微卡驅動橋橋殼的設計研究

中圖分類號：U463.218 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）06-0103-03

Research on the Designof the Axle Shell of Micro Truck Drive Axle

Jiang Shuna，Zhang Junjia

（Shangqiu Institute of Technology，School of Mechanical Engineering，Shangqiu 476Ooo，China）

【Abstract】This paper conducts a systematic study on thedesign and strength verification of theaxle housing of micro-truck drive axles.Through theoretical calculation and mechanicalanalysis，the stress distributionand load-bearing capacityof theaxlehousing under static load，dynamic impact，maximum traction force，emergency braking and lateral forcear comprehensively evaluated.The steel plate stamping and welding process was adopted，combined with the section optimization（circular pipe with an outer diameter of 8Omm and an inner diameter of 60mm ），to calculate the staticbending stress（82.16MPa）and dynamiccombined stress（maximum179.29MPa）of thebridge housing at the dangeroussection，andverify that itmees theallowable stress standard（bending stress≤5ooMPa）.Torsional stress≤ 300MPa.The study quantifies the bending moment，torque and combined stress under diferent working conditions by introducing thedynamic loadcoeffcient（2.5）andthemasstransfercoeficient（1.2/0.85）.Theresultsshow thatthis designachievesabalancebetweenlightweight（improvedmaterialutilizationrate）and high strength，meetsthe requirementsof processability，economyand safety，and provides theoreticalsupport forthe engineering designof micro truck drive axle shell.

【Key words】 drive axle shell； strength calculation；steel plate stamping and welding；dynamic load

0 引言

汽車的質量主要依賴于驅動橋殼的核心作用。非斷開式驅動橋的外殼不只是為了支撐汽車的質量，它還承擔著將這些質量傳遞給車輪的任務，為車輪施加路面上的反力矩和反作用力，隨后這些力通過懸掛系統傳遞至車身1]。

對于驅動橋殼的設計，應滿足以下標準。

1）為了保障主減速器內齒輪的正常嚙合以及防正半軸產生額外彎曲應力，在操作過程中必須確保足夠的強度和剛度。

2）在不損害車輛的強度和剛性的基礎上，致力于減輕其質量，以提高駕駛體驗的流暢性。

3）確保有充足的車身與地面之間的空隙。4）該結構具有良好的工藝性和較低的成本。5）確保傳動系統部件的安全，并避免泥水的滲透。6）易于拆卸、調整和保養。

1橋殼的受力分析及強度計算

為了使結構更加緊湊，整體質量更輕，因此采用了鋼板沖壓焊接的工藝。在明確了橋殼的結構設計后，對其進行深入的力學分析，確定其斷面尺寸，并據此進行相應的強度計算。

1.1橋殼的靜彎曲應力計算

在進行橋殼的靜態載荷計算時，需考慮到兩塊

鋼板之間彈簧座受到的彎曲力矩：

式中： G₂ ——作用在彈簧座上的總垂直載荷，N;（204號 g_w ——車輪總重力，N； B ——驅動車輪輪距， 1.65m ：—兩個鋼板彈簧座之間的中心距離， 1.1m 。代人數據，得：

而靜彎曲應力 σ_wj 則為：

式中： W_i ——橋殼在危險斷面位置（靠近鋼板彈簧座）的縱向彎曲截面系數的詳細數值。

對于大型汽車車橋而言，由于采用了許多先進技術，使設計變得更加安全、經濟、合理。整體式橋殼是利用鋼板沖壓焊接技術制造的，在彈簧座附近的區域，其截面通常呈現為圓形管道的端部，截面形狀及截面系數如表1所示，外徑 D 、內徑 d 分別為 80mm 、 60mm 。

垂向及水平彎曲截面系數：

所以， σ_wj=82.16MPa 0

1.2在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強度計算

隨著車輛載重的增加和路面品質的提升，車橋的結構設計變得越來越復雜。當車輛通過橋時，其荷載主要來自車輪對鋼軌的壓力。在這種情境下，橋殼在受到動態載荷影響時，其彎曲應力表現為：

σ_wd=k_dσ_wj

式中： σ_wj ——橋殼在靜態載荷下的彎曲應力，82.16MPa； k_d ——對于載貨汽車，動態載荷系數設定為2.5。

所以， σ_wd=205.39MPa 。

1.3汽車以最大牽引力行駛時的橋殼的強度計算

為了提高承載能力，在滿足強度要求條件下還應盡可能減小質量，因此對該橋殼進行優化分析和研究。在進行計算時，側向力并未被納人考慮。圖1展示了汽車在最大牽引力作用下橋殼所受的力。由于車輛處于高速旋轉狀態，且前后兩個驅動輪之間又存在一個由彈簧懸掛的平衡軸，所以車橋是同時產生相對位移的。此刻，左右驅動車輪上存在兩個方向的反作用力，即切向和垂向。這種力是由于車輛轉彎和制動而產生的橫向作用力。左右兩側的驅動車輪所經受的最大切向反作用力是一致的[2]。

