張國超

摘 要：汽車分動(dòng)箱主要被用于分配傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩，主要作用在于可以讓汽車在各種行駛狀況下都能夠滿足牽引力的各種需求。與此同時(shí)，在分動(dòng)箱外殼是分動(dòng)箱相關(guān)部件進(jìn)行安裝的一個(gè)必要部件，其關(guān)鍵作用是可以對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)容納潤滑油。本次研究將主要對(duì)汽車分動(dòng)箱的選材、設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，通過三維模型來判斷分動(dòng)箱殼體設(shè)計(jì)是否具有合理性。

關(guān)鍵詞：分動(dòng)箱;殼體設(shè)計(jì)

分動(dòng)箱從理論上而言，即指的是一種汽車裝置，其關(guān)鍵作用是能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行分配，能夠?qū)⑵噭?dòng)力輸出至后軸或者是前后軸。由此可以得出一個(gè)結(jié)論，分動(dòng)箱從本質(zhì)上來說就是汽車上的一個(gè)配件。近幾年，伴隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，分動(dòng)箱也逐漸風(fēng)格多樣化，不管是基本原理，還是本身功能都是存在一定差異性的。在汽車底盤部件中，分動(dòng)箱殼體是不可或缺的一部分，不論是殼體設(shè)計(jì)，亦或者是加工工藝都有著重要意義。

1 材料的選擇

汽車分動(dòng)箱殼體在設(shè)計(jì)過程中需要考慮一下幾點(diǎn)，首先是殼體的扭轉(zhuǎn)剛度，由于分動(dòng)箱在工作期間，會(huì)導(dǎo)致外殼受到不同程度的彎曲，因此必須要擁有良好的扭轉(zhuǎn)剛度;其次是要設(shè)計(jì)要盡量輕便，不過要基于保證鑄造效果的前提。最后是殼體設(shè)計(jì)要盡量緊湊，能夠讓質(zhì)量更加輕量。汽車分動(dòng)箱屬于傳動(dòng)關(guān)鍵總成，其分動(dòng)箱外殼則主要作用在于保護(hù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此在殼體材料的選擇上，普遍會(huì)以鋁合金為主，另外擁有一定數(shù)量的共晶體，有著極好的鑄造功能，如AI-Si系合金共晶體。此外，若在鋁合金材料適量加入Cu，則能夠出現(xiàn)CuAl2強(qiáng)化相，經(jīng)過淬火讓合金的抗拉強(qiáng)度增加，最高值可以達(dá)到260MPa。分動(dòng)箱殼體在材料的選擇上需要遵循以下幾個(gè)原則，如強(qiáng)度、鑄造性能，當(dāng)然，在基于前兩者的條件下還可以適當(dāng)追求性價(jià)比，以此控制成本。本次設(shè)計(jì)分動(dòng)箱基本情況如下。材料選用DIN標(biāo)準(zhǔn)GBD-AlSi9Cu3壓力鑄造鋁合金，抗拉強(qiáng)度大于220MPa。熱物性參數(shù)如表1所見。鋁合材料的熱物特性直接決定了后續(xù)的鑄造結(jié)果，兩者相互影響，本次選用的材料擁有較好的流動(dòng)性、力學(xué)性、耐壓性等。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

近幾年，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，在汽車分動(dòng)箱的殼體設(shè)計(jì)工程中，大多均采用三維設(shè)計(jì)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，很大程度提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。設(shè)計(jì)殼體內(nèi)部零件是第一步，隨后才是殼體的設(shè)計(jì)步驟，通俗來說，殼體也可以被理解為內(nèi)部零件的一件包裹層，和汽車底盤周邊環(huán)境相符合，是設(shè)計(jì)分動(dòng)箱殼體的一個(gè)關(guān)鍵步驟。首先是建立三個(gè)模型，分別為凸模、凹模、側(cè)模，根據(jù)模型生成一個(gè)簡單的殼體形態(tài)，在經(jīng)過加工，生成殼體。按照所選擇的材料，將分動(dòng)箱外殼厚度設(shè)計(jì)為4毫米，拔模斜度1.5°，密封面加工余量按0.6mm保留，其他加工面按0.5mm保留。

3 應(yīng)力及變形

一般來說，汽車分動(dòng)箱在運(yùn)作期間，其外殼所承受的外力是通過球軸承和殼體相互傳遞的，二者相互影響，由此可以得出結(jié)論，在分析分動(dòng)箱殼體的受力情況前，應(yīng)該首先掌握軸承受力。軸和軸承相近，若想計(jì)算出軸承和軸的反力，可以先計(jì)算分動(dòng)箱內(nèi)鏈輪鏈條相互間的作用力。齒形鏈在分動(dòng)箱中廣泛應(yīng)用，鏈輪齒輪為漸開線直齒輪，鏈輪和鏈條相互嚙合，鏈輪是能與鏈條相嚙合的輪形零件，而鏈輪的主要參數(shù)之一是弦節(jié)距。按照軸傳遞的實(shí)際扭矩能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出Ft（嚙合和齒輪的切向作用力），隨后根據(jù)Ft與嚙合角得出Fn（齒間法向作用力），最后計(jì)算出汽車傳動(dòng)軸的受力。按照汽車輪在地面的附著力計(jì)算出分動(dòng)箱最大輸出，該扭矩結(jié)果便是分動(dòng)箱鏈輪傳遞扭矩值。經(jīng)過三維軟件分析，軸承座最薄弱的應(yīng)力值為121MPa，最嚴(yán)重變形部位未大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，總體而言，本次實(shí)驗(yàn)分動(dòng)箱殼體的應(yīng)力及變形測(cè)試均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 判定合格指標(biāo)

分動(dòng)箱殼體剛度靜扭小于0.2mm、溫度小于150℃、動(dòng)力耐久性能優(yōu)良、傳動(dòng)件磨損無異常等。

5 測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)操作，在殼體結(jié)合面最大偏差反作用位置上，選取三點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)前，在加載力矩到分動(dòng)箱力矩容量設(shè)計(jì)相關(guān)值，力矩設(shè)置為0，分動(dòng)器設(shè)置為3100N·m，基于該種條件下進(jìn)行殼體接合面偏差量計(jì)算。結(jié)果表示，偏差量為0.05mm，在合理范圍之內(nèi)，這也充分表明了結(jié)合面剛度良好。

殼體潤滑劑及溫度的實(shí)驗(yàn)操作，準(zhǔn)備潤滑試驗(yàn)臺(tái)，轉(zhuǎn)速設(shè)置為4000rpm，通過模擬汽車駕駛惡劣狀態(tài)，前后左右每個(gè)方向均維持60秒，結(jié)果顯示并未出現(xiàn)潤滑油滲漏的情況，由此可以得出結(jié)論，在殼體通氣部位設(shè)計(jì)良好且科學(xué)合理。另外在溫度的測(cè)試中，當(dāng)讓分動(dòng)箱工作120分鐘后，溫度依然未大于標(biāo)準(zhǔn)值，可見分動(dòng)箱外殼設(shè)計(jì)散熱性能較好。

6 總結(jié)

綜上所述，汽車殼體的設(shè)計(jì)要求以及材料的選擇對(duì)于汽車殼體設(shè)計(jì)有著極大的借鑒作用。本文通過三維軟件分析，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的缺陷，隨后通過改良，最后均達(dá)到符合設(shè)計(jì)要求的機(jī)動(dòng)箱殼體。

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