重型载重车用铸造桥壳质量改进

庞晟　张壮　杨博华

摘 要：由于重型载重车承载力大且使用工况恶劣，导致铸造桥壳在大面螺纹孔处、垫压板旁出现开裂和连接板滑扣等故障模式，严重影响客户正常使用，同时使售后维修及索赔成本增大;文章针对铸造桥壳在使用过程中的失效模式，对原有结构进行质量改进，在原有技术及结构之上进行了优化设计，从而大大降低了铸造桥壳的故障率，最大程度的提高了桥壳的使用寿命。

关键词：重型载重车;铸造桥壳;质量改进

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）11-231-03

Abstract： Because the bearing and working conditions of heavy truck are terrible， the cast axle housing has some failure modes such as cracking at the threaded hole on the large surface and beside the cushion plate and sliding buckle of the connecting plate， which seriously affects the normal use of customers and increases the cost of after-sales maintenance and claim. In this paper， the quality of the original structure is improved according to the failure mode of the cast axle housing during use， and the original technology and structure are optimized， thus greatly reducing the failure rate of the cast axle housing and prolonging the service life of the axle housing to the greatest extent.

Keywords： Heavy truck; Cast axle housing; Quality improvement

CLC NO.： U466  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）11-231-03

前言

随着我国经济快速增长，我国重型载重车行业也得到大力发展，在工程建设中发挥着不可替代的作用。但由于重型载重车承载大、道路工况恶劣（多为工地和土坑），在使用过程中承载系统的一些重要零件结构强度很难达到使用需求。铸造桥壳在整车上起承载作用，桥壳开裂、滑扣等失效模式造成车辆不能正常行驶，维修更换复杂，维修成本高，且车辆在正常行驶中发生断裂，易偏离原有行驶轨道，存在严重安全风险，桥壳故障次数的增加会造成后市场不良影响，引起终端客户抱怨。

目前重型载重车用铸造桥壳主要由于承载大和工况恶劣而导致大面螺纹孔处、垫压板旁出现开裂和连接板滑扣，如图1、图2和图3所示。

铸造桥壳故障率统计如图4所示，铸造桥壳售后平均故障率为0.165%，相对较高。

根据铸造桥壳故障率统计可知：铸造桥壳开裂和滑扣问题数量呈明显波动上升趋势，其中大面开裂占比45.3%，垫压板旁断裂占比9.4%，连接板螺纹滑扣占比11.3%。

1 铸造桥壳改进方案

根据铸造桥壳失效模式进行分析可知：大面开裂原因为截面强度不足;垫压板旁断裂原因为截面突变，局部承受较大交变载荷;连接板滑扣原因为螺栓孔处结构强度和刚度不足。

对原始铸造桥壳进行结构优化，具体改进方案如图5所示，从而提高铸造桥壳整体强度和刚度，降低售后故障率。

2 有限元分析

2.1 有限元模型

以改进结构铸造桥壳为例，有限元模型如图6所示，采用四面体单元划分实体网格。

采用车辆前进坐标系，x轴指向车辆前进方向，y轴指向前进方向的左侧，z轴竖直向上。采用mm， s， t有限元常用单位制。

2.2 材料参数

改进结构铸造桥壳材料基本性能参数[2]如表1所示。

2.3 约束和载荷

使用该桥壳的驱动桥的额定轴荷为16t，垂向最大载荷考虑为额定轴荷的2.5倍;该驱动桥的额定输出扭矩为50000 N.m，额定制动力矩为36000N.m。

分析时，考虑垂向、驱动、制动三种设计工况[1][2][3]。

模型中，考虑螺栓预紧来模拟各部件之间的连接关系;利用RBE2、RBE3等单元，在模型上定义约束、施加载荷[4]，加载后有限元模型如图7所示。

提交有限元求解器，进行非线性静力学计算，可得到各个工况下的应力分布。

2.4 仿真结果与分析

垂向工况下，铸造桥壳原始结构和改进结构应力分布云图如图8所示。

驱动工况下，铸造桥壳原始结构和改进结构应力分布云图如图9所示。

制动工况下，铸造桥壳原始结构和改进结构应力分布云图如图10所示。

对各个工况下铸造桥壳原始结构和改進结构应力分布和变形进行对比分析，如表2所示。

综上所述，铸造桥壳改进结构与原始结构相比，在垂向工况下，桥包处应力值降低11.9%，大面处应力值降低14.3%，驱动工况与制动工况下应力相当，改进结构与现有结果刚性相当。

3 结论

本文针对重型载重车用铸造桥壳原始结构的失效模式及有限元分析结果，对其进行优化设计，垂向工况下，桥壳关注区域应力值降低10%以上，现已装车验证，售后故障率预期可降低35%，每年可节约售后损失用约75万元，从而减少客户抱怨，提升产品竞争力。

参考文献

[1] 竺延年.最新车桥设计、制造、质量检测及国内外标准实用手册.北京：中国知识出版社，2005.

[2] 刘维信.汽车车桥设计.北京：清华大学出版社，2004.1.

[3] 赖姆佩尔.悬架元件及底盘力学.吉林：吉林科学技术出版社，1991.

[4] 丁炜琦等.基于拓扑优化的某重型车桥桥壳轻量化设计[J].汽车实用技术，2011（Z2）.