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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流汽车制造工艺学三级项目【精品文档】第 15 页汽车制造工艺学三级项目 载重13t工程车桥壳结构 设计和制造工艺 班级： 组员： 指导教师：2014.11.8目录一、汽车桥壳的功能和特征分析2 1.1 桥壳的功能2 1.2 桥壳的特征分析2二、工程车桥壳设计的基本参数3三、汽车桥壳制造方法的确定的结构设计4 3.1 整体铸造式4 3.2 钢板冲压焊接式5 3.3 钢管扩张成形式5 3.4 液压胀形式6四、汽车桥壳的结构设计6五、桥壳的强度计算及校核7 5.1 桥壳的静弯曲应力计算7 5.2 切应力的计算与校核10 5.3 挠度计算及校核11六、汽车桥壳的工
2、艺制定11 6.1 整体式车桥制造工艺分类及选择11 6.2 钢管扩张成形式整体式桥壳制造工艺制定12七、制造工艺工序图及工序卡的制定13八、材料利用率计算及成本预算17 8.1 材料利用率17 8.2 成本核算18九、项目心得体会18十、参考资料19一 汽车桥壳的功能和特征分析1.1 桥壳的功能桥壳既是传动系的组成部分，也是行驶系的组成部分，它的作用是安装并保护主减速器、差速器和半轴等部件，同时还使左、右驱动车轮的轴向相对位置固定，同前桥一起支承车架及车架以上的各总成质量；在汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩，并经过悬架传给车架。1.2 桥壳的特征分析（1） 桥壳应该有足够的强度
3、和刚度，以保证汽车通过不平路面时不至于在冲击载荷下引起桥壳变形或折断。（2） 桥壳质量应该尽量低一些，以减小汽车的非簧载质量以利于降低动载荷和提高汽车的行驶平顺性。（3） 外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。（4） 桥壳还应结构简单、制造方便，以利于减低成本。（5） 其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。二 工程车桥壳的主要设计参数载重汽车一般分为轻型载重汽车（载重小于3t，如130类：小解放、五十铃、蓝剑、东风小卡等）、普通（中型）载货汽车（载重3-8t，如常见的解放、东风等）、重型载货汽车（载重大于8t，如红岩、斯特尔等），当然还有一些特殊用途的卡车（
4、如自卸车等）。本次项目设计目标为载重13t的工程车桥壳。以下为13t工程车桥壳的一些技术参数： 载重（t）： 桥包最大高度： 直臂尺寸： 端部外径： 主减齿轮最大直径： 轮距： 板簧座中心距： 桥壳总长： 壁厚：三 汽车桥壳制造方法的确定驱动桥壳可分为可分式桥壳、整体式桥壳和组合式桥壳。分段式桥壳一般分为两段，因而易于铸造加工，但检修及拆卸很不方便。目前较少采用分段式桥壳，使用较为广泛的是整体式桥壳，常见的整体式桥壳制造方式有整体铸造式、钢板冲压焊接式、钢管扩张成形式以及液压胀形式等。3.1整体铸造式 整体铸造式桥壳是汽车发展史上最早采用的结构，整体铸造式桥壳优缺点都较为明显。整体铸造式桥壳可
5、采用可锻铸铁、球墨铸铁以及铸钢铸造，为进一步提高整体铸造式桥壳的强度和刚度，还可以在整体铸造式桥壳两端压入较长的无缝钢管作为半轴套管，并用销钉固定。这样可以由里向外逐渐加大表面直径，以得到较好的压配效果。整体铸造式桥壳优点是可形成形状复杂而理想的制件，刚性好、塑性变形小、强度高，容易铸成；缺点是耗能、费材、工艺较难、工序复杂，制件重量大，成本较高。整体铸造式桥壳在世界范围内的重型车辆上仍普遍采用，为使结构设计更加合理，对材料和结构作一些变化，如采用高强度球墨铸铁以及高牌号铸钢等。3.2 钢板冲压焊接式 钢板冲压焊接式整体桥壳主要组成部分包括上、下对焊的一对桥壳主件、两个凸缘、四块三角钢板、两个
6、半轴套管、加强圈、一个后盖以及两个钢板弹簧座，整体沿其间接缝组焊而成。桥壳主件是由钢板冲压而成的上、下两半壳。目前非铸造桥壳中最主要的结构形式就是钢板冲压焊接式，近年来不仅在客车、轿车、轻型载货汽车以及中型载货汽车上得到广泛应用，而且有些吨位更大的汽车也开始采用这种工艺的桥壳，其优点在于工艺简单、质量小、韧性高、材料利用率高、成本低。但由于材料在冲焊过程中受热较强，材料分子会发生相应变化，从而失去原材料形态使材料强度降低。3.3 钢管扩张成形式这种桥壳是由中碳无缝钢管或钢板卷焊钢管扩张、滚压成形制成。将钢管中间扩孔、两端滚压变细，再加焊凸缘及钢板弹簧座等。钢管扩张成形桥壳在选材上有较高限制，一
