電動(dòng)汽車 -輕型后橋主減速器殼輕量化研究

主減速器是驅(qū)動(dòng)橋中的主要部件，其作用是將由傳動(dòng)軸輸入的扭矩增大，同時(shí)降低旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱向布置時(shí)，還有改變轉(zhuǎn)矩傳遞方向的作用。為了滿足不同類型車輛的使用需求，主減速器按結(jié)構(gòu)形式，可分為單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器兩種。主減速器殼為主減速器的內(nèi)部零件提供安裝支承、保護(hù)、潤(rùn)滑的作用，同時(shí)，主減速器殼還要承受來(lái)自傳動(dòng)軸、橋殼、懸架系統(tǒng)主減速器殼根據(jù)主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的不同，可分⑴懸臂式：懸臂式主減速器是指主動(dòng)錐齒輪的齒輪端懸空布置，另一側(cè)通過兩個(gè)錐軸承安裝于主減速器殼上。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為保證主減速器殼體的具有良好的支承剛性，通常要滿足兩個(gè)軸承的中心離比齒輪齒面寬中點(diǎn)的懸臂長(zhǎng)度大2倍以上，同時(shí)，兩個(gè)錐軸承安裝的跨距應(yīng)大于齒輪節(jié)圓直徑的70%。⑵跨置式：主動(dòng)錐齒輪前后兩端的軸頸均通過軸承安裝支承，故這種結(jié)構(gòu)又被稱為“兩端支承式”。裝于齒輪小端一側(cè)軸頸上的軸承一般稱為導(dǎo)向軸承，導(dǎo)向軸承采用圓柱滾子軸承，并且其內(nèi)、外圈可以分離，以便于安裝。本文所選用的主減速器被應(yīng)用于輕型車，故選為懸臂式。本文中所提及的主減速器殼的輕量化設(shè)計(jì)，是通過采用鋁合金這種輕量化材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。鋁合金密度較鑄鐵小，為2.7g/cm3,約為鑄鐵的1/3，表面易被氧化，形成穩(wěn)定的AL2O3氧化層，因此在制造工藝方面，鋁具有較好的鑄造性，可以較容易地被制成各種復(fù)雜形狀的零件。采用鑄鋁材料的主減速器殼體，在設(shè)計(jì)方面與原鑄鐵材料相比，需要考慮以下幾點(diǎn)：⑴鑄鋁材料較鑄鋼軟，因此需要重點(diǎn)考核軸承、齒輪部位的支撐a.增加殼體的總體壁厚及差速器軸承蓋的厚度；b.將軸承座根部用加大圓角方式進(jìn)行處理，改善受力情況；c.將原加強(qiáng)筋延長(zhǎng)至主齒外軸承位置，并相應(yīng)進(jìn)行加厚；d.增大軸承座根部過渡臺(tái)階高度，增大受力點(diǎn)圓角；⑵由于材料較軟，要防止螺紋處材料壓潰失效。a.采用鋼絲螺套，改善輕合金螺紋孔載荷分布不均問題；b.連接螺栓取消配合面防松齒，減小擰緊力矩。3.1剛度優(yōu)化方法考慮到要有較好的鑄造性，采用材料牌號(hào)為AlSi10Mg的鋁合金材料，進(jìn)行T6處理。該材料塑性較好，強(qiáng)度高，流動(dòng)性好，鑄造性能優(yōu)良，熱裂傾向低。同時(shí)，該鋁合金具有很高的耐腐蝕性，焊接性好。具體材料性能參數(shù)見表3.1。本方案是在原有的鑄鐵材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上采用鋁合金材料，并對(duì)局部進(jìn)行剛度加強(qiáng)。由于鋁合金材料較鑄鐵軟，因此，采取如下加強(qiáng)剛度的措施，具體見表3.2。1234點(diǎn)圓角；5采用鋼絲不均問題3.2潤(rùn)滑設(shè)計(jì)由于改變了殼體壁厚及局部結(jié)構(gòu)，因此需要對(duì)主減速器的潤(rùn)滑進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在滿足剛度的前提下盡量提高潤(rùn)滑效果。