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統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)各類客車的需求量在不斷增加。后橋總成作為客車的主要部件之一，有保護(hù)和支撐主減速器、半軸、差速器并支撐車輛重量的作用。在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，為保證客車后橋總成工作的安全性和可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在靜、動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度，滿足驅(qū)動(dòng)橋橋殼臺(tái)架試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定工況下的要求，所以需要對(duì)其進(jìn)行有限元分析論證。
對(duì)于汽車橋殼，文獻(xiàn)論述了中重型商用汽車驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式，綜合分析和比較了鑄造整體橋殼，沖壓焊接整體橋殼的工藝、承載能力和成本以及應(yīng)用場(chǎng)合和優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)討論了后橋殼的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，應(yīng)用隨機(jī)攝動(dòng)法和約束隨機(jī)方向法對(duì)后橋橋殼進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)提出一種基于FEM的輕量化設(shè)計(jì)方法，以力學(xué)計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，參照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，借助有限元分析的方法實(shí)現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)件的輕量化設(shè)計(jì)。
本文對(duì)某客車后橋殼總成結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇，并對(duì)其進(jìn)行多種工況下的理論計(jì)算，驗(yàn)證了該客車后橋殼總成設(shè)計(jì)的合理性。
根據(jù)制造工藝的不同，后橋殼總成使用最多的結(jié)構(gòu)型式為鑄造整體式橋殼和鋼板沖壓焊接整體式橋殼。鑄造整體式結(jié)構(gòu)的橋殼韌性差、疲勞強(qiáng)度低，而且橋殼的外形尺寸和質(zhì)量大、難以形成大批量生產(chǎn)。此外，鑄造加工需消耗大量能源，并排出廢氣污染環(huán)境。鋼板沖壓焊接整體式后橋殼總成質(zhì)量高，采用氣體保護(hù)焊工藝，橋殼的疲勞值可達(dá)100萬次，安全可靠；并且鋼板沖壓焊接整體式后橋殼總成生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化大批量生產(chǎn)。鑒于以上分析，本設(shè)計(jì)選用鋼板沖壓焊接式橋殼。
根據(jù)整車廠的使用要求，該后橋殼總成由鋼板沖壓件焊成的橋殼殼體、兩端焊有帶凸緣的半軸套管、后橋殼蓋、加強(qiáng)圈、氣室支架座等構(gòu)成，如圖所示。橋殼殼體由上下對(duì)焊的上半殼體、下半殼體、三角板構(gòu)成，如圖所示。上、下半殼體采用材質(zhì)強(qiáng)度高、沖壓性能和焊接性能好的16MnL，厚度為14mm的鋼板經(jīng)氣割或等離子切割、在自然環(huán)境溫度條件下通過彎曲和拉深及機(jī)械加工形成，各零部件間圓角連接并平滑過渡。設(shè)計(jì)橋殼承受的彎曲應(yīng)力不超過500 N/mm2，剪切應(yīng)力不超過250 N/mm2，對(duì)于鋼板沖壓焊接整體式橋殼，多采用16MnL，35或40號(hào)中碳鋼板。半軸套管多采用40Cr，40MnB等中碳合金鋼或45號(hào)中碳鋼的無縫鋼管或鍛件。考慮到該橋殼為客車橋殼，本體材料選用優(yōu)質(zhì)合金鋼16MnL。
為準(zhǔn)確了解該橋殼的主要受力情況，對(duì)所設(shè)計(jì)的橋殼作以下四種工況的受力分析，為設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。計(jì)算橋殼的彎曲應(yīng)力簡(jiǎn)，橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在鋼板彈簧座附近。根據(jù)已有條件，經(jīng)計(jì)算可知靜彎曲應(yīng)力：當(dāng)汽車高速行駛于不平路面上時(shí)，橋殼除承受在靜載狀態(tài)下的載荷外，還承受附加的沖擊載荷。這時(shí)橋殼在動(dòng)載荷下的彎曲應(yīng)力，不考慮側(cè)向力，客車以最大牽引力行駛時(shí)作用在左右驅(qū)動(dòng)車輪上除有垂向反力外，尚有切向反力。由于驅(qū)動(dòng)車輪的最大切向反力只nax使橋殼也承受水平方向的彎矩，并且橋殼還承受因驅(qū)動(dòng)橋傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩而引起的反作用力矩。計(jì)算知此時(shí)在兩板簧座間橋殼受的彎曲應(yīng)力。
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