王景輝 賀洋 楊配輕 王秀琳

摘要：可壓縮隔套技術(shù)在中、小型乘用車車橋已廣泛應(yīng)用，但國內(nèi)重型車橋主減速器主動(dòng)錐齒輪軸承間隙的調(diào)整仍主要采用墊片選擇的方案，部分新產(chǎn)品雖有類似結(jié)構(gòu)的應(yīng)用但其使用效果還不穩(wěn)定。本文對北奔重汽440車橋主減速器可壓縮隔套進(jìn)行驗(yàn)證分析，通過橫向?qū)Ρ缺逼鸅J40車型車橋同類產(chǎn)品，應(yīng)用有限元分析及對比實(shí)驗(yàn)等方案，就兩產(chǎn)品設(shè)計(jì)的異同進(jìn)行比較分析，同時(shí)以德國原裝奔馳卡車橋主減速器設(shè)計(jì)參數(shù)為參照，對440橋主減速器可壓縮隔套提出設(shè)計(jì)改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：可壓縮隔套;有限元分析;主減速器;440橋;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

0 ?引言

為研究440主減速器可壓縮隔套818 353 0035的設(shè)計(jì)、制造及裝配工藝是否合理，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論、現(xiàn)有產(chǎn)品性能試驗(yàn)、相近產(chǎn)品性能對比等方面進(jìn)行了對比分析，具體分析過程及結(jié)論如下：

1 ?可壓縮隔套的設(shè)計(jì)、應(yīng)用原理

可壓縮隔套結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作特性曲線圖為圖2，根據(jù)圖2顯示，可壓縮隔套在軸向壓力作用下進(jìn)入塑性變形階段δ2后，在一定范圍內(nèi)隨著變形量的增加，曲線趨于平緩，反作用力變化較小，此區(qū)間即為其使用范圍。使用范圍內(nèi)相對平穩(wěn)的反作用力用于滿足主錐總成剛度度需求，反作用力Pmin和Pmax的設(shè)計(jì)取決于主錐總成剛度需求，也是鎖緊螺母擰緊力矩的設(shè)計(jì)依據(jù);工作范圍δ2的大小用于滿足軸承間隙調(diào)整過程中累計(jì)誤差的消除。圖2中陰影面積為可壓縮隔套的許用范圍，工件工作特性曲線在此范圍內(nèi)方能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

2 ?440主減可壓縮隔套相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)

可壓縮隔套的設(shè)計(jì)主要取決于主錐齒輪傳動(dòng)嚙合時(shí)的工作剛度以及主錐軸承間隙的調(diào)整。

2.1 零件設(shè)計(jì)思路

①根據(jù)整車設(shè)計(jì)輸入確定主減速器總成的輸入扭矩，分析主錐總成最大剛度需求，確定軸向拉緊力范圍Pmin和Pmax，即軸頭螺母產(chǎn)生的軸向力的范圍;②根據(jù)主錐總成各零件設(shè)計(jì)公差計(jì)算產(chǎn)品使用范圍δ2;③設(shè)計(jì)可壓縮隔套工作特性曲線。

2.2 軸頭螺母擰緊力矩的確定

根據(jù)主減速器主錐總成使用工況分析，車輛正向行駛時(shí)主錐大軸承受壓緊力，不影響主錐總成剛度;車輛倒車時(shí)，主錐大軸承內(nèi)外環(huán)有分離趨勢，削弱主錐總成剛度，為此需通過軸頭螺母鎖緊產(chǎn)生軸向壓緊力保證主錐總成剛度。

車輛倒車狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩時(shí)車橋盤齒輪對主錐齒輪產(chǎn)生的拉力為F1，軸頭螺母產(chǎn)生的壓緊力為F，根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)冗余量的要求，F(xiàn)≧1.2～1.5F1。

計(jì)算公式為：

F1= （1）

（《汽車車橋設(shè)計(jì)》--劉惟信）

F1：倒擋時(shí)主錐齒輪軸向分力N

T：主錐法蘭最大輸入扭矩

T=Memax.t5.η

Memax：發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 N.M

t5：變速箱倒擋速比

Η：傳動(dòng)效率，取0.9

dm1：主錐齒輪分度圓直徑，mm

α：直齒輪凹面壓力角

β：主錐齒中點(diǎn)螺旋角

γ：主錐齒節(jié)錐角

注：關(guān)于車橋倒擋時(shí)法蘭最大輸入扭矩的確定，也可按照車橋最大輸出扭矩反算，其計(jì)算結(jié)果小于按發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩正向計(jì)算的結(jié)果，現(xiàn)將兩種方案計(jì)算結(jié)果對比如表1、表2。

