥壳的开发试制 工作，依据驱动桥制造厂家对产品的加工、装配、使用要 求，以及东风汽车集团公司对驱动后桥壳模具设计、制 造及铸件成形的工艺性要求

29、，采取类比与经验设计相结 合的办法，根据1 3t 级焊接驱动后桥壳的外轮廓尺寸， 铸造后桥壳的结构特征及铸造的工艺性要求，设计出后 桥壳产品图，之后根据该产品的材质性能要求对其结构 进行强度校核，最后完成1 3t 级后桥壳的产品设计。 将调试的铸件供零件厂试加工，抽取其中的1 件 送到国家汽车质量监督检验中心( 襄樊) 做台架试验评 价。在试验负荷为2 4t ( 当时为国内最大的疲劳寿命试 验机) 的条件下，将铸件安放在液压疲劳试验机上进行 台架试验。结论表明，送检样品的垂直弯曲疲劳寿命超 过4 3 3 万次，未出现裂纹或断裂现象，满足汽车驱动桥 台架试验评价指标，疲劳寿命不低于8 0 万次的

30、标准要 求。汽车后桥壳是汽车上的一个重要的保安件，对重型 载货汽车而言，后桥壳作为一个重要的受力零件，质量 的好坏直接影响着汽车的使用性能与安全状况。1 3t 级 重型车后桥壳的成功开发，为东风汽车集团公司创造了 良好的经济效益，对东风汽车集团公司来讲，是一次技 术上的重大突破，这一技术在国内处于领先水平，也为 我国汽车行业生产重型后桥壳开拓了一条新路。 5 结束语 毋庸置疑，冲压一焊接桥壳已经对铸造桥壳形成了 严重的挑战，在中型商用车方面占有明显的优势，而在 重型车方面铸造桥壳还具备一定的优势。发展铸造桥 壳的最大障碍，在于引进的冲焊桥国产化时，设计部门 不可能将其重新设计为铸造桥。把冲焊桥

31、壳重新设计 为铸造桥壳的任务只有靠铸造厂自己，开拓市场也只 能靠自己。另外，一些车桥厂建有自己的冲焊车间，就 更不愿意采用铸造桥壳了。铸造厂应努力提高铸造桥 壳力学性能，主动提高铸件质量标准，减少内部缺陷和 外废率，减小壁厚( 壁厚1 6r a m ) ，降低铸件自重，甚 至对高应力区局部喷丸强化，争取在主机厂得到与冲 焊桥壳长期并存的机会。如果一旦失去市场，再想挽 回就相当困难了。 水玻璃旧砂湿法干法联合再生机生产线利用热湿法再生和干法清洁除尘的原理，对水玻璃旧砂进行综 合处理，使表面惰性膜溶解，呈自由的砂粒状态，生产颗粒均匀的再生砂。 1 去除旧砂( 石英砂、铬铁矿砂) 表面惰性膜，可1 0 0 使用做面砂、芯砂、单一砂。 2 再生砂回收率9 0 以上，处理费用4 0 5 0 冠t ，生产效率2 5 2 0 0 t h 。最后剩下已洗干净的烧焦烧熔 的废砂及细粉可作建筑材料。 3 可以回收旧砂中的水玻璃，水反复回用不排放，不必设置污水污泥处理设备。