钢板冲压焊接整体式桥壳优化设计

黄卫琴

江西江铃底盘股份有限公司 江西抚州 344000

随着中国汽车市场逐渐走向饱和，价格竞争成为各企业之间的主要竞争手段。研发作为汽车零部件生产经营活动中前期的一个关键环节，在企业降本增效中起着重要作用，研发设计环节的工作将在很大程度上决定后期的成本控制能力。

CAE有限元分析法在一定条件下，能够分析计算出各种机械零件的几乎所有的应力和应变，这种方法已经大量应用于汽车零部件的疲劳强度分析。

本文介绍了优化钢板冲压焊接整体式桥壳（以下简称桥壳）设计，减少桥壳下料材料，降低产品成本。

桥壳结构分析

驱动桥壳是汽车上的主要零件之一，作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬架及车架或车厢上，桥壳既是承载件又是传力件。

桥壳主件（简称本体）的上下两半是相同的冲压件，但上、下本体对焊时，需要用4块三角镶块（简称三角板）补焊到本体中部前后两侧的缺口处。

本体的板料是矩形，下料方便，但会产生废料。经对下料材料分析，本体三角板处尖角处的形状宽度最大如图1所示。减小本体三角板处的宽度，可以减少本体板料的下料宽度。但本体三角板处的宽度变小，就需要加大三角板来补焊，而加大三角板的材料小于本体的下料材料。

图1 本体展开示意

桥壳优化设计

1.三角板设计尺寸

原形本体三角板角度θ为60°，距中心长度L为226mm，分析减小角度θ和增大离驱动桥中心距离L，可以减小本体板材下料宽度，三角板大小如图2所示。根据能减少本体下料和结构特点，优化设计本体三角板角度θ为50°，距离中心长度L为260mm。

图2 三角板大小

2.有限元CAE分析

根据设计要求，创建桥壳有限元数学模型，划分网格及定义材料。按汽车行业《商用书驱动桥总成》标准中的“驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验”。试验条件为2.5倍满载载荷，评价标准为80万次合格。分别进行优化前后的桥壳总成疲劳试验有限元CAE分析，结果见表1。从CAE分析结果看出，优化设计后的产品性能优于原型设计的本体。

表1 桥壳CAE分析对比

3.台架试验验证

经CAE分析通过后，再进行台架试验，进一步验证优化设计和制造工艺的可靠性。台架试验验证如图3所示。优化后的产品3台试样，台架疲劳试验通过了80万次后，目测未发现裂纹，再进一步进行气密性检测，通过3min保压标准。

图3 台架试验

成本分析

根据最初优化设计，设计本体下料板材的尺寸，优化后比优化前可减小下料宽度尺寸为25mm（见图4）。根据材料下料消耗定额，优化前后价格对比见表2，得知单台某桥壳本体材料费用预计减少11.37元，三角板材料费用预计增加1元，合计单台可降10.37元。按该类似车型的年产量，一年可降本上百万元。

图4 优化前后本体下料尺寸

表2 优化前后费用对比

结语

本文通过对驱动桥本体下料材料分析，优化本体设计，完成了桥壳总成从三维到CAE仿真分析的过程，进一步通过设计优化前后的仿真分析和实际台架试验对比，证明优化设计的可行性，从设计源头上降低了产品成本。