某汽車后橋主減速器殼體強度及密封性分析

陳 利，陳 艷，劉 松

（合肥美橋汽車傳動及底盤系統(tǒng)有限公司，安徽合肥230000）

某汽車后橋主減速器殼體強度及密封性分析

陳 利，陳 艷，劉 松

（合肥美橋汽車傳動及底盤系統(tǒng)有限公司，安徽合肥230000）

利用有限元分析軟件(Sim lab、Hyperview),在產(chǎn)品設(shè)計階段對主減速殼體和橋殼裝配面的密封性能做研究分析，為避免該裝配密封面出現(xiàn)漏油問題提供一定的設(shè)計指導(dǎo)。

有限元分析；主減速器殼體；密封性；改進(jìn)

1 汽車驅(qū)動后橋工作原理介紹

汽車驅(qū)動后橋主要包括主減速器、差速器和半軸等零部件，通過鋼板彈簧座承受汽車后軸的負(fù)荷，同時還起到驅(qū)動車輪、減速增扭和差速作用。其工作原理是：發(fā)動機輸出動力到變速箱，在變速箱變速后由傳動軸傳到驅(qū)動后橋，通過后橋主減速器中準(zhǔn)雙曲面齒輪使轉(zhuǎn)速降低，扭矩增大，然后扭矩由半軸傳遞到車輪，實現(xiàn)車輛前進(jìn)或后退。

2 驅(qū)動后橋主減速器結(jié)構(gòu)及密封方式

在開發(fā)某驅(qū)動后橋中，主減總成結(jié)構(gòu)如圖1所示，主減總成殼體與橋殼本體下止口接觸（如圖1標(biāo)示處所示），增加輔助支撐，以此增強減速器殼體的強度及傳動系統(tǒng)剛性；在驅(qū)動橋總成中螺旋錐齒輪潤滑一般采用重負(fù)荷車輛齒輪油，根據(jù)齒輪油粘度等特性，需在減速器殼體與橋殼本體裝配面進(jìn)行涂密封膠處理并用螺紋進(jìn)行連接，防止齒輪油泄露而導(dǎo)致零件潤滑不良問題。本次有限元分析目標(biāo)是對主減速器殼體優(yōu)化并提升系統(tǒng)密封性能。

圖1 驅(qū)動后橋主減速器結(jié)構(gòu)圖

3 建立有限元分析模型

3.1 實體模型網(wǎng)格劃分及賦予材料屬性

模型是基于UG軟件建立實體模型，主要包括主減速器殼體、圓錐滾子軸承、加強環(huán)、螺栓、后橋殼本體和軸承蓋等零部件。將模型導(dǎo)入有限元分析軟件Simlab中劃分一階四面體網(wǎng)格，單元類型為Tet4，尺寸選取為3 mm；然后檢查網(wǎng)格質(zhì)量，要求Tet Collapse＞0.12，Interior Angel＞10，在保護關(guān)鍵模型面網(wǎng)格后再自動清理不合格網(wǎng)格。該模型總共包括928 495個單元和477 452個節(jié)點。模型中主要零部件材料屬性參見表1.

表1 主要零部件材料屬性

3.2 施加載荷

主減速器總成裝配中需要對成對使用的圓錐滾子軸承施加預(yù)緊力載荷，保證傳動系統(tǒng)具有一定的剛性，減少單個軸承受力的情況。根據(jù)軸承供應(yīng)商推薦，主齒軸承預(yù)緊力為4 500 N，差速器軸承預(yù)緊力為5 000 N.

驅(qū)動后橋依靠齒輪副向輪端傳遞扭矩，主動齒輪最大輸入扭矩T=3 893 N·m，齒輪共受三個方向的力，切向力、徑向力和軸向力[1]。

上式中，fr、fa為齒輪設(shè)計參數(shù)。

3.3 設(shè)置邊界條件

在主動齒輪桿末端花鍵處建立RBE單元并且施加全約束；橋殼兩端輪胎中心處施加約束，一端約束自由度1 234，另一端約束自由度234.

4 分析結(jié)果

利用Hyperview軟件顯示主減速器殼體應(yīng)力分析結(jié)果如圖2所示，差速器軸承座底部、支撐筋底部和導(dǎo)向軸承座三處應(yīng)力超出材料QT450-10屈服極限，這樣殼體在車輛行駛中易斷裂或者傳動系統(tǒng)因剛性不足提前失效。減速器殼體密封面法向變形尺寸如圖3所示，即主減速器殼體接觸環(huán)面相對加強環(huán)面開口較大，超出密封膠使用極限范圍0.05mm，存在漏油風(fēng)險。

圖2 主減速器殼體應(yīng)力云圖

圖3 密封面法向變形云圖

5 結(jié)構(gòu)改進(jìn)及分析結(jié)果

5.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

根據(jù)分析結(jié)果，對主減速器殼體超出屈服應(yīng)力處進(jìn)行修改：一是增加加強筋，提升強度；二是增大圓角，并且圓滑過渡，減少應(yīng)力集中。針對主減速器殼體密封面法向位移較大問題，加厚殼體環(huán)面至12mm，且增加凸臺高度9mm，模型更改前后對比如圖4所示。

圖4 主減速器殼體模型結(jié)構(gòu)改進(jìn)

5.2 改進(jìn)后分析結(jié)果

模型更改后重新進(jìn)行分析，主減速器殼體及密封結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 改進(jìn)后主減速器殼體應(yīng)力云圖

U463.5

A

1672-545X（2017）04-0018-02

2017-01-12

陳利（1984－），男，安徽淮北人，本科，助理工程師，研究方向：汽車零部件設(shè)計。