多車型通用的某重卡減速器殼設(shè)計(jì)

楊博華 席飛 楊樸 童寧娟

摘 要：商用車領(lǐng)域通常一種主減速器應(yīng)用于卡車、客車、等多種車型，發(fā)動(dòng)機(jī)的多種布置方式會(huì)導(dǎo)致主減的布置方式不同，需考慮不同的輸入轉(zhuǎn)向下主錐軸承的潤(rùn)滑。文章通過(guò)對(duì)不同車型主錐軸承潤(rùn)滑的分析研究，設(shè)計(jì)一款多車型通用的主減速器殼，并且在包絡(luò)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用油道結(jié)構(gòu)對(duì)減殼加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)輕量化、大剛性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：減速器殼;主錐軸承;潤(rùn)滑;油道結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U261.24+2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）17-77-03

Design of Universal Heavy-truck Reducer Housing for Multiple Vehicles

Yang Bohua， Xi Fei， Yang Pu， Tong Ningjuan

（Shaanxi Hande Axle Co.， LTD， Shaanxi Xian 710200）

Abstract： In the field of commercial vehicles， a main reducer is usually used in trucks， buses and other vehicles. The layout of the engine will lead to different arrangement of the main reducer. Therefore， the lubrication of the main cone bearing under different input steering should be considered. In this paper， through the analysis and Research on the lubrication of the main cone bearing of different vehicle types， a general main reducer housing for multiple vehicles is designed， and on the basis of envelope design， the oil passage structure is used to strengthen the reduction housing， so as to realize the optimization design of lightweight and large stiffness.

Keywords： Reducer housing; Main cone bearing; Lubrication; Oil passage structure

CLC NO.： U261.24+2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-77-03

前言

現(xiàn)有主減速器，主要通過(guò)被動(dòng)錐齒輪（以下簡(jiǎn)稱被動(dòng)輪）甩油，收集到專有油道后潤(rùn)滑主動(dòng)錐齒輪（以下簡(jiǎn)稱主錐）軸承。由于卡車、客車發(fā)動(dòng)機(jī)布置不同，導(dǎo)致主錐朝向可能與行車方向相同，也可能相反，且旋轉(zhuǎn)方向不同，導(dǎo)致被動(dòng)輪甩油方向也不同。目前，多采用開(kāi)發(fā)多個(gè)軸承座或減速器殼（以下簡(jiǎn)稱減殼）上鑄造多個(gè)油道來(lái)滿足不同車型，往往零件種類過(guò)多或者因?yàn)橐粋€(gè)減殼上布置多個(gè)油道，導(dǎo)致減殼重量重、鑄造工藝性差。

本文通過(guò)對(duì)不同車型被動(dòng)輪甩油方向以及減殼接油方式的分析研究，設(shè)計(jì)了一種多“八字”型油道，能夠適應(yīng)主減因車型而變的布置方式，并且利用該“八字”型油道對(duì)減殼進(jìn)行加強(qiáng)，提高殼體的支撐剛性而不增加重量。該油道結(jié)構(gòu)，不需要做大砂芯，無(wú)突出的熱結(jié)，鑄造成本低、廢品率低、工藝性好，可以滿足大批量生產(chǎn)的需求。該減殼已經(jīng)在多車型上批量使用，市場(chǎng)表現(xiàn)良好。

1 主錐軸承潤(rùn)滑分析

卡車與客車主錐軸承潤(rùn)滑多采用被動(dòng)潤(rùn)滑，利用油道收集被動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程攪動(dòng)的潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑主錐軸承[1]。車輛向前行駛，站在車輛行駛方向的左側(cè)觀察，則被動(dòng)錐齒輪旋轉(zhuǎn)方向始終為逆時(shí)針?lè)较颉？ㄜ囈话愣嗖捎冒l(fā)動(dòng)機(jī)前置，而客車多采用發(fā)動(dòng)機(jī)后置[1]，故卡車用主減主錐朝向與行車方向一致，客車主錐朝向與行車方向相反。如圖1所示，被動(dòng)輪攪動(dòng)潤(rùn)滑油，沿殼體內(nèi)壁的流向始終是自上而下，但減殼的位置卻是呈180°翻轉(zhuǎn)的，要實(shí)現(xiàn)同一減殼在卡車與客車通用，必須實(shí)現(xiàn)以下條件：

（1）減殼的上下位置均有可以收集潤(rùn)滑油的結(jié)構(gòu)，使減殼壁上潤(rùn)滑油不直接流回減速器腔體;

（2）收集的潤(rùn)滑油必須能沿兩個(gè)不同的油道直接流向主錐軸承，且兩個(gè)油道不能相通，防止收集的潤(rùn)滑油直接流回減速器腔體;