7、般均要求钢管有较高强度，并且含碳量在，制造工艺上首先使钢管中央部分扩张，两端滚压缩径，然后再焊加强圈和后盖。这种制造工艺的生产效率高，材料的利用率最高，桥壳质量虽小而强度和刚度却比较好，但需要专用扩张、滚压成形轧制主设备。扩张成型式材料利用率高，加工效率高，重量轻，制件密封性能好，但制件纵向开缝端口处存在横向裂纹，翻边宽度不均匀，侧面容易起皱拉伤，强度低。适用于轿车和轻型载货汽车和中型载重汽车。3.4 液压胀形式 液压胀形式工艺是指首先选择适当尺寸的管柸，先将起两端部分缩径至零件图的要求，再将中间部分进行轴向压缩液压胀形之最终尺寸。此项技术中桥壳胀形极限成形系数的求解、桥壳纬向小圆角的成形、液
8、压胀形压力和轴向压缩力的匹配是核心问题。而近年来，随着成形设备及相关控制技术的发展，以液体作为传导介质的液压胀形技术在国外发展迅速，广泛应用于汽车制造业。 汽车桥壳液压胀形工艺方法是一种可代替冲压焊接方法的先进技术，这种方法节约能源和材料，而且制造的整体桥壳强度高、质量好、成本低。液压胀形式工艺与其他冲压成型技术相比有节约成本、寿命长等优点，但相关技术设备尚不完善，一些技术也不成熟。采用钢管扩张成形工艺生产的桥壳疲劳寿命是冲压焊接桥壳的2倍以上，很适合自卸车等非公路用车桥和工程车桥壳的需要，所以设计载重13t工程车的桥壳，应选用钢管扩张成形式。四、 汽车桥壳的结构设计由载重13t工程车的主要技
9、术参数和整体铸造式方法的确定可以绘出桥壳的大略二维设计图：图1 桥壳二维设计图五、 桥壳的强度计算及校核驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其形状复杂，汽车行驶条件又多变，所以采用常规设计方法，将桥壳看成一个简支梁并校核某些特定断面的最大应力值。 如图，汽车在满载静止于水平路段时桥壳的受力情况。5.1.桥壳的静弯曲应力计算此时桥壳可视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷，而左、右轮胎的中心线，地面对轮调的反力为，桥壳则承受此力与车轮重力之差值，即。图2 桥壳弯矩图桥壳按静载荷计算时，校核静载系数为k,在其两钢板弹簧座之间的弯矩为 Nm式中：汽车满载静止
10、于水平路面时驱动桥给底面的载荷，N; 车轮（包括轮毂、制动器）的重力，N； 驱动车轮轮距，m; 驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离，m; 静载系数，取为2.5 由弯矩图可见，桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。通常由于远小于，且设计时不易准确预计，当无数据是可以忽略不计。所以 Nm而静弯曲应力则为式中：两钢板弹簧座之间的弯矩，Nm； 危险断面处桥壳的水平弯曲截面系数。危险断面处为钢板弹簧座附近截面，如图。图3 钢板弹簧座附近截面 则由表1的部分参数可得到桥壳在钢板弹簧座附近断面的截面系数。 垂向弯曲截面系数： 水平弯曲截面系数： 扭转截面系数: =216132132=557568根据上式，桥壳
11、的静弯曲应力 经查表得35号钢的许用弯曲应力由，可知截面处满足强度要求。5.2切应力的计算与校核(1)危险截面处的剪切应力为： 已知采用16Mn材料的许用切应力= 因为，故该处满足强度要求。5.3挠度计算及校核（1） 已知；（2） 经查表，材料为35号钢的弹性模量为（3） 材料横截面积对弯曲中性轴的惯性矩（4）由公式计算最大挠度得： 由可知，挠度满足设计要求。六、 汽车桥壳的工艺制定6.1 整体式车桥制造工艺分类及选择汽车整体式车桥制造工艺主要分为铸造整体式、钢板冲压焊接式和钢管扩张式。钢管扩张成形式桥壳是由中碳无缝钢管或钢板卷焊钢管扩张、滚压成形制成。将钢管中间扩孔、两端滚压变细，再加焊凸缘
