基于铝合金的桥壳轻量化设计及强度分析文献综述
2020-04-29 18:52:04
近20年来,世界性能源问题变得越来越严重,这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍,汽车重量每减少50kg,每升燃油行驶的距离可增加2km;汽车重量每减轻1%,燃油消耗下降0.6%~1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲压工艺均适用,最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较,铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。目前,美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家,如德国大众AudiA8、A2,日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达(均为引进生产线)用铝合金外,国产以红旗较多,约80~100kg。有资料表明,用铝合金结构代替传统钢结构,可使汽车质量减轻30%~40%,制造发动机可减轻30%,制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此,研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。某汽车厂生产的跨界车,由于其价格便宜、品质高、燃料消耗少,2017年全年销量已经超过200万辆,占领我国跨界车领域50.3%的市场份额。现阶段跨界车行业的竞争依然很激烈,在成本领先的基础上,如何通过优化汽车、零部件材料及零部件结构,降低其重量,使其在动载下仍能保持足够的强度、刚度和良好的动力性能,进而到达改进汽车乘坐的舒适性,减少其振动和噪音,提高跨界车的市场竞争力的目的,是目前跨界车企业亟待解决的关键问题。
作为跨界车底盘核心部件之一的后桥,它处于传动系统的末端,多为驱动桥,是一个特别复杂的耦合传动系统。跨界车后桥主要由主减速器、差速器、桥壳、半轴等部件组成。它负责接受发动机经离合器、变速箱、传动轴传递过来的动力和力矩,通过主减进行降速增距和改变动力的方向,再经差速器分配到左右半轴,最后经轮毂传递给轮胎以使跨界车正常行驶。由此可见,跨界车后桥质量好坏直接影响着整车的动力性能和行驶性能。
跨界车后桥桥壳作为后桥的主要承载件,其功用是支撑并保护主减速器、差速器和半轴等,使左、右后轮的轴向相固定可靠;与前桥一起支承车架及其上跨界车各零部件的质量;跨界车行驶时,承受由车轮传来的地面阻力和阻力矩,并经悬架传给车架,并在后桥与悬架之间传力。因此,为了满足桥壳的使用性能要求,应保证桥壳有足够的强度和刚度,同时为了便于后桥主减速器的拆装、调整、维修和保养,还应使桥壳结构力求简单。
在整车的行驶过程中,桥壳始终承受复杂的交变载荷,故从整车安全性和可靠性考虑,桥壳的疲劳寿命直接影响整车的使用寿命。就桥壳设计而言,如何通过合理设计后桥桥壳,使其在降低重量的同时仍具有足有的强度、刚度和良好的结构性能,对降低整车重量、减小整车动载和提高整车的运转平稳性和乘车舒适性大有裨益。