Technoeogy Reseaoch 汽车驱动桥壳轻量化设计 □李志虎
内蒙古自治区交通运输管理局呼和浩特010020
1轻量化设计背景
汽车驱动桥由主减速器、差速器、半轴、驱动桥壳等组成，具有增大发动机扭矩、改变动力方向、实现两个驱动轮间差速等作用。
驱动桥壳总成是汽车承重的关键部件，驱动桥壳过载，易产生裂纹，甚至导致断裂。汽车驱动桥壳局部断裂如图1所示。
驱动桥壳设计时，应保证在足够的强度、刚度、疲劳寿命下，尽量减轻车身质量。驱动桥壳结构应简单，降低加工生产制造难度，方便其它零部件的拆装和调整⑴。
图1汽车驱动桥壳局部断裂
收稿日期:2020年3月
作者简介：李志虎！1986—），男，硕士，工程师，主要从事汽车运行管理工作442020
设备防护箱
4tomgro
Technology Research
中国重汽HW12单级减速驱动桥性能参数见表1：2*，这一驱动桥型式为中央单级减速，全浮式半
轴，由钢板冲压焊接驱动桥壳。车轮安装方式为轮辋中心孔定位。利用SolidWorks软件建立HW12驱动桥的驱动桥壳三维整体模型，如图2所示。[B]Force2:1.127e+005N
冋Fixed Support
0Fixed Support2
[E]Force3:1.127e+005
囚Force:1.127e+005N
图4驱动桥壳约束及加载
表1HW12单级减速驱动桥性能参数项目数值
额定轴荷/ky11500
最大总质量/ky49000速比 4.875，5.833板簧中心距/mm930-1010标准轮距/m m1850质量/ky685
表2驱动桥壳载荷
桥壳厚度/mm567
满载轴荷/N112700113200115400 2.5倍满载轴荷/N281750283000288500
5mm厚驱动桥壳应力、变形云图分别如图5、图6所示。由图5、图6可知,5mm厚度驱动桥壳的最大应力为231.16MPa，最大变形出现在驱动桥壳中部位置，值为1.9742mm。
图2驱动桥壳三维整体模型
为减少ANSYS Workbench软件的分析计算时间，采用中曲面建立驱动桥壳简化模型：3*，如图3所
示I O
图3驱动桥壳简化模型231.16Max
205.48
179.79
154.11
128.42
102.74
77.054
51.369
25.385
5.3718e-8Min
(MPa)
图55mm厚驱动桥壳应力云图
1.9742Max
1.7549
1.5355
1.3161
1.0968
0.87743
0.65807
0.43871
0.21936
>0Min
(mm)
图65mm厚驱动桥壳变形云图
将主减速器及驱动轴的质量加载至驱动桥壳的中部，将满载轴荷以面力方式施加至弹簧板座下的驱动桥壳部位，方向为沿6轴负方向，大小为112700N o驱动桥壳约束及加载如图4所示。
在满载轴荷及2.5倍满载轴荷的工况下，分别对5mm、6mm、7mm三个不同厚度的驱动桥壳施加载荷，见表2o
通过ANSYS Workbench软件分析5mm厚驱动桥壳的应力、变形，出驱动桥壳的应力集中位置O
根据驱动桥壳的垂直刚度检测标准，得到不同厚度驱动桥壳在满载轴荷和2.5倍满载轴荷下的变形量试验数据，见表3[4T*o
表3驱动桥壳变形量试验数据mm 驱动桥壳厚度567
满载轴荷变形量 2.02 1.975 2.08
2.5倍满载轴荷变形量
3.22 3.02 3.35
2020445
3驱动桥壳轻量化设计
根据QC/T 533—1999《汽车驱动桥台架试验
方法》，对厚度为5 mm 的驱动桥壳进行满载轴荷下 的结构轻量化设计，如图7所示。除保留部分和去 除部分外，零星的临界部分给予保留。重新加载，对 结构轻量化设计结果进行检验〔6*（
图7 5 mm 厚驱动桥壳满载轴荷下结构轻量化设计
图10垂直刚度试验布置
