某汽车后桥主减速器壳体强度及密封性分析

陈 利，陈 艳，刘 松

（合肥美桥汽车传动及底盘系统有限公司，安徽合肥230000）

某汽车后桥主减速器壳体强度及密封性分析

陈 利，陈 艳，刘 松

（合肥美桥汽车传动及底盘系统有限公司，安徽合肥230000）

利用有限元分析软件(Sim lab、Hyperview),在产品设计阶段对主减速壳体和桥壳装配面的密封性能做研究分析，为避免该装配密封面出现漏油问题提供一定的设计指导。

有限元分析；主减速器壳体；密封性；改进

1 汽车驱动后桥工作原理介绍

汽车驱动后桥主要包括主减速器、差速器和半轴等零部件，通过钢板弹簧座承受汽车后轴的负荷，同时还起到驱动车轮、减速增扭和差速作用。其工作原理是：发动机输出动力到变速箱，在变速箱变速后由传动轴传到驱动后桥，通过后桥主减速器中准双曲面齿轮使转速降低，扭矩增大，然后扭矩由半轴传递到车轮，实现车辆前进或后退。

2 驱动后桥主减速器结构及密封方式

在开发某驱动后桥中，主减总成结构如图1所示，主减总成壳体与桥壳本体下止口接触（如图1标示处所示），增加辅助支撑，以此增强减速器壳体的强度及传动系统刚性；在驱动桥总成中螺旋锥齿轮润滑一般采用重负荷车辆齿轮油，根据齿轮油粘度等特性，需在减速器壳体与桥壳本体装配面进行涂密封胶处理并用螺纹进行连接，防止齿轮油泄露而导致零件润滑不良问题。本次有限元分析目标是对主减速器壳体优化并提升系统密封性能。

图1 驱动后桥主减速器结构图

3 建立有限元分析模型

3.1 实体模型网格划分及赋予材料属性

模型是基于UG软件建立实体模型，主要包括主减速器壳体、圆锥滚子轴承、加强环、螺栓、后桥壳本体和轴承盖等零部件。将模型导入有限元分析软件Simlab中划分一阶四面体网格，单元类型为Tet4，尺寸选取为3 mm；然后检查网格质量，要求Tet Collapse＞0.12，Interior Angel＞10，在保护关键模型面网格后再自动清理不合格网格。该模型总共包括928 495个单元和477 452个节点。模型中主要零部件材料属性参见表1.

表1 主要零部件材料属性

3.2 施加载荷

主减速器总成装配中需要对成对使用的圆锥滚子轴承施加预紧力载荷，保证传动系统具有一定的刚性，减少单个轴承受力的情况。根据轴承供应商推荐，主齿轴承预紧力为4 500 N，差速器轴承预紧力为5 000 N.

驱动后桥依靠齿轮副向轮端传递扭矩，主动齿轮最大输入扭矩T=3 893 N·m，齿轮共受三个方向的力，切向力、径向力和轴向力[1]。

上式中，fr、fa为齿轮设计参数。

3.3 设置边界条件

在主动齿轮杆末端花键处建立RBE单元并且施加全约束；桥壳两端轮胎中心处施加约束，一端约束自由度1 234，另一端约束自由度234.

4 分析结果

利用Hyperview软件显示主减速器壳体应力分析结果如图2所示，差速器轴承座底部、支撑筋底部和导向轴承座三处应力超出材料QT450-10屈服极限，这样壳体在车辆行驶中易断裂或者传动系统因刚性不足提前失效。减速器壳体密封面法向变形尺寸如图3所示，即主减速器壳体接触环面相对加强环面开口较大，超出密封胶使用极限范围0.05mm，存在漏油风险。

图2 主减速器壳体应力云图

图3 密封面法向变形云图

5 结构改进及分析结果

5.1 结构改进

根据分析结果，对主减速器壳体超出屈服应力处进行修改：一是增加加强筋，提升强度；二是增大圆角，并且圆滑过渡，减少应力集中。针对主减速器壳体密封面法向位移较大问题，加厚壳体环面至12mm，且增加凸台高度9mm，模型更改前后对比如图4所示。

图4 主减速器壳体模型结构改进

5.2 改进后分析结果

模型更改后重新进行分析，主减速器壳体及密封结果如图5、图6所示。

图5 改进后主减速器壳体应力云图

U463.5

A

1672-545X（2017）04-0018-02

2017-01-12

陈利（1984－），男，安徽淮北人，本科，助理工程师，研究方向：汽车零部件设计。