左右兩側的驅動車輪所經受的最大切向反作用力為：

經計算， P_max=19719.28N 。

如圖1所示，在兩塊金屬板的彈簧支撐之間，背部傳動橋殼所承受的豎直彎曲力矩為：

式中： m₂ 在汽車加速過程中，其質量轉移系數本次設定為1.2。

在行駛過程中，常規的圓錐齒輪差速器作為驅動橋可能會受到車輪產生的最大切向反作用力的影響，這可能導致橋殼在水平方向上承受彎矩。在汽車以最大牽引力行駛下，橋殼需要能夠有效地承受水平方向的彎曲力，對于驅動橋的穩定運作尤為關鍵。橋殼在兩個彈簧之間所承受的水平彎矩為：

由于驅動軸轉速較高，因而會產生很大的扭矩，使支承于其上的兩板彈簧也會受到較大沖擊和振動。此刻，橋殼位于兩個板簧座的中間，所承受的扭矩是：

由于車橋懸臂段鋼板彈簧座附近斷面形狀或具有圓形特征，因此所述斷面之綜合彎矩可據之確定：

該危險斷面處的合成應力 σ_σΣ 為：

1.4汽車緊急制動時的橋殼強度計算

當進行緊急制動時，汽車橋殼在兩個鋼板彈簧座之間所受到的垂直和水平方向上的彎矩有所不同。

垂直方向：

水平方向：

式中： m ——質量轉移系數，0.85； ? —驅動車輪與路面的附著系數， 0.85 經計算， M_v=2399.56N?m M_h=2039.63N?m 。

在兩個鋼板彈簧的外部區域，橋殼也同時承載了由制動力產生的扭矩：

求得：

彎曲應力：

扭轉切應力：

橋殼的許用彎曲應力 σ_w 最大值范圍是 300～ 500MPa ，而充許的扭轉應力 τ 則是 150～400MPa ，鍛鑄鐵橋殼時取最小值，鋼板沖壓焊接橋殼時取最大值，因此其設計符合標準。

1.5汽車受最大側向力時橋殼的強度計算

當汽車滿載且在高速急轉彎時會產生一種強烈的離心力，這種離心力作用在汽車的質心位置。由于汽車是靠車輪和路面間相對運動來獲得牽引力，所以如果車身與地面之間有較大的間隙，就容易發生側傾現象，從而造成事故。汽車可能會因為各種各樣的因素而受到側向力的影響。如果行駛速度過快或路面狀況不良，都會使車輛失去穩定性3。

彎曲應力：

取值 ，輪胎與地面的側向附著

系數 φ₁=1 ，則扭轉切應力：

地面給車輪的側向反作用力：

Y_2R=Z_2R?φ₁=20842.1N

驅動車輪的支承反力：

在載貨汽車的設計中，常取值 則合成應力：

由于該橋殼設計為鋼板沖壓焊接，故半軸套管位置的應力不應超出 490MPa ，同時對于橋殼的許用彎曲應力、許用扭轉切應力分別為 500MPa 、 300MPa 因此設計是符合規定的。

2結論

本文對微卡驅動橋殼采用不同的工況通過力學分析及參數計算，系統檢驗了微卡驅動橋殼的結構強度和可靠性，經過靜態載荷、不平路面沖擊、最大牽引工況運行、制動、側翻工況下的綜合工況，橋殼的合成應力均未超限（彎曲應力不超過 500MPa ，扭轉應力不超過 300MPa ，表明鋼板沖壓焊接方法和截面優化設計方法是合適的。載荷系數的引入及合成彎矩的求取，為復雜工況受力分析提供了正確方法，經過減重的橋殼不但自身輕量化，其承載能力和疲勞壽命也能夠滿足工藝及成本要求。本文為橋殼的通用化設計及工藝優化提供一些參考意見和借鑒，后期還可以結合拓撲優化設計及多材料復合等手段提高橋殼性能適應性及滿足性。

注：本文為工學院2023年度校級科研項目（2023KYXM19）的研究成果。

參考文獻

[1]袁帥帥.電動汽車驅動橋殼的結構分析和輕量化研究[D].淮南：安徽理工大學，2021.

[2]曲賡泰.重卡驅動橋殼柔性生產線研究[D].濟南：山東大學，2020.

[3]岳峰麗，孫小婷，陳大勇，等.驅動橋殼一體化結構和制造技術研究現狀及發展趨勢（上）[J].鍛造與沖壓，2023（2）：48-50.

（編輯楊凱麟）