后驅橋殼初步選型設計方法

方華，蘭龍，麥承賢，任良順

后驅橋殼初步選型設計方法

方華，蘭龍，麥承賢，任良順

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

橋殼是汽車驅動后橋主要零部件之一，承受后軸軸荷并支撐驅動部件（主減及半軸總成）。在汽車行駛過程中，除承受軸荷外，同時承受車輛加速和減速產生的驅動和制動反作用扭矩；遇到不平路面時承受過坑沖擊載荷，考慮到部分客戶會超載，需預留合理的安全系數。文章總結歸納了橋殼設計選型思路，并明確每一步計算方法和綜合評價指標，為設計出性價比高和可靠性合理的橋殼提供方法依據。

橋殼；規格選型；方法依據

前言

汽車后橋是非獨立懸架后驅車型關鍵部件，其子零件橋殼是承載傳力中樞：（1）承受上車體重量引起的軸荷及其過坑沖擊載荷；（2）傳遞動力加速或制動減速產生的扭矩。為設計出性價比高、可靠性合理的橋殼，需要根據橋殼承載工況綜合評估設計。

1 橋殼受力工況和結構參數

1.1 受力工況

汽車行駛可分為4個典型工況[1]：（1）在不平路面行駛過程中承受沖擊彎曲動載荷，（2）在最大加速驅動力作用下承受扭轉和彎曲載荷，（3）在緊急制動力作用下承受扭轉和彎曲載荷，（4）在急速拐彎工況下承受側向力及其派生側向彎矩，并與垂直彎曲載荷力矩矢量迭加。

1.2 結構參數

橋管直徑φD和壁厚t（如圖1所示）。

圖1 橋殼截面示意圖

2 設計選型思路和計算方法

2.1 選型思路

橋殼選型思路如圖2所示。

圖2 橋殼選型計算流程

橋殼設計需求參數如圖3所示。

圖3 驅動后橋參數示意圖

說明：G2——驅動車輪的軸荷；B——輪距；

L——板簧座距或五連桿下臂支架距；

rr——輪胎滾動半徑。

橋殼型式如圖4所示，根據動力配置、車型定位和平臺化需求綜合考慮選擇性價比高的橋殼結構型式。

圖4 橋殼結構型式

如某車型定位是板簧拉貨微型面包車，價廉且預期銷量大，綜合評估物料成本低是主要選項，建議采用沖壓焊接式板簧橋殼。

另一款乘用級SUV車型懸架采用五連桿半獨立懸架，要求靜音品質，銷量預期不明朗，綜合考慮靜音品質需求和減少前期模具工裝投入是主要選項，建議采用插管式五連桿橋殼。

2.2 計算方法

取值初算橋管直徑和壁厚，按公式（1）計算后按管材規格選定直徑D。

式中b是橋管材料拉伸破壞的強度。

初選直徑D后按公式（2）計算并參照管材規格選定橋管壁厚t（插管式橋殼需預留機加工切削量）。

初選橋管直徑和壁厚后，按照4個典型工況進行應力計算。

工況1：在不平路面行駛過程中承受沖擊彎曲動載荷

動載荷應力d按公式（3）計算

式中：d---動載荷系數按表1選取；

表1 動載荷系數kd

W---橋殼危險截面的抗彎截面系數

工況2：在最大加速驅動力作用下承受扭轉和彎曲載荷

橋殼應力n1按公式（5）計算：

式中：Mv1---地面對車輪垂直反力在危險截面引起的垂直平面內的彎矩，按公式（6）計算：

汽車加速行駛時質量轉移系數m2按表2選取；

表2 質量轉移系數m2

Mh1---單側車輪的牽引力水平面內引起的彎矩：

T1---汽車驅動時危險斷面所受的轉矩：

Wτ---橋殼危險斷面處（鋼板彈簧座或五連桿下臂支架附近）扭轉截面系數。

工況3：在緊急制動力作用下承受扭轉和彎曲載荷

橋殼應力n2按公式（10）計算

式中：Mv2---地面對車輪垂直反力在危險截面引起的垂直平面內的彎矩，按公式（11）計算

m'2---汽車制動時的質量轉移系數

hg---汽車的質心高度

L1---汽車質心離前軸中心的距離

φ---驅動車輪與路面的附著系數,無測量數據時，初始計算時取φ=0.8

當hg和L1未知時，載貨汽車后驅動橋m'2=0.75～0.95。

Mh2---汽車緊急制動時，橋殼在危險截面處的水平方向引起的彎矩

T2---橋殼承受制動力所引起的轉矩

工況4：在急速拐彎工況下承受側向力

橋殼應力c按公式（15）計算

φ1---驅動車輪與路面的附著系數，無測量數據時初始計算時取φ1=1。

3 評估強度是否滿足整車要求

橋殼強度安全系數ns按公式（16）計算。

σs---材料屈服強度

安全系數ns應滿足整車工況規定的橋殼安全許用要求（若沒有明確規定，推薦ns≥1.4）。

4 總結

若橋殼強度滿足安全許用要求，則橋殼管徑和壁厚主體參數確定，不滿足則優先加大管徑D、微調壁厚（盡可能從國標管材規格中選取），重新計算直到滿足安全許用要求。

橋殼管徑和壁厚確定后，開始結構詳細設計：與主減/半軸總成/制動系統的接口匹配、懸架制動支架等附件的設計。詳解設計階段需進行有限元分析，確保橋殼附件強度滿足整車工況安全許用要求。

[1] 劉惟信.汽車設計[M].北京:清華大學出版社,2001,390-402.

Preliminary Design and Type Selection Method for Rear Drive Axle Housing

Fang Hua, Lan Long, Mai Chengxian, Ren Liangshun

( SAIC-GM-Wuling Automobile Co., Ltd, Guangxi Liuzhou 545007 )

The axle housing is one of the major parts of the automobile drive axle, under rear axle load and support drive components (final-drive and half-shaft). During the automobile running, in addition to support the car body, while withst -anding the vehicle drive acceleration or brake deceleration reaction torque and uneven pavement pit impact load. Consider -ing some of our customers would overload, need to set aside a reasonable safety factor. This paper sums up the axle hous -ing size type select method and clears every step of calculation method & the comprehensive evaluation index, providing the basis of designing a high cost-effective reliability axle housing.

axle housing; size-type selection; method&basis

U463.33+5

A

1671-7988(2019)13-137-03

U463.33+5

A

1671-7988(2019)13-137-03

方華（1984-），男，底盤經理/工程師，就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司，從事底盤技術研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.046