电动汽车 -轻型后桥主减速器壳轻量化研究.pdf

牛湛滔

1主减速器介绍

主减速器是驱动桥中的主要部件，其作用是将由传动轴输入的扭

矩增大，同时降低旋转速度。

当发动机纵向布置时，还有改变转矩传递方向的作用。

为了满足不同类型车辆的使用需求，主减速器按结构形式，可分

为单级式主减速器和双级式主减速器两种。

主减速器壳为主减速器的内部零件提供安装支承、保护、润滑的

作用，同时，主减速器壳还要承受来自传动轴、桥壳、悬架系统

传递过来的载荷。

主减速器壳根据主动锥齿轮的支承形式及安装方式的不同，可分

为两种，即悬臂式和跨置式。

⑴悬臂式：悬臂式主减速器是指主动锥齿轮的齿轮端悬空布置，

另一侧通过两个锥轴承安装于主减速器壳上。

根据设计经验，为保证主减速器壳体的具有良好的支承刚性，通

常要满足两个轴承的中心离比齿轮齿面宽中点的悬臂长度大2倍

以上，同时，两个锥轴承安装的跨距应大于齿轮节圆直径的70%。

⑵跨置式：主动锥齿轮前后两端的轴颈均通过轴承安装支承，故

这种结构又被称为“两端支承式”。

装于齿轮小端一侧轴颈上的轴承一般称为导向轴承，导向轴承采

用圆柱滚子轴承，并且其内、外圈可以分离，以便于安装。

本文所选用的主减速器被应用于轻型车，故选为悬臂式。

2主减速器的轻量化途径

本文中所提及的主减速器壳的轻量化设计，是通过采用铝合金这

种轻量化材料来实现。铝合金密度较铸铁小，为2.7g/cm3,约为

铸铁的1/3，表面易被氧化，形成稳定的AL2O3氧化层，因此

具有很好的耐腐蚀性。

在制造工艺方面，铝具有较好的铸造性，可以较容易地被制成各

种复杂形状的零件。采用铸铝材料的主减速器壳体，在设计方面

与原铸铁材料相比，需要考虑以下几点：

⑴铸铝材料较铸钢软，因此需要重点考核轴承、齿轮部位的支撑

刚度。

解决措施为：

a.增加壳体的总体壁厚及差速器轴承盖的厚度；

b.将轴承座根部用加大圆角方式进行处理，改善受力情况；

c.将原加强筋延长至主齿外轴承位置，并相应进行加厚；

d.增大轴承座根部过渡台阶高度，增大受力点圆角；

⑵由于材料较软，要防止螺纹处材料压溃失效。

解决措施为：

a.采用钢丝螺套，改善轻合金螺纹孔载荷分布不均问题；

b.连接螺栓取消配合面防松齿，减小拧紧力矩。

3方案设计

3.1刚度优化方法

考虑到要有较好的铸造性，采用材料牌号为AlSi10Mg的铝合

金材料，进行T6处理。该材料塑性较好，强度高，流动性好，

铸造性能优良，热裂倾向低。

同时，该铝合金具有很高的耐腐蚀性，焊接性好。具体材料性能

参数见表3.1。

表3.1材料力学性能

材料牌号抗拉强度σ（MPa）伸长率δ5（%）硬度（HB）

AlSi10Mg(a)200≥2.4≥60

铸造方法

壳型铸造/熔模铸造/砂型铸造，变质处理

本方案是在原有的铸铁材料结构基础上采用铝合金材料，并对局

部进行刚度加强。由于铝合金材料较铸铁软，因此，采取如下加

强刚度的措施，具体见表3.2。

表3.2提升刚度的措施

序号措施原方案现方案

增加主减速

1器壳本体厚

度；

延长加强筋

至主动锥齿

2

轮外轴承位

置；

增加差速器

轴承座根部

3

过渡台阶的

高度；

增加过渡处

4壁厚及受力

点圆角；

采用钢丝

螺套，改善

5轻合金螺纹

孔载荷分布

不均问题

3.2润滑设计

由于改变了壳体壁厚及局部结构，因此需要对主减速器的润滑进

行重新设计，在满足刚度的前提下尽量提高润滑效果。

工作过程中从动锥齿轮和差速器壳一同旋转，搅动齿轮油飞溅到

壳体