汽车桥壳的结构设计及制造工艺制定

《汽车制造工艺》课程三级项目6.5t汽车桥壳的结构设计及制造工艺制定2016年11月6日目录一、汽车桥壳的功能及特征分析 (3)1.汽车桥壳的主要功能 (3)2.汽车桥壳的种类及特征 (3)二、汽车桥壳冲压焊接制造方法简述 (5)三、汽车桥壳冲压焊接工艺设计 (6)四、汽车桥壳冲压焊接工艺工序图的绘制 (9)五、材料利用率计算及成本预测 (10)1.材料利用率计算 (10)2.成本预测 (10)六、汽车桥壳的强度计算及校核 (10)七、汽车桥壳的结构设计 (13)八、项目心得体会 (14)九、参考资料 (15)一、汽车桥壳的功能及特征分析1.汽车桥壳的主要功能1、和从动桥一起承受汽车质量2、使左、右驱动车轮的轴向相对位置固定3、汽车行驶时，其作为行驶系的组成部分时功用主要是安装悬架或轮毂，支撑汽车悬架以上各部分重量，承受驱动轮传来的反力和力矩，并在驱动轮与悬架之间传力2.汽车桥壳的种类及特征1、铸造式桥壳整体铸造式桥壳是汽车发展史上最早采用的结构，整体铸造桥壳优缺点都较为明显。

整体铸造式桥壳可采用可锻铸铁、球墨铸铁以及铸钢铸造，为进一步提高整体铸造式桥壳的刚度和强度，还可以在整体铸造式桥壳两端压入较长的无缝钢管作为半轴套管，并用销钉固定。

整体铸造式桥壳的主要优点在于刚性好、塑性变形小、强度高、易铸成等强度梁，可根据各截面不同的强度要求设计铸造不一样的壁厚。

其缺点是弹性及韧变较冲焊桥壳差、铸造质量不易保证，且整体质量大、成本较高，不适合整车进行轻量化及降低成本设计。

2、冲压焊接式钢板冲压焊接式整体桥壳主要组成部分包括上下对焊的一对桥壳主件、两个突缘、四块三角钢板、两个半轴套管、加强圈、一个后盖以及两个钢板弹簧座，整体沿其间接缝组焊而成。

桥壳主件是由钢板冲压而成的上下两半桥壳，具体焊接方法可将桥壳主件（上、下半壳）与半轴套管间对焊，也可以将上、下桥壳主件两侧的半圆形端部与半轴套管内端的外圆对其贴紧，沿接缝焊一圈，伴以塞焊。

目前非铸造桥壳中最主要的结构形式就是钢板冲压焊接形式，近年来不仅在客车、轿车、轻型载货汽车以及中型载货汽车上得到了广泛的应用，而且有些吨位更大的汽车也开始采用此种工艺的桥壳。

钢板冲压焊接件的优点在于工艺简单、质量小、有弹性、韧性高、材料利用率高等优点。

3、扩张成型式钢管扩张成型式桥壳在选材上有较高限制，一般均要求钢管具有较高的强度，并且含碳量较高，钢管扩张成型式的制造工艺生产效率很高，材料利用率较高，桥壳重量轻，焊接工作量少，而且生产的桥壳刚度和强度均较好。

4.液压涨形式汽车桥壳液压胀形工艺方法是一种可代替冲压焊接方法的先进技术，这种方法节约能源和材料，而且制造的整体桥壳强度高、质量好、成本低。

液压涨形式工艺是指首先选择适当尺寸的管坯，先将其两端部分缩径至零件图要求，再将中间部分进行轴向压缩液压胀形至最终尺寸。

二、汽车桥壳冲压焊接制造方法简述本次课程设计的桥壳为整体式桥壳。

整体式桥壳是桥壳与主减速器壳分开制造，二者用螺栓连接在一起。

它的结构优点是在检查主减速器和差速器的技术状况或拆装时，不用把整个驱动桥从车上拆下来，因而维修比较方便，普遍用于各类汽车。

整体式桥壳的特点是整个桥壳是一根空心梁，桥壳和主减速器壳为两体。

它具有强度和刚度较大，主减速器拆装、调整方便等优点。

按制造工艺不同，整体式桥壳可分为铸造式、钢板冲压焊接式和扩张成形式三种。

铸造式桥壳的强度和刚度较大，但质量大，加工面多，制造工艺复杂，主要用于中、重型货车上。

钢板冲压焊接式和扩张成形式桥壳质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，广泛应用于轿车和中、小型货车及部分重型货车上。

