桥壳项目报告.

《汽车制造工艺》
三级项目报告书
载荷1.5吨桥壳结构设计及制造工艺制定
班级：12级车辆工程卓越班
组员：梁宏宇陈尔康黄业兴
指导教师：***
日期：2014年12月22日
一、汽车桥壳的功能及特征分析
（1）驱动桥壳的功用
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）桥壳的特征
桥壳是安装主减速器、差速器、半轴、轮毂和悬架的基础件，主要作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等。

同时，桥壳又是行驶系的主要组成件之一。

驱动桥壳应有足够的强度和刚度，质量小，并便于主减速器的拆装和调整。

（3）驱动桥壳的设计要求
⑴应具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力。

⑵在保证强度和刚度的前提下，尽量减轻质量以提高行驶的平顺性。

⑶结构工艺性好，成本低。

⑷拆装、调整、维修方便
⑸保护装于其上的传动系部件和防止泥水侵入。

⑹保证足够的离地间隙。

二、汽车桥壳制造方法的确定
驱动桥壳可分为整体式桥壳和分段式桥壳，分段式桥壳一般分为两段，因而易于铸造加工，但检修及拆卸很不方便。

目前较少采用分段式桥壳，使用较为广泛的是整体式桥壳。

常见的整体式桥壳制造方式有整体铸造式、钢板冲压焊接式、钢管扩张成形式以及液压涨形式等.
1.整体铸造式
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。

其缺点是弹性及韧性较冲焊桥壳差、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成本设计。

整体铸造式桥壳在现今的汽车工业市场上仍有大量的应用，世界范围内的重型车辆上仍普遍采用铸造桥壳，只是材料及结构作了一些变化，包括采用高强度ＱＴ及高牌号铸钢，结构设计更加合理等。

铸造整体桥壳通常采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。

铸造整体桥壳的主要优点在于可制成复杂面和理想的形状，壁厚可以变化，易得到理想的应力分布，其强度及刚度均较好，工作可靠，故要求负载较大的中型重型汽车，适于采用这种。

然而由于其质量大、加工面多、制造工艺复杂。

且需要相当规模的铸造设备，在铸造时质量不易控制，也容易出现废品，故仅用于载荷大的重型汽车，不适用于载重1.5吨的货车。

2.钢板冲压焊接式
钢板冲压焊接式桥壳具有质量小、制造工艺简单、材料利用率
高、抗冲击性能好以及成本低等优点，并适于大量生产。

目前非铸造桥壳中最主要的结构型式就是钢板冲压焊接式，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。

钢板冲压焊接式桥壳的优点在于工艺简单、质量小（仅为铸造整体式桥壳的７５％左右）、弹性好、韧性高、材料利用率高、成本低，却比有些铸造式车桥更安全可靠。

3.钢管扩张成形整体式
钢管扩张成形整体式桥壳是由中碳无缝钢管或钢板卷焊钢管
扩张、滚压成形制成。

将钢管中间扩孔、两端液压变细，再加焊凸缘及钢板弹簧座等，这种制造工艺的生产效率高，材料的利用率最高，桥壳质量小而强度和刚度却比较好，但需要专用扩张、液压成形轧制设备。

适用于轿车和轻、中型载货汽车的大批量生产。

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。

综合选择，为了减小汽车的簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性，在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量。

桥壳还应结构简单、制造方便以利于降低成本。

其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。

在选择桥壳的结构型式时，还应考虑汽车的类型、使用要求、制造条件、材料供应等。

对于载重1.5吨货车而言，载重较轻，后桥应采用最常用的钢板冲压焊接整体式桥壳。

三、汽车桥壳的结构设计
四、汽车桥壳的强度计算及校核
驱动桥壳应满足以下设计要求：
1.应具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常并
不使半轴产生附加弯曲应力。

2.在保证强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高行驶平顺
性。

3.保证足够的离地间隙。

4.结构工艺性好，成本低。

5.保护装于其上的传动系部件防止泥水进入。

6.拆装，调整，维修方便。

平面草图：
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=1.5t
计算简图如下：
桥壳所受载荷： N F F F k 375.188.92
105.15.23
21=⨯⨯⨯=== 钢板弹簧座之间的弯矩： m 875.52362
b s ⋅=-⨯==N B F F M 4-1 而静弯曲应力()MPa wj σ则为 v
wj W M 310=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 M v
wj ==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
最大切应力
D
d
MPa D D R F Q
79.132
d -4d 18375t max =•+==ππτ 已知16Mn 的许用切应力[τ]=98MPa
因为[]max ττ≤，故该处满足强度要求。

1挠度计算：
EI a l Fa f l 24)43(222
-= 其中：F=18.375KN
a=（1640-1070）/2=285mm
l=1640mm
E ：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
⨯=-=D I π 故： mm f l 25.22
=
校核：33105.11037.11640
25.2--⨯<⨯==B f 满足要求
五、汽车桥壳的工艺制定
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
桥壳半壳下料方式国内外通常采用的方法有三种即压力机模具落料、等离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—整形。

为此采取了如下措施
(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
六、制造工艺工序图的绘制
桥壳上体、下体、三角板装配焊接——切缺口及大圆（加强环自带缺口的情况下）——校平——校圆——装焊加强环——装焊后盖（没有加强环的情况下）——粗加工——装焊法兰盘、衬环、左右半轴套管——装焊附件——抛丸清理——检验——校直——终检
七、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
S= 275769.00
上桥壳展开图面积壳
S=277200.00
上桥壳毛坯面积坯
S=230*1580
上桥壳单个钢板面积选为板
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68.1555.310
85.78158023026=⨯⨯⨯⨯⨯元
八、组员分工
梁宏宇: 汽车桥壳的结构设计（画二维图），
画二维上桥壳工艺图以及用catia 绘制三维图， 材料利用率计算以及画上桥壳展开图，做PPT 陈尔康：桥壳的强度计算及校核，
材料成本计算，
绘制制造工艺工序图
桥壳的工艺制定
黄业兴：桥壳的功能及特征分析，
桥壳制造方法的确定，
做三级项目报告书。