汽车分动箱壳体设计与分析.pdf

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1、26技术纵横轻型汽车技术2011（4）总260汽车分动箱壳体设计与分析俞志平（上汽商用车技术中心南汽研究院）摘要本文以一个实例浅析了汽车分动箱壳体设计的基本要求，介绍了壳体的结构设计和CAD三维模型的设计思路，简述了普遍选用的材料及其特性，并通过有限元分析和台架试验验证壳体设计的合理性。关键词：壳体设计CAD有限元分析台架试验1引言3选用材料汽车分动箱作为传动系关键总成，用于分配传汽车分动箱壳体一般采用铸造铝合金，而且含动系统的转矩，以满足汽车在不同工况下对牵引力有适当数量的共晶体，以具备良好的铸造性能。常的不同要求

2、。分动箱壳体是安装分动箱各机件的基用的Al-Si系合金的共晶体具备很好的机械性能和础件，起到安装、保护传动机构和容纳润滑油的作铸造性能。如果减少Si含量时加入少量Cu，就会产用。生CuAl2强化相，可以通过淬火和自然时效使合金得到强化，其抗拉强度最高能达到280MPa。2壳体设计的基本要求材料选用的原则是有足够的强度、良好的铸造为了保证分动箱内部零件相互之间精确的相对性能，同时成本低。本例分动箱采用压力铸造铝合位置，这就要求重要表面的尺寸、几何形状和相互位金AlSi9Cu3，其抗拉强度不低于200MPa。其热物性置有

3、严格的公差要求。参数：热导率、密度、比热、运动粘度，见图1。液相线分动箱工作时，会使壳体不同部位承受弯曲和温度为585℃；固相线温度为504℃；凝固潜热为扭曲。分动器接收到经变速器传递过来的发动机扭373KJ/Kg。材料的热物特性决定铸造性能，此材料流矩时，壳体要承受扭转，所以壳体要保证一定的扭转动性好，能铸造成复杂零件，还具备良好的力学性、刚度。轴承座要有足够的刚度，以保证轴承工作可切削性和耐压性。靠。分动箱总成壳体接合面也要有足够的刚度，以防止预紧螺栓时，密封部位变形导致渗油。壳体设计要轻量化，但是受到材料强度和

4、铸造工艺允许的最小壁厚限制。壳体结构设计不合理，则会影响刚度要求。所以壳体设计有一个重要原则：在满足刚度要求的前提下，尽可能轻量化。壳体设计得越紧凑，质量越轻。但是要保证壳体内壁与链轮齿顶有5～8mm间隙，如果间隙过小，会导致润滑油液压阻力增加，引起壳体过热。(a)ALSI9CU3的热导率轻型汽车技术2011（4）总260技术纵横27面所述的零部件加上一件外衣，同时，要确保这件外衣与整车底盘环境相匹配。我们采用设计模具的思路设计此壳体。首先建凸模和凹模，和一个侧模，见图2、图3和图4；然后以这三个模具模型用布尔运算生

5、成一个壳体毛坯数模；最后去除机加工余量，生成一个壳体成品数模，见图5。此铸件能保证生产时操作简单，适用于大批量生产。(b)ALSI9CU3的密度根据此材料特性，壳体壁厚可设计成3.5mm，轴承座壁厚需取6mm，最大不超过8mm,密封面粗糙度的算术平均值最大3.2μm，加工余量取1.5mm，拔模角一般取1.5°,主内腔的拔模角取6.5°。(c)ALSI9CU3的比热图5实体模型5有限元分析根据分动箱的受力情况，在分动箱悬挂螺纹孔处施加位移边界条件，则分动箱所受外力为其自身(d)ALSI9CU3的运动粘度质量和由变速箱I

6、档牵引所引起的作用力。分动箱图1AlSi9Cu3热物性参数在工作过程中，壳体受力是通过球轴承与壳体相互接触传递的，因此分析壳体受力情况时，先要分析4壳体的结构设计及模型建立轴承的受力情况。轴承与轴装在一起，通过计算分目前，普遍使用三维设计软件工具，这就大大降动箱内链轮链条之间的作用力，可以得到轴和轴承低了设计工作量。首先，设计好产品内部的零件，包的反力。括齿轮类、轴类、轴承、油封和换档机构等。然后，设链轮与链条啮合工作相当于一个直齿圆柱外计壳体将这些零件包起来。简单地说，壳体就是给前齿轮与一个直齿内齿条啮合工作。根据

7、各轴传递的扭矩,可以计算啮合齿轮间的切向作用力Ft；然后由切向作用力和啮合角计算出齿间法向作用力Fn，由此得到传动轴受力，并可以计算支撑反力得到轴承对分动箱壳体的作用力。计算公式为:图2内模图3外模图4侧模Ft=2*T1/d1,Fn=Ft/cosα28技术纵横轻型汽车技术2011（4）总260式中T1———链轮传递的扭矩经CAE分析，图7所示的轴承座红色区域是最d1———链轮节圆直径，这里取106mm薄弱的，其应力值最大，达到129MPa，但是安全系α———链轮啮合角,这里取31.5°数达到2.0,满足最低设计要求。

8、图8所示的红色区根据车轮地面附着力推算出分动箱最大前输出域是变形最严重区域，变形量为0.18mm，但是未超896牛·米，此扭矩也就是分动箱链轮传递的最大扭过设计要求的0.2mm。可以判断此壳体强度和刚度矩T1。根据前面公式推算出作用力为16966N，再根合格。据轴承位置算出各个轴承承载力（表1）。四个轴承6台架试验分析布置见图6。表1分动箱轴承