汽车驱动桥壳可分为整体式和分段式两类。

分段式桥壳是桥壳与主减速器壳铸成一体，且一般分为两段由螺栓连成一体。

这种桥壳易于铸造，但维护主减速器和差速器时必须把整个桥拆下来，否则无法拆检主减速器和差速器，现已很少使用。

本桥壳要应用于载重6.5吨的货车，综合考虑各个设计条件以及各种工艺的优缺点，选用钢板冲压焊接成型式进行此驱动桥壳的制造。

三、汽车桥壳冲压焊接工艺设计工艺方案的制定是冲压生产中非常重要的一项工作对于产品质量、劳动生产率、制件成本、减轻劳动强度和保证安全生产都有重要影响。

根据前面的工作以产品图样、现有生产条件为出发点采用国内外先进技术通过对各种加工方案的分析和比较结合企业的实际生产能力制定了以下工艺方案。

工艺流程：下料——去除毛刺——加热——毛坯上料——热压成形——整形——取件——风冷——裁边——抛丸除锈。

下料子切割及数控火焰切割机切割。

等离子切割下料技术是火焰切割工艺中一项很先进的工艺技术相比普通火焰切割其特点是程序控制下料毛坯精度高无变形设备投资较大使用成本较高通常适用于批量较大品种较多桥壳半壳毛坯板厚在12mm以下的轻型冲焊驱动桥壳的生产。

我们的毛皮板厚为10mm，所以选用等离子切割下料技术。

去除毛刺冲焊驱动桥壳半壳毛坯经数控火焰切割机设备下料后毛坯板料端面表面留有毛刺高度尺寸约为5-10mm不等。

首先毛刺的形成将会给毛坯加热带来不利的影响严重的将会导致毛坯加热时送料不畅损坏加热炉腔甚至将会因为应力集中点过多导致毛坯在加热过程中板料开裂而报废其次形成的毛刺还会对成形模具带来不利影响将会引起模具型腔表面严重划伤模具寿命缩短半壳成形精度严重降低而报废。

因此半壳毛坯经数控火焰切割机设备下料后必需进行去除毛刺工序。

去除毛坯板料端面表面毛刺的手段较为简单一般采用机械式风动或电动砂轮即能满足工艺及生产的需要。

加热机械手将由中频感应加热炉加热后的板料取出后快速送到油压机的模具中进行冲压成形。

成形在冲压车间工艺平面布置图设计中影响热成形整温度的几个环节有加热中频感应炉—压形—(1)加热炉毛坯进料采用推杆结构出料采用驱动滚轮。

(2)对原有液压机的部分电器、液压系统进行改造提高液压机下行空程速度、工作速度及回程速度。

抛丸采用抛丸工艺的主要作用是去除热压成形造成的内部应力提高半壳毛坯表面的光洁度是一种替代酸洗磷化的较好的工艺手段。

钢板冲压焊接整体式桥壳一般是由上下对焊的一对桥壳主件(采用钢板冲压而成)、四块三角钢板、加强圈、两个半轴套管、两个突缘、一个后盖和两个钢板弹簧座沿组件之间的接缝组焊而成。

