第20卷第2期重庆科技学院学报（自然科学版)2018年4月汽车驱动桥壳发展现状及其研究缺陷 郭强郑燕萍
(南京林业大学汽车与交通工程学院，南京210037)
摘要：阐述驱动桥壳的发展现状，讨论驱动桥壳研究中CAE建模、性能分析、工艺设计方面的缺陷 关键词：驱动桥壳；整体式桥壳；设计缺陷
中图分类号:U463 文献标识码:A
1驱动桥壳的发展现状
驱动桥壳是汽车总成中的主要承载件之一*1_2]，它既是传动系的组成部分，也是行驶系的组 成部分。驱动桥壳分为分段式桥壳、组合式桥壳、整 体式桥壳[3]。
分段式桥壳一般分为2段，因而易于铸造加工；但检修及拆卸很不方便，而且桥壳的强度和刚度比 较低，过去主要用于轻型商用汽车，目前较少采用。
组合式桥壳的铸件尺寸较小，因此桥壳质量较文章编号：1673 -1980(2018)02 -0087 -03
轻；但它还不具备将主减速器及差速器总成调整好 后再装入桥壳的优势，而是需要边安装边调整。组 合式桥壳对加工精度的要求较高，其整个桥壳的刚 度与整体式相比较差[4]。
整体式桥壳使用较广泛。整体式桥壳具有较高 的强度和刚度，便于主减速器的装配、调整和维修; 但其形状复杂，应力计算相对较困难[5]。整体式桥 壳按照成形方式又可分为铸造桥壳、冲焊桥壳、机 械胀形桥壳和内高压成形桥壳，各有其优缺点（见 表 1)[4]。
表1各类整体式桥壳的对比
整体桥壳分类优点缺点适用范围发展前景
铸造桥壳可制成形状复杂而理想的制件；制
件壁厚可变化，刚度、强度较大，制
件厚度可变化
费材、耗能，工艺不易控制，工序复杂；
重量大
中、重型汽车
在中型汽车中应用
减少
冲焊桥壳工艺性好，废品率低，便于实现机械
化、自动化；制件重量轻，强度高
工序多，费材耗能，不能制成复杂截面
的制件；制件难以调整，焊接质量要
求高
在汽车行业中居
主导地位，适用范
围
在一定时期内占主
地位
机械胀形桥壳材料利用率高，工作量减少，加工效
率高；制件密封性能好，重量轻
制件纵向开缝端口处存在横向裂纹，翻
边宽度不均勻，侧面易起皱拉伤，强
度底
轻型、型 重
汽
在中轻型汽车上占
据一定市场
内高压成形桥壳材料利用率高，节能、省材、降耗，加
工工 ，工效 ，实现机械成形机理尚不清楚，工艺不成熟，处于轻型、型 重新技术，市场前景化、自动化；制件壁厚分布合理，强
度、刚度高，重量轻
研制和试生产阶段汽看好
早期的中重型车以铸造桥壳为主。铸造桥壳可而且常会出现制造砂眼等问题。2002年，一汽集团 以保证足够的壁厚和承载能力，但缺点是自重较大，开始在中重型车中采用冲焊桥壳。与铸造桥壳相
收稿日期=2017-12-06
基金项目：国家林业局林业公益性行业科研专项经费项目“多功能森林消防车的研发$(201304405)
作者简介：郭强（1991 一），男，在读硕士研究生，研究方向为模具冲压、焊接有限元分析（CAD、CAE分析)
• 87 •
郭强，等：汽车驱动桥壳发展现状及其研究缺陷
比，冲焊桥壳具有重量轻、工艺性好、成形效率高、成 本低等优点。冲焊桥壳的热成型不仅有效降低了成 形力，而且基本解决了回弹问题，使产品质量得到很 大提升。但一些卡车制造商已经开始采用抗疲劳性 能更好的管坯胀形桥壳[6]。
在关于驱动桥壳强度和刚度考核的研究中，以往我国主要采用台架试验和整车行驶试验的方法，或采用在桥壳上贴应变片的电测方法。但这些方法 都是在有桥壳样品的情况下才能采用[7]，研究成本 较高。为了节约研发成本，目前国内很多桥壳生产 厂家依照经验来修改主要部件的参数，往往只校核 一般静态工况下的强度、刚度，对动态特性的研究较 少。汽车实际行驶中的工况比较复杂，驱动桥需要 承受各种复杂工况所产生的动态载荷，而这些动 态载荷所产生的动应力往往比静态应力高出很多 倍；因此，动态荷载才是真正导致桥壳破坏的危险 因素[8]，按照经验修改参数的方法存在较大局限 性。随着汽车智能化技术的发展，人们对汽车的 舒适性、安全性要求也不断提高。国内外汽车专 业研究人员投入了大量的时间和精力来分析研究 驱动桥壳总成，研究新材料、创新结构、改进工艺 等，并取得了阶段性的成果。研究中主要运用了 有限元法，提高产品的设计质量，缩短开发周期，降低成本[-]。
2驱动桥壳的研究缺陷
根据汽车设计理论，传统的驱动桥壳设计方法 包括分析模型简化法、图解法、实验法等。这些方法 主