（3）減速器裝配到整車上常帶有5°左右的仰角，如下圖2所示，故減殼上兩個(gè)油道必須在上仰的情況下完成導(dǎo)油作用，不讓潤(rùn)滑油直接流回減速器腔體。

2 減殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 減殼主體設(shè)計(jì)

減殼主體采用包絡(luò)式設(shè)計(jì)，及根據(jù)主減軸系結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨形設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)間隙的前提下最大化減輕重量[2]圖3所示。

2.2 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)

減殼加強(qiáng)結(jié)構(gòu)采用外側(cè)布置放射式加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

2.3 油道設(shè)計(jì)

油道設(shè)計(jì)采用擋油板加油孔結(jié)構(gòu)，其中擋油板采用“八字”形內(nèi)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，擋油的同時(shí)與外側(cè)放射筋呼應(yīng)，可以對(duì)減殼主體進(jìn)行加強(qiáng)。油孔采用上下布置的兩個(gè)“八字”形油孔結(jié)構(gòu)，兩個(gè)油孔不相通。該結(jié)構(gòu)可形成兩路油路，保證主減匹配卡車橋或客車橋，且?guī)аb配仰角時(shí)均可實(shí)現(xiàn)主錐軸承潤(rùn)滑。回油孔居中布置，可以搭配油路1或油路2起回流作用。如下圖5所示。

下圖6所示為油道細(xì)節(jié)展示圖，及油道在減殼中的空間布置結(jié)構(gòu)，以及減殼帶仰角裝配到車上的油道展示圖，可以看出該減殼無(wú)論裝配到卡車或者客車，均能形成潤(rùn)滑油路，實(shí)現(xiàn)主錐軸承潤(rùn)滑。

3 有限元分析

在有限元軟件中對(duì)減殼劃分網(wǎng)格，利用軸系計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加載、約束對(duì)減殼進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，并將計(jì)算所得剛度矩陣代入軸系計(jì)算模型，計(jì)算錐齒輪錯(cuò)位量分析減殼支撐剛性[3]。減殼應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如下圖7所示。

該減殼許用應(yīng)力350MPa，計(jì)算所得最大應(yīng)力220MPa，該減殼有充足的強(qiáng)度且大應(yīng)力點(diǎn)在加強(qiáng)筋和擋油板處，可說(shuō)明該減殼加強(qiáng)筋及擋油板設(shè)計(jì)合理，承受了減殼上的大應(yīng)力。減殼支撐剛性計(jì)算數(shù)據(jù)，即錐齒輪錯(cuò)位量見(jiàn)表1所示，與市場(chǎng)上的競(jìng)品相比，該減殼支撐剛性更強(qiáng)，可說(shuō)明該減殼加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

4 臺(tái)架驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文所屬減殼實(shí)際支撐效果和油路設(shè)計(jì)的合理性，進(jìn)行支撐剛性試驗(yàn)和主減油溫試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)判。試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示，剛性試驗(yàn)結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果差別不大，軸承位的油溫?cái)?shù)據(jù)很低，表明該減殼的油路設(shè)計(jì)合

理，主錐軸承潤(rùn)滑充分且不會(huì)積攢多余潤(rùn)滑油，導(dǎo)致熱量堆積。

5 結(jié)論

本文論述了一種卡車、客車等多車型通用的主減速器殼設(shè)計(jì)，整體包絡(luò)式輕量化設(shè)計(jì)，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了一種多“八字”型油道結(jié)構(gòu)，卡車、客車可共用一個(gè)減殼實(shí)現(xiàn)主錐軸承的潤(rùn)滑的目的，且借用內(nèi)加強(qiáng)筋式的擋油板對(duì)減殼進(jìn)行了加強(qiáng)。從有限元計(jì)算結(jié)果和臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，可以看出該減殼設(shè)計(jì)合理，強(qiáng)度、剛性充足，形成的油路對(duì)主錐軸承的潤(rùn)滑恰到好處。該減殼已經(jīng)在產(chǎn)品上批量應(yīng)用，生產(chǎn)工藝性良好，滿足批量生產(chǎn)要求，且市場(chǎng)表現(xiàn)良好。

參考文獻(xiàn)

[1] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.4.

[2] B.克萊恩.輕量化設(shè)計(jì)：計(jì)算基礎(chǔ)與構(gòu)件結(jié)構(gòu)[M].陳力禾譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3] 丁煒琦，等.MSC Nastran與傳動(dòng)CAE分析相結(jié)合的商用車橋主減總成輕量化設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)輔助工程，2013，22（z1）：11-14.

[4] 李琪，高興超.新能源汽車減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（01）：10-11.