以中厚钢板为原料，通过冲压、拉工艺，制造上下两个半壳零件。

冲压焊接桥壳在制造过程中，上下两个半壳通过焊接形成空腔件。

实际生产中由于上下两个半壳冲件在前后琵琶孔两侧，不能吻合，所以需要另加4块三角形连接。

四、汽车桥壳冲压焊接工艺工序图五、 材料利用率计算及成本预测1.材料利用率计算将桥壳主体上半部分展开，计算其面积上桥壳展开图面积壳S = 275769.00 上桥壳毛坯面积坯S =277200.00上桥壳单个钢板面积选为板S =230*1580 利用率是板坯S S =76.28%2.成本预测桥壳制造成本包括：材料成本，加工成本（冲压焊接设备采购成本、维护成本、运行成本，劳务成本）每千克16Mn 钢板的价格为3.5元，钢板密度7.85g/cm^3 桥壳本体成本68.1555.31085.78158023026=⨯⨯⨯⨯⨯六、 汽车桥壳的强度计算及校核已知条件：驱动车轮轮距B=1.640m驱动桥壳上俩钢板弹簧座中心间的距离b=1.07m 静载系数2-2.5取2.5 载荷F=6.5t 计算简图如下：桥壳所受载荷：NF F F k 625.798.92105.65.2321=⨯⨯⨯===钢板弹簧座之间的弯矩：m 875.52362bs ⋅=-⨯==N B F F M而静弯曲应力()MPa wj σ则为vwj W M310=σ (Mpa) 式中：v W —危险断面处（钢板弹簧座内侧）桥壳的垂向弯曲截面系数M —见式（4-1）其中半轴套管管径D=114mm,d=98mm因此 34354.66017D d 132mm D W V=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=π a 3255.79103MP W Mvwj ==σ经查表得16Mn 的许用弯曲应力[]a 343MP =σ 由[]σσ≤max ，可知截面处满足强度要求环形截面最大切应力：MPaD D R F Q79.132d -4d 18375tmax =∙+==ππτ已知16Mn 的许用切应力[τ]=98MPa因为[]maxττ≤，故该处满足强度要求。

挠度计算：EI a l Fa f l 24)43(222-=其中： F=18.375KNa=（1640-1070）/2=285mm l=1640mmE ：材料的弹性模量，材料为16Mn ，a MP E 5102⨯= I:材料横截面积对弯曲中性轴的惯性矩()4644mm 10763.3d 64⨯=-=DI π故：mmf l 25.22=校核：33105.11037.1164025.2--⨯<⨯==B f满足要求七、 汽车桥壳的结构设计冲压焊接式桥壳在使用过程中容易出现桥壳焊接处脱焊开裂问题，从桥壳的制造工艺入手，因使桥壳在在整个长度方向上过度更为圆滑保证应力分布趋于合理。

在保证强度的前提下，结构应尽量简单，制造、维修、保养方便。

图1.桥壳结构简图如上图所示，该结构为整体冲压焊接桥壳的上下桥壳主件组焊成一定长度的中段，为满足桥壳总长要求采用俩件无缝钢管作为半轴套管组成。

因为所承载重力较重需要三角加强板增加强度与刚度。

此类结构称为三段式焊接冲压整体式桥壳。

八、项目心得体会在这次桥壳设计过程中我们查阅了很多资料，最终完成了我们七吨载货汽车驱动桥壳的制造，桥壳是汽车中很重要的零件。

我们在设计过程中查阅了很多的资料，对于汽车桥壳的总体作用，内部结构，各部件的功能等都有了系统的了解，对于我们今后的学习帮助很大。

学习知识的主要目的还是在于应用，虽然我们学习了很多的理论知识，但是真正的应用到实践中去却是比较困难的，在这个项目的设计中，我们学会了如何去寻找资料，如何的把课本知识和实践结合起来，收获很大。

老师指导，小组配合，互相探讨，通力合作，这个汽车桥壳的设计过程锻炼了我们的耐心，增加了我们对于汽车桥壳的了解。

虽然总体过程较为繁琐，出现过各种各样的问题，但是我们最终还是克服了所有困难，完成了项目的制作，内心充满了成就感。

九、参考资料刘惟新主编．汽车车桥设计．北京：清华大学出版社，2003宋拥政主编．汽车冲压件制造技术．北京：机械工业出版社，2013陈家瑞主编．汽车构造．吉林：机械工业出版社，2009十、小组分工及评分。