關于分動箱殼體設計及測試結果

張國超

摘 要：汽車分動箱主要被用于分配傳動系統的轉矩，主要作用在于可以讓汽車在各種行駛狀況下都能夠滿足牽引力的各種需求。與此同時，在分動箱外殼是分動箱相關部件進行安裝的一個必要部件，其關鍵作用是可以對傳動機構進行保護，同時容納潤滑油。本次研究將主要對汽車分動箱的選材、設計進行分析，通過三維模型來判斷分動箱殼體設計是否具有合理性。

關鍵詞：分動箱;殼體設計

分動箱從理論上而言，即指的是一種汽車裝置，其關鍵作用是能夠將發動機動力進行分配，能夠將汽車動力輸出至后軸或者是前后軸。由此可以得出一個結論，分動箱從本質上來說就是汽車上的一個配件。近幾年，伴隨著汽車技術的不斷發展，分動箱也逐漸風格多樣化，不管是基本原理，還是本身功能都是存在一定差異性的。在汽車底盤部件中，分動箱殼體是不可或缺的一部分，不論是殼體設計，亦或者是加工工藝都有著重要意義。

1 材料的選擇

汽車分動箱殼體在設計過程中需要考慮一下幾點，首先是殼體的扭轉剛度，由于分動箱在工作期間，會導致外殼受到不同程度的彎曲，因此必須要擁有良好的扭轉剛度;其次是要設計要盡量輕便，不過要基于保證鑄造效果的前提。最后是殼體設計要盡量緊湊，能夠讓質量更加輕量。汽車分動箱屬于傳動關鍵總成，其分動箱外殼則主要作用在于保護傳動機構，因此在殼體材料的選擇上，普遍會以鋁合金為主，另外擁有一定數量的共晶體，有著極好的鑄造功能，如AI-Si系合金共晶體。此外，若在鋁合金材料適量加入Cu，則能夠出現CuAl2強化相，經過淬火讓合金的抗拉強度增加，最高值可以達到260MPa。分動箱殼體在材料的選擇上需要遵循以下幾個原則，如強度、鑄造性能，當然，在基于前兩者的條件下還可以適當追求性價比，以此控制成本。本次設計分動箱基本情況如下。材料選用DIN標準GBD-AlSi9Cu3壓力鑄造鋁合金，抗拉強度大于220MPa。熱物性參數如表1所見。鋁合材料的熱物特性直接決定了后續的鑄造結果，兩者相互影響，本次選用的材料擁有較好的流動性、力學性、耐壓性等。

2 結構設計

近幾年，隨著信息技術的快速發展，在汽車分動箱的殼體設計工程中，大多均采用三維設計工具進行設計，很大程度提高了設計質量，縮短了設計時間。設計殼體內部零件是第一步，隨后才是殼體的設計步驟，通俗來說，殼體也可以被理解為內部零件的一件包裹層，和汽車底盤周邊環境相符合，是設計分動箱殼體的一個關鍵步驟。首先是建立三個模型，分別為凸模、凹模、側模，根據模型生成一個簡單的殼體形態，在經過加工，生成殼體。按照所選擇的材料，將分動箱外殼厚度設計為4毫米，拔模斜度1.5°，密封面加工余量按0.6mm保留，其他加工面按0.5mm保留。

3 應力及變形

一般來說，汽車分動箱在運作期間，其外殼所承受的外力是通過球軸承和殼體相互傳遞的，二者相互影響，由此可以得出結論，在分析分動箱殼體的受力情況前，應該首先掌握軸承受力。軸和軸承相近，若想計算出軸承和軸的反力，可以先計算分動箱內鏈輪鏈條相互間的作用力。齒形鏈在分動箱中廣泛應用，鏈輪齒輪為漸開線直齒輪，鏈輪和鏈條相互嚙合，鏈輪是能與鏈條相嚙合的輪形零件，而鏈輪的主要參數之一是弦節距。按照軸傳遞的實際扭矩能夠準確的計算出Ft（嚙合和齒輪的切向作用力），隨后根據Ft與嚙合角得出Fn（齒間法向作用力），最后計算出汽車傳動軸的受力。按照汽車輪在地面的附著力計算出分動箱最大輸出，該扭矩結果便是分動箱鏈輪傳遞扭矩值。經過三維軟件分析，軸承座最薄弱的應力值為121MPa，最嚴重變形部位未大于設計標準，總體而言，本次實驗分動箱殼體的應力及變形測試均符合設計標準。

4 判定合格指標

分動箱殼體剛度靜扭小于0.2mm、溫度小于150℃、動力耐久性能優良、傳動件磨損無異常等。

5 測試結果

實驗操作，在殼體結合面最大偏差反作用位置上，選取三點，在實驗前，在加載力矩到分動箱力矩容量設計相關值，力矩設置為0，分動器設置為3100N·m，基于該種條件下進行殼體接合面偏差量計算。結果表示，偏差量為0.05mm，在合理范圍之內，這也充分表明了結合面剛度良好。

殼體潤滑劑及溫度的實驗操作，準備潤滑試驗臺，轉速設置為4000rpm，通過模擬汽車駕駛惡劣狀態，前后左右每個方向均維持60秒，結果顯示并未出現潤滑油滲漏的情況，由此可以得出結論，在殼體通氣部位設計良好且科學合理。另外在溫度的測試中，當讓分動箱工作120分鐘后，溫度依然未大于標準值，可見分動箱外殼設計散熱性能較好。

6 總結

綜上所述，汽車殼體的設計要求以及材料的選擇對于汽車殼體設計有著極大的借鑒作用。本文通過三維軟件分析，發現了設計中的缺陷，隨后通過改良，最后均達到符合設計要求的機動箱殼體。

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