新能源汽车变速箱壳体设计

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1.概述

变速箱壳体零件是变速箱上的一个关键零部件,它将减速器中的功能件(如：轴齿、驻车、换挡等有关零件组装成一个整体, 并保持相互之间的正确位置, 按照一定的传动关系协调地传递动力。壳体的外形需具有艺术美感，多采用弧筋，在保证整体刚度、强度的前提下，对其进行设计美感优化。

设计原则：

1.吸收工作时的作用力和力矩；

2.在各种工作状态下，保证轴和齿轮具有精确的相对位置；

3.保证良好的传热和热辐射；

4.隔离和衰减噪声；

5.装配和拆卸容易；

6.良好的刚性、强度特性，重量轻。

下面就壳体设计的几个典型部位进行探讨。

2.壳体重要结构特征的设计

a.壳体壁厚、加强筋

壳体是电驱系统重量占比最大的，壳体的设计在满足强度

的前提下应尽量轻。现在铝合金的压铸壳体一般可做到3.3～

4mm。轴承是减速器的主要受力部位，所以轴承座的壁厚需要6～8mm，其他螺栓凸台需要根据输入的螺栓规格确定壁厚。

注：壁厚分析的内容有两项: ①检查厚壁位置，以降低壳体重量，减少铸造缺陷，进而降低制造成本; ②检查薄壁位置，避免壳体强度不足。

b.拔模斜度检查

对压铸铝合金件，一般应保证出模方向的拔模斜度大于1.5°，特殊位置可以设计到0.8°～1°。拔模斜度检查的主要内容有两项: ①出模方向是否正确，②拔模斜度是否足够。

c.加强筋布置

加强筋功能是为了提高刚度和强度，降低辐射噪声；

设计原则：

加强筋的走向应沿着法向主应力的方向，这样才能加大支

撑面来减少对铸件造成危险的拉应力；支撑

d.圆角设计

由于铝合金变速器壳体毛坯大多是是压铸成型的，壳体毛坯各个面之间均应采用圆角过渡，圆角过渡不但可以保证压铸时金属溶液具有良好的流动性，还可以避免尖角过渡所引起的应力集中，同时模具的各壁上的加强筋应从轴承孔开始向四周辐射，呈星形布置，加强筋的尺寸与壁厚有关，高度等于3～4倍的壁厚；宽度等于1～2倍的壁厚。面过渡处设计为圆角，有利于模具的使用寿命。圆角的大小视具体部位而定，一般 L 型部位内圆角半径 r 与外圆角半径 R 的关系为 R=r+t，其中 t 为圆角处壳体的壁厚。

e.装配间隙检查

考虑壳体及变速器内部零件的制造误差、轴类零件的变形及润滑油流动的液压阻力等因素，一般应保证壳体内壁与变速器内部静止件间隙的公称值为3～4 mm，壳体内壁与变速器内部运动件间隙的公称值为5～8 mm。

f.润滑冷却系统布置

减速器的关键部位应设置专门的润滑和冷却油路或设计导

油结构，避免因润滑不畅，造成的润滑问题。润滑一般分为飞

溅润滑与压力油强制喷油润滑，减速器均采用飞溅润滑。采用

飞溅润滑就需要定义好储油腔、搅油轮与润滑油路，储油腔由

变速器各壳体之间形成的封闭腔构成，一般位于变速器在整车

安装姿态的下方部位的部分腔体油道的设计非常关键，既要防

止铸造缺陷又要加工工艺性好。其他的润滑主要是靠壳体内部

的导油板，合理布置导油筋，轴承座布置油槽等解决。

注：1.轴承位置的油道，需考虑轴承位的受力方向，避免因受力问题造成早期的轴承失效。

2.润滑油面的高度一般在差速器轴承孔靠下端的三分之一高度处。中间轴上的齿轮均为搅油轮。油腔的加油口最低端与油面平齐，放油口位于油腔的最低点。

液面高度

g.螺栓布置及分布

壳体接合面压力不够会导致接合面之间的密封胶不能压平，会形成一些孔隙，而且在接合面受力时壳体可能产生相对移动，造成渗油现象。其原因主要是螺栓的分布有问题和螺栓拧紧力矩不足，而螺栓分布问题又分为压力线密封线分离和螺栓跨度太大。

压力线密封线分离是指相邻2颗螺栓之间的连线与壳体接合面不重合，增加一颗螺栓后则压力线和密封线不分离。螺栓跨度太大是指2颗相邻螺栓之间的距离较大，一般设计要求其距离小于10倍螺栓直径。

注：螺栓布置时，需考虑重量对螺栓跨距的分布的影响。重心的上部分的跨距可小于下部分的跨距。

合理的螺栓布局不合理的螺栓布局

h.磁铁位置设计

磁铁的安装位置应布置在整箱最低端，位置需可靠、稳定，同时需减小或消除油液对磁铁的冲击，造成对壳体的噪声激励，同时需设计润滑通道，切勿造成对油液的堆积，造成油液的搅动损失。

i.结合面的设计

①结合面密封性——形状

为了避免拧紧螺栓时密封胶外溢，导致挤出的密封胶容易掉入变速器内部堵塞润滑油路，使变速器内部滚针轴承润滑不良而产生烧伤，影响变速器寿命。设计技巧是将壳体接合面设计成斜坡式或者圆角式。

铝铸件通常采用斜坡式，要求斜坡宽度2～3 mm，角度30°左右，平法兰宽度大于5 mm，螺栓孔周围法兰宽度大于3 mm。或采用圆角式，要求 R=4.5±0.8 mm，圆弧处理想间隙0.8 mm，法兰间直接接触宽度大于5 mm，法兰直接接触部分100%接触。

②结合面密封性——粗糙度-刀纹

壳体接合面的粗糙度值过小，也容易造成变速器的渗油。

因为壳体接合面太光滑，会导致大部分密封胶被挤出去，接合

面不能留住密封胶，就不能形成一定厚度的密封胶垫。设计技

巧是壳体接合面的粗糙度值在0.8~3.2 范围内，对变速器密封比较有利。

壳体接合面的刀纹也对变速器的密封性能有影响。刀纹大致可以分为三种：镜面刀纹，贯穿性的刀纹和渔网状刀纹。

镜面刀纹是指壳体接合面像镜面一样光滑，基本看不出刀纹；

贯穿性刀纹是指接合面上的刀纹呈弧形条纹状，从壳体内部一

侧贯穿到壳体外部一侧；

网状刀纹是指壳体接合面上的刀纹呈弧形交叉网状，像渔网一样。设计技巧是将壳体接合面加工成渔网状刀纹，对变速器密

封比较有利。