12、及钢板弹簧座等。钢管扩张成形桥壳在选材上有较高限制，一般均要求钢管有较高强度，并且含碳量在，制造工艺上首先使钢管中央部分扩张，两端滚压缩径，然后再焊加强圈和后盖。这种制造工艺的生产效率高，材料的利用率最高，桥壳质量虽小而强度和刚度却比较好，但需要专用扩张、滚压成形轧制主设备。6.2 钢管扩张成形式整体式桥壳制造工艺制定本次设计采用无缝钢管扩张成形技术，首先选用一定直径、厚度的无缝钢管（35号钢），然后经过缩径，退火，推方，管坯开口，胀形，整形，焊接板簧座等工序，最终制造出桥壳。成型工艺分析：缩径：是指回转筒形件通过锥形模以减小其外径的成形方法，根据变形方式不同可分为拉拔缩径和推压缩径。缩径后会
13、产生壁厚变化、轴向伸长、应力集中、管端翘曲等特征，需提前计算好。推方：采用推方工艺，由于管坯两端缩径后产生加工硬化而不产生变形，实现管坯中间部位由圆管变为方管的成形过程。在推方后会产生轴向伸长。胀形：在管坯中间部位开长圆孔，并采用楔形成形法，即将楔形冲头插入管坯长孔中，冲头下行，推动楔块向两端移动，从而使管坯扩张至所需尺寸。成形过程会有轴向缩短现象，并且需要避免出现局部区域起皱和拉裂缺陷。七、制造工艺工序1. 下料选用直径188mm,厚度16mm的钢管，按桥壳长度先截取1450mm钢管作为管坯。图4 管坯2. 缩径图5 缩径汽车桥壳推压缩径工艺是一种管坯缩径挤压技术。加热钢管坯端，慢速旋转管坯
14、，待加热部分出现亮红色时，快速旋转管坯，用水冷却的3个均布滚轮相对快速旋转的管坯作轴向运动进行缩径。经过缩径，会产生管端翘曲、壁厚增加、轴向伸长等特征现象。轴向伸长公式式中：L缩径后长度； C缩径前初始管坯长度； k线性系数，与多种因素有关，数值为0.12左右； x缩径长度。壁厚变化：一定的凹模锥角及摩擦系数下，随着缩径比增加，管壁厚度不断增加；一定的缩径比下，凹模锥角越小，管壁厚度越大。在这里，由于凹模锥角和一些其他因素未知，忽略管壁厚度变化，不做计算。图6 缩径后管坯3. 退火管坯经过缩径后，在加工温度到室温的过程中，进行相应的退火处理，以降低管坯硬度，消除残余应力。4. 推方 在圆管推方
15、过程中，为防止坯料产生轴向流动而引起前段堆积及周向流动而引起的贴膜性差等缺陷，同时管坯不出现过分周向长度变化，应使圆形截面的周长约等于成形后方形截面的周长，截面周长计算为，。推方后坯料产生轻微轴向伸长，暂忽略。图7 推方后管坯5. 开长圆孔在铣床上对管坯中央部位加工长圆孔，为扩张准备。图8 开长圆孔6. 胀形在专用的扩张成形轧制设备上，用楔形冲头在长圆孔处进行胀形，将中央部位扩张到要求尺寸。成形初期，管坯长度呈指数缩短；成形30%后，管坯长度逐渐呈线性缩短。由于诸多因素未知，不做计算。图9 中央部位扩张7. 整形经过前面的工序，最后在液压机上进行热整形，调整工件细小尺寸形状。图10 最终成形8
16、. 焊板簧座、半轴套管等于成形完毕的桥壳上焊加强圈、钢板弹簧座、后盖等。八、 材料利用率计算及成本预算8.1 材料利用率钢管扩张成形式桥壳具有材料利用率高的特点。材料利用率：其中管坯伸长 管坯缩短所以采用长度为1450mm的无缝钢管。8.2 成本预算钢管扩张成形式桥壳的成本主要分为原材料成本、加工制造成本和人工成本。无缝钢管的价格大概在200元/m,所以最终成本 计算专用轧制设备、人工等，预估为500元。九、项目心得体会 这次的载重13t工程车桥壳设计使我们每个小组成员都收获很多。 通过这次的桥壳设计，我们对驱动桥和桥壳的作用有了更深的理解，桥壳设计要满足使用要求，能发挥它应有的作用。这次的项
17、目让我系统地了解了桥壳的分类和各种不同的制造工艺，根据不同的需求，采用不同的设计和制造方法，各种不同桥壳的结构和制造方式都各有利弊。这次的桥壳设计和制造项目，让我大致了解了汽车桥壳是如何设计并制造的，对于学习车辆工程的我来说，对我今后的学习和工作都十分有用。这次的项目完成过程中查了许多的资料和书籍，获得了许多课外知识，也了解了汽车桥壳设计的最新技术和发展前沿，开阔了眼界，增长了自己的见识。无缝钢管扩张成形桥壳是目前应用较少的，虽然有着成形过程中管壁厚度改变、翘曲、应力集中、轴向长度改变等现象，但其材料利用率高，成形质量好等优点是值得深入研究的，在中重型桥壳有很好的发展前景，未来应会成为桥壳制造技术的发展趋势。 这次的载重汽车桥壳设计是对自己能力的一次检验，也是对自己能力的一次提高。项目从零开始，每一个进展，都使我们每个人感到喜悦，收获了知识与经验，希望以后可以有机会多参与类似的项目。十、参考资料刘惟信 主编汽车车桥设计北京：清华大学出版社，2003白象忠 主编材料力学北京：科学出版社，2007陈家瑞 主编汽车构造吉林：机械工业出版社，2009