在2. 5倍满载轴荷下，有限元分析计算得到5 mm '6 mm '7 mm 厚驱动桥壳的最大变形量依次为
3. 183 8 mm 、3. 205 7 mm 、3. 302 mm 。将有限元分
析结果与试验结果进行对比，见表4。由表4可见,
误差在5%以内，验证了驱动桥壳结构轻量化优化 设计的正确性〔9呵。
轻量化后5 mm 厚驱动桥壳在2.5倍满载轴荷
下的应力、变形云图分别如图8、图9所示。在减轻
近20%质量后，驱动桥壳的最大应力增大为479.31
MPa ，最大变形量为1.874 mm ，结构强度依然满足
驱动桥壳材料的屈服极限，小于735 MPa 〔7*。
479.31 Max 0.044278 Min 426.06372.81319.56266.31213.05159.8106.5553.297
表4驱动桥壳有限元分析与试验数据对比桥壳厚度/mm
567满载轴荷有限元分析变形量/mm 1.974 2 1.903 0
2.021 5
2. 5倍满载轴荷有限元分析
变形量/mm
3.183 8 3.205 7 3.302 0满载轴荷试验变形量/mm 2.02 1.98 2.08
2. 5倍满载轴荷试验变形量/mm
3.22
3.02
3.35满载轴荷有限元分析误差 2.48% 3.89%
2.81%
2. 5倍满载轴荷有限元分析误差
1.2%
2.73% 1.49%
(MPa)
图8轻量化后5 mm 厚驱动桥壳应力云图
1.874 Max 1.66571.45751.24931.0410.832870.624650.416440.20822 OMin (mm)
图9轻量化后5 mm 厚驱动桥壳变形云图
4驱动桥壳垂直刚度试验
按照QC/T 533—1999标准对驱动桥壳进行垂
直刚度试验，试验布置如图10所示[8*。
5结束语
笔者应用SolidWorks 软件对中国重汽HW12单
级减速驱动桥的驱动桥壳进行建模，采用结构轻量
二硝基甲苯化设计方法，对驱动桥壳进行优化设计，并应用 ANSYS Workbench 软件对驱动桥壳的简化模型进行
静力学分析，结合驱动桥壳垂直刚度试验，在保证驱
动桥壳正常使用强度和刚度的前提下，减轻了驱动
桥壳的质量，同时提高了汽车的动力性和燃油经
济性E *。
参考文献
）
1 *刘惟信•驱动桥）M ] •北京：人民交通出版社,1987.
（下转第64页）
46
表5清根槽尺寸测量结果
测量序号位置
尺寸/mm
$C&
1
有字侧0.140.470.200.47
香仁夏露
无字侧0.170.420.180.49 2
有字侧0.120.390.070.63
无字侧0.220.390.080.60 3
有字侧0.200.360.190.68
卷绕电池无字侧0.200.370.230.70 4
有字侧0.100.500.190.49
无字侧0.100.540.210.47 5
有字侧0.160.480.32—
无字侧0.150.520.340.48 6
有字侧0.200.610.300.39
无字侧0.170.580.280.39 7
有字侧0.140.530.320.39
无字侧0.150.540.340.40航空发动机主轴承结构设计合理，主轴承轴向工作游隙、径向工作游隙设计合理，主轴承设计寿命满足使用要求。 随着螺母拧紧力矩的增大，螺母旋转角度基本呈线性增大。螺母拧紧力矩越大，主轴承内圈挡边宽度变化量越大。主轴承内圈外表面直径在螺母拧紧后变化不大，最大变化量不超过0.005mm。主轴承清根槽尺寸存在超差问题，导致主轴承失效故障&应该加强主轴承制造现场的质量管理。
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(编辑：丁罡)
(上接第46页)
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