要是将桥壳简化成一简支梁并校核典型计算工况 下的特定最大应力值，再考虑一个安全系数来确定 许用的工作应力[1"]。这些方法均存在一定缺陷[11]。许多厂家在实际设计过程中，往往只是根据 经验和类比，设计出汽车驱动桥壳，然后进行试产，并通过驱动桥壳台架试验对设计方案进行修正。这 是一个反复修改和调整的过程，费时费力[12]。目前 国内驱动桥壳制造工艺技术水平仍相对较低，零件 材料性能、制造工艺水平不足，存在整体重量与体积 较大、可靠性差、使用寿命短等缺陷，而且用于指导 生产的设计理念较滞后。国内研究设施相对落后，科研力量较弱[13]。同时随着整车性能的不断提高，市场对包括驱动桥壳在内的各总成要求也逐渐提 高。特别是对于重型卡车而言，大吨位和复杂路况 都对桥壳的性能提出了挑战，其动态性能的优劣直 接影响整车的安全性、舒适性及平稳性[14_15]。驱动 桥壳设计缺陷体现在以下几方面。
• 88 •2.1桥壳的C A E建模方面
为了便于进行有限元分析，目前桥壳C A E建 模时将驱动桥壳和半轴套管视为一个整体，将冲 压部分的桥壳看做是均勻、等厚的[$']。将实体模 型导入有限元分析软件中，选用具有较高刚度及 计算精度的四面体单元对整体进行网格划分[17]；为了提高计算速度，也可将非承载部件采用六面 体单元划分网格。这些均勻等厚模型以及网格划 分的建模方法，并没有考虑到实际冲压工艺过程 对 ，此对
局。
2.2桥壳的性能分析方面
传统的桥壳性能计算方法中，只能计算出某一 断面的应力平均值，而不能完全反映桥壳上应力及 分布的真实情况。目前主要以C A E分析为基础，结 合动力学分析开展车桥机械部分的力学分析。使用 有限元法对驱动桥壳进行强度分析，只要模型简化 得当，受力约束处理合理，就能得到比较详细的应力 与变形分布情况，这些是传统计算方法难以实现 的[18]。郑燕萍曾以南京车桥厂的驱动桥壳为例，对 传统研究设计方法和有限元研究设计方法的强度计 算结果进行比较，验证了有限元设计方法的简便实 用性[1-]。但在疲劳寿命分析中，由于材料在焊接过 程中受热较强，材料焊缝处的分子结构会产生相应 变化，从而失去原有材料状态致使材料强度降低[2"]，因此在焊缝处易出现脱焊开裂、变形、疲劳性 能差等问题[21]。关于焊接工艺对桥壳疲劳寿命的，研究 并 。
2.3桥壳的工艺设计方面
关于驱动 产 工艺设计，已有大量详细的研究；但在驱动桥系统开发 方面，研究者往往只是关注其中某类零部件的设计 要求，未予整体考虑。在面向网络环境下的电动车 桥集成设计技术研究中，针对电动车桥总成件的自 动装配、装配体的有限元分析及动力学仿真的集成 设计技术的研究成果还未见到。另外，冲压加工、焊 接工艺、保护工艺、桥壳模具等方面的研究很多；但 这些都是从单方面的工艺来进行分析，并没有充分 考虑冲压工艺、焊接质量这一完整的制造工艺过程 对。
3结语
国内 汽 驱动 研究 大
果，方 多 陷。传统研究方法的不确定性，到目前有限元方法研究的局
郭强，等：汽车驱动桥壳发展现状及其研究缺陷
限性，还是从C A E 建模、性能分析到工艺设计方面 研究等方面都存在不同程度的缺陷。若仅从单一工
艺角度来进行分析，无法满足整体设计的精度要求。 今后的研究重点应该是寻求考虑复杂因素分析的设 计方法，以提升桥壳制造工艺的准确性。
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O nthe Development Status of Automobile Drive Axle Housing
and Its Research Flaw
G U O Q ia n g
Z H E N G Y a n p in g
(College of Automobile and Traffic Engineering ，Nanjing Forestry University ，Nanjing 210037，China ) A b s tr a c t -The development status of drive axle housing is described . In this paper ，the design defects of drive axle
housing are studied ，including CAE modeling ，performance analysis and process design .K e y w o rd s -drive axle housing ; integral drive axle ; design defects
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