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有限公司，安徽合肥230000）

利用有限元分析軟件(Sim lab、Hyperview),在產品設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漏油問題提供一定的設計指導。

有限元分析；主減速器殼體；密封性；改進

1 汽車驅動后橋工作原理介紹

汽車驅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荷，同時還起到驅動車輪、減速增扭和差速作用。其工作原理是：發動機輸出動力到變速箱，在變速箱變速后由傳動軸傳到驅動后橋，通過后橋主減速器中準雙曲面齒輪使轉速降低，扭矩增大，然后扭矩由半軸傳遞到車輪，實現車輛前進或后退。

2 驅動后橋主減速器結構及密封方式

在開發某驅動后橋中，主減總成結構如圖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剛性；在驅動橋總成中螺旋錐齒輪潤滑一般采用重負荷車輛齒輪油，根據齒輪油粘度等特性，需在減速器殼體與橋殼本體裝配面進行涂密封膠處理并用螺紋進行連接，防止齒輪油泄露而導致零件潤滑不良問題。本次有限元分析目標是對主減速器殼體優化并提升系統密封性能。

圖1 驅動后橋主減速器結構圖

3 建立有限元分析模型

3.1 實體模型網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、螺栓、后橋殼本體和軸承蓋等零部件。將模型導入有限元分析軟件Simlab中劃分一階四面體網格，單元類型為Tet4，尺寸選取為3 mm；然后檢查網格質量，要求Tet Collapse＞0.12，Interior Angel＞10，在保護關鍵模型面網格后再自動清理不合格網格。該模型總共包括928 495個單元和477 452個節點。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緊力載荷，保證傳動系統具有一定的剛性，減少單個軸承受力的情況。根據軸承供應商推薦，主齒軸承預緊力為4 500 N，差速器軸承預緊力為5 000 N.

驅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為齒輪設計參數。

3.3 設置邊界條件

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 分析結果

利用Hyperview軟件顯示主減速器殼體應力分析結果如圖2所示，差速器軸承座底部、支撐筋底部和導向軸承座三處應力超出材料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面相對加強環面開口較大，超出密封膠使用極限范圍0.05mm，存在漏油風險。

圖2 主減速器殼體應力云圖

圖3 密封面法向變形云圖

5 結構改進及分析結果

5.1 結構改進

根據分析結果，對主減速器殼體超出屈服應力處進行修改：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構改進

5.2 改進后分析結果

模型更改后重新進行分析，主減速器殼體及密封結果如圖5、圖6所示。

圖5 改進后主減速器殼體應力云圖

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：汽車零部件設計。