工作過程中從動(dòng)錐齒輪和差速器殼一同旋轉(zhuǎn)，攪動(dòng)齒輪油飛濺到殼體內(nèi)壁，通過集油結(jié)構(gòu)順著進(jìn)油道流向主動(dòng)錐齒輪前軸承，擋油盤使得由進(jìn)油道收集來(lái)的油不回流，完全潤(rùn)滑前軸承。潤(rùn)滑后，潤(rùn)滑油通過回油道流回殼體內(nèi)，潤(rùn)滑油流動(dòng)性好，利于散熱，防止主齒油封與軸承間壓力升高而漏油。主減速器潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表3.3。表3.3主減速器潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1234.1材料屬性本方案所選用鋁合金材料的屬性見表3.4。屈服極限σs強(qiáng)度極限σb4.2載荷及工況按兩種極限速比分別進(jìn)行計(jì)算，模型見圖3.1，約束橋殼兩端，在Y(N)通過有限元分析可看出，該殼體主要危險(xiǎn)點(diǎn)為：差速器軸承座根部和螺栓孔，計(jì)算結(jié)果見表3.6、表3.7、表3.8、表3.9，主減速器殼各危險(xiǎn)點(diǎn)安全系數(shù)見圖3.2，變形云圖見圖3.3。5.1試驗(yàn)項(xiàng)目撐剛性、齒輪接觸區(qū)、齒輪彎曲疲勞壽命及靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。因此試驗(yàn)項(xiàng)目如下，見表3.10。其中，由于材料的改變，需要重點(diǎn)關(guān)注驅(qū)動(dòng)333115.2驅(qū)動(dòng)橋總成錐齒輪支撐剛性試驗(yàn)⑴試驗(yàn)要求及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)樣品主減速器主、從動(dòng)錐齒輪在試驗(yàn)扭矩達(dá)到驅(qū)動(dòng)橋額定輸出扭矩設(shè)計(jì)值的情況下，其各方向的位移量測(cè)量值及相對(duì)變化值應(yīng)不大于表3.11的規(guī)定值，其它測(cè)點(diǎn)的位移變化量應(yīng)表3.11驅(qū)動(dòng)橋總成錐齒輪支撐剛性沿主齒軸向位移量沿從齒軸向向位移量從動(dòng)錐齒輪⑵試驗(yàn)樣品驅(qū)動(dòng)橋總成錐齒輪支撐剛性試驗(yàn)，樣品裝配前應(yīng)在殼體上開測(cè)量孔，測(cè)量孔的位置和大小應(yīng)保證能準(zhǔn)確測(cè)量出主、從動(dòng)錐齒輪相對(duì)位移量及主、從動(dòng)錐齒輪相對(duì)與橋殼（或主減速器殼體）的位移量，同時(shí)不得對(duì)主、從動(dòng)錐齒輪的支承剛性造成影響。試驗(yàn)樣⑶測(cè)點(diǎn)位置量表所取的位置應(yīng)能測(cè)量出主、從動(dòng)錐齒輪相對(duì)位移量；主、從動(dòng)錐齒輪相對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋殼（或減速器殼體）的位移量。測(cè)量用表的位置見圖3.5，分別為主動(dòng)錐齒輪靠大端軸承內(nèi)圈、主動(dòng)錐齒輪小端軸頸、差速器兩側(cè)軸承蓋，其它位置如圖所示，各測(cè)量點(diǎn)位置及方向說明見表3.12。表3.12齒輪支撐剛性各測(cè)量點(diǎn)位置及1①2②3③4④56⑦78⑩⑷試驗(yàn)結(jié)果：驅(qū)動(dòng)橋總成錐齒輪支撐剛性測(cè)量結(jié)果見表3.13。點(diǎn)變形①②--③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩--⑸試驗(yàn)結(jié)論：驅(qū)動(dòng)橋總成錐齒輪支撐剛性試驗(yàn)合格。通過與原方案對(duì)比，本鋁合金殼體方案實(shí)現(xiàn)降重6.68kg，達(dá)49%，具體見表3.14。6.2總結(jié)鋁合金減速器殼體可有效實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)橋輕量化，在設(shè)計(jì)中，要注意⑴由于鋁合金材料較鑄鐵軟，因此在