某车型电驱动桥总成优化设计
文章来源： EDC电驱未来
发布时间：2020-05-26
电驱动桥总成主要由左/右桥管总成、制动总成、半轴总成、电机带减速器总成等零部件组成，左/右桥管总成由左/右突缘、左/右法兰、钢板弹簧座、制动油管支架、线束支架等零部件焊接而成。
电驱动桥总成主要由左/右桥管总成、制动总成、半轴总成、电机带减速器总成等零部件组成，左/右桥管总成由左/右突缘、左/右法兰、钢板弹簧座、制动油管支架、线束支架等零部件焊接而成，如图1所示。主要起着支撑车架及以上重力、传递载荷、安装保护减速器及半轴总成的作用，因此，左/右桥管总成既是承载件又是传力件。部分零部件之间以焊接的形式连接。由于各个零件之间以焊接结构连接，焊缝周围容易产生应力集中现象，不同材料的化学成分不同，容易造成焊接不牢固或是由于应力集中造成的局部材料开裂等现象，造成电驱动桥的损坏。
该款电驱动桥应用在某款车型上，驱动桥结构及组成见图1
[1]
。
1 问题描述
该车型的电驱动桥在台架疲劳试验时出现样件开裂问题，具体开裂情况图2。
图2 驱动桥总成开裂位置
从有限元分析结果可以看出，在法兰和桥管的焊接部位应力最大（最大应力区，图3圆圈所指）。台架试验在垂向56.2万次出现开裂，开裂位置即有限元分析中应力最大值的位置。对开裂位置切割、打磨，观察焊道熔深及金相组织；失效原因为：为便于法兰压装，在桥管上设计1×30°内倒角，该倒角焊接时未熔透，反复受力变形，导致左桥管与法兰焊接处开裂。
制定三种坡口方案，验证焊接熔深及熔透率，验证方案见图4。
由方案a、b、c可知，方案b熔深最优，故选择方案b坡口类型。
为确保台架试验顺利通过，制定5种整改方案进行分析及验证，详见图5所示。
图5 整改设计方案对比
5 CAE分析对比
为确保台架试验顺利通过，分别对5种整改方案进行CAE仿真分析对比，详见图6所示。
通过对5组方案CAE分析可知：5组方案应力集中值均小于材料屈服强度（桥管材料Q345B，屈服强度355MPa），方案b、c厚度集中值最小，方案e成本最低；方案d塞焊孔处应力集中值较大，且成本最高，故不对方案d深入研究。
为实际验证改进方案对整个驱动桥疲劳的作用，根据我国《机械行业标准#工程机械驱动桥可靠性试验方法》
[2]
对驱动桥施加载荷谱进行加速寿命试验。对方案a/b/c/e进行台架试验，试验结果如图7所示。
通过对4组方案进行台架试验可知，方案b/c/e均满足试验要求，由于方案e成本最低，故最终选择方案e结构。经过整改后的驱动桥在台架试验进行到80万次时无损坏，符合试验要求。故对此款电驱动桥的整改完成。
本文对在某车型驱动桥进行台架试验时桥管总成出现开裂的问题进行整改，通过改变坡口类型、倒角、加强板结构进行优化，同时结合CAE分析方法和台架试验相结合的方式，完成最终优化方案确认。
综上所述，通过上述的结构优化，最终达到使电驱动桥满足设计要求，功能要求，疲劳试验要求。
[1]陈家瑞．汽车构造[M]．三版.北京：人民交通出版社，1994．
[2]天津工程机械研究所.JB/T 5929-1991，工程机械驱动桥可靠性试验方法[S].北京：机械科学研究院，1991：3-7.
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