考慮安全系數(shù)：

F≧1.2～1.5F1（2）

計(jì)算軸頭螺母擰緊時(shí)產(chǎn)生的軸向壓緊力F。在此基礎(chǔ)上計(jì)算軸頭螺母擰緊力矩，計(jì)算公式參見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，具體如下：

T=T1+T2=1/2·F0·d2·tan（ψ+？準(zhǔn)v）+1/3·fc·F0（D30-d30）/（D20 ?-d20）（3）

經(jīng)計(jì)算，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩計(jì)算，當(dāng)軸向拉力F1=150kN時(shí)，考慮1.2～1.5倍安全系數(shù)，軸向拉力F約為180～225kN，軸頭螺母擰緊力矩約為1850～2300Nm。

按車橋輸出40000Nm力矩反算，倒擋時(shí)盤齒輪給主錐的拉伸力F1約為120kN，考慮1.2～1.5倍安全系數(shù)，軸向拉力F約為144～180kN，對應(yīng)軸頭螺母所需擰緊力矩約為1500～1850Nm。

3 ?現(xiàn)有產(chǎn)品試驗(yàn)分析

為檢驗(yàn)現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)際性能曲線，6月份開始在五二所陸續(xù)對818 353 0035零件進(jìn)行了壓力試驗(yàn)，同時(shí)為驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性，選取乘用車產(chǎn)品進(jìn)行了對比試驗(yàn)，車型為北汽BJ40。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果測繪性能曲線如圖3。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，現(xiàn)有產(chǎn)品818 353 0035使用區(qū)間內(nèi)反作用力約為60～75kN，北汽BJ40反作用力范圍約為60～65kN，兩者反作用力大小接近。

4 ?北奔雙減橋同類產(chǎn)品計(jì)算分析

以6.732速比雙級減速橋及所配車型為例進(jìn)行計(jì)算，分別計(jì)算出：車輛倒擋時(shí)盤齒輪對主錐的軸向拉力F1，軸頭螺母擰緊力矩M。（表3、表4）

按發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩計(jì)算，主錐齒輪受軸向拉力F1≈63kN。

按車橋最大輸出扭矩計(jì)算，主錐齒輪受軸向拉力F1≈38kN。

考慮1.2～1.5倍的安全系數(shù)，軸頭螺母擰緊需產(chǎn)生的軸向壓緊力分別為F=75.6kN～94.5kN和F=45.6～57kN。

根據(jù)公式（2）反向計(jì)算軸頭螺母擰緊力矩，計(jì)算結(jié)果分別為：

按發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩正向計(jì)算：軸頭螺母擰緊力矩M=775～969N.m;

按照車橋最大輸出扭矩計(jì)算：軸頭螺母擰緊力矩M=468～585N.m。

根據(jù)卡車雙減橋裝配工藝，軸頭螺母擰緊力矩為800～969N.m。

440橋與雙減橋主錐齒輪受軸向拉力對比如表5。

5 ?結(jié)論分析

通過以上分析計(jì)算對照現(xiàn)有產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論：

①根據(jù)雙減橋分析結(jié)果判斷，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩計(jì)算更接近現(xiàn)有產(chǎn)品工藝要求;②從圖3，440橋與北汽BJ40兩橋可壓縮隔套性能曲線來看，現(xiàn)有產(chǎn)品力學(xué)性能與乘用車產(chǎn)品性能相近，兩車型噸位相差較大，設(shè)計(jì)不合理;③從主錐齒輪受拉力F1大小來看，440橋主錐受拉力遠(yuǎn)大于卡車雙減橋主錐受的拉力，兩種橋型采用同一種軸頭螺母及擰緊力矩不符合設(shè)計(jì)要求;④考慮裝配工藝及實(shí)際工況建議軸頭螺母擰緊力矩1350～1500N.m，可壓縮隔套反作用力設(shè)計(jì)范圍Pmin=135，Pmax=150kN。具體范圍，可根據(jù)實(shí)際情況修訂。

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