電動汽車 -輕型后橋主減速器殼輕量化研究

主減速器是驅(qū)動橋中的主要部件，其作用是將由傳動軸輸入的扭矩增大，同時降低旋轉(zhuǎn)速度。當發(fā)動機縱向布置時，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，可分為單級式主減速器和雙級式主減速器兩種。主減速器殼為主減速器的內(nèi)部零件提供安裝支承、保護、潤滑的作用，同時，主減速器殼還要承受來自傳動軸、橋殼、懸架系統(tǒng)主減速器殼根據(jù)主動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錐齒輪的齒輪端懸空布置，另一側(cè)通過兩個錐軸承安裝于主減速器殼上。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，為保證主減速器殼體的具有良好的支承剛性，通常要滿足兩個軸承的中心離比齒輪齒面寬中點的懸臂長度大2倍以上，同時，兩個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，是通過采用鋁合金這種輕量化材料來實現(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)計方面與原鑄鐵材料相比，需要考慮以下幾點：⑴鑄鋁材料較鑄鋼軟，因此需要重點考核軸承、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行處理，改善受力情況；c.將原加強筋延長至主齒外軸承位置，并相應(yīng)進行加厚；d.增大軸承座根部過渡臺階高度，增大受力點圓角；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，采用材料牌號為AlSi10Mg的鋁合金材料，進行T6處理。該材料塑性較好，強度高，流動性好，鑄造性能優(yōu)良，熱裂傾向低。同時，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，并對局部進行剛度加強。由于鋁合金材料較鑄鐵軟，因此，采取如下加強剛度的措施，具體見表3.2。1234點圓角；5采用鋼絲不均問題3.2潤滑設(shè)計由于改變了殼體壁厚及局部結(jié)構(gòu)，因此需要對主減速器的潤滑進行重新設(shè)計，在滿足剛度的前提下盡量提高潤滑效果。工作過程中從動錐齒輪和差速器殼一同旋轉(zhuǎn)，攪動齒輪油飛濺到殼體內(nèi)壁，通過集油結(jié)構(gòu)順著進油道流向主動錐齒輪前軸承，擋油盤使得由進油道收集來的油不回流，完全潤滑前軸承。潤滑后，潤滑油通過回油道流回殼體內(nèi)，潤滑油流動性好，利于散熱，防止主齒油封與軸承間壓力升高而漏油。主減速器潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)計見表3.3。表3.3主減速器潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)計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強度極限σb4.2載荷及工況按兩種極限速比分別進行計算，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，該殼體主要危險點為：差速器軸承座根部和螺栓孔，計算結(jié)果見表3.6、表3.7、表3.8、表3.9，主減速器殼各危險點安全系數(shù)見圖3.2，變形云圖見圖3.3。5.1試驗項目撐剛性、齒輪接觸區(qū)、齒輪彎曲疲勞壽命及靜扭轉(zhuǎn)強度。因此試驗項目如下，見表3.10。其中，由于材料的改變，需要重點關(guān)注驅(qū)動333115.2驅(qū)動橋總成錐齒輪支撐剛性試驗⑴試驗要求及評價標準：試驗樣品主減速器主、從動錐齒輪在試驗扭矩達到驅(qū)動橋額定輸出扭矩設(shè)計值的情況下，其各方向的位移量測量值及相對變化值應(yīng)不大于表3.11的規(guī)定值，其它測點的位移變化量應(yīng)表3.11驅(qū)動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錐齒輪⑵試驗樣品驅(qū)動橋總成錐齒輪支撐剛性試驗，樣品裝配前應(yīng)在殼體上開測量孔，測量孔的位置和大小應(yīng)保證能準確測量出主、從動錐齒輪相對位移量及主、從動錐齒輪相對與橋殼（或主減速器殼體）的位移量，同時不得對主、從動錐齒輪的支承剛性造成影響。試驗樣⑶測點位置量表所取的位置應(yīng)能測量出主、從動錐齒輪相對位移量；主、從動錐齒輪相對于驅(qū)動橋殼（或減速器殼體）的位移量。測量用表的位置見圖3.5，分別為主動錐齒輪靠大端軸承內(nèi)圈、主動錐齒輪小端軸頸、差速器兩側(cè)軸承蓋，其它位置如圖所示，各測量點位置及方向說明見表3.12。表3.12齒輪支撐剛性各測量點位置及1①2②3③4④56⑦78⑩⑷試驗結(jié)果：驅(qū)動橋總成錐齒輪支撐剛性測量結(jié)果見表3.13。點變形①②--③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩--⑸試驗結(jié)論：驅(qū)動橋總成錐齒輪支撐剛性試驗合格。通過與原方案對比，本鋁合金殼體方案實現(xiàn)降重6.68kg，達49%，具體見表3.14。6.2總結(jié)鋁合金減速器殼體可有效實現(xiàn)驅(qū)動橋輕量化，在設(shè)計中，要注意⑴由于鋁合金材料較鑄鐵軟，因此在