摘 要

近些年来，能源问题愈演愈烈，，对于世界上众多汽车生产商，提高汽车行业竞争能力的关键就是尽可能的减轻汽车自身的重量和降低燃油的消耗量。查询相关资料可知，如果每次通过合理渠道来减少汽车的重量，例如50kg，则可以使汽车消耗每升燃油行驶的距离也随之增加，一般而言是2km左右；并且如果汽车的重量每减轻1%，消耗的燃油量则减少0.6%～1%。

在众多轻质金属材料中，铝拥有许多特点，而且性能优良，其中例如密度小只有传统高强度钢的三分之一、耐腐蚀性好、塑性优良等，而且对于铝合金来说，铝合金的应用也很广泛，而铝合金的适合工艺也包括了铸、锻、冲压这几种工艺，并且最重要的是铝合金也适用于汽车零部件生产的工艺，即压铸工艺，这就为铝合金用作汽车零部件制造提供了很大可能，所以我们从各个方面例如；生产的成本、零件的质量、材料的利用率等来看，铝合金已成为当今汽车生产过程中十分重要的材料。目前，欧美和日本等国家汽车采用铝合金的现象最多。而目前汽车轻量化的重要途径一般就是采用轻量材料例如铝合金和对汽车结构进行优化，我的本次课题就将围绕铝合金材料和后桥壳展开，毕竟，研究开发铝合金汽车也是当今大家都希望能够完成的课题。

MPV后桥桥壳作为MPV的主要承载件和传力件，在MPV的行驶过程中，桥壳除了支撑MPV的荷重，保证安全的前提下还需要将载荷传递给MPV的后轮，从而起到传递动力的作用，除此之外还将承受很多力，例如由车轮传递过来的垂向力，车轮传递过来的牵引力，车轮传递过来的制动力和侧向力，而MPV悬架系统也可以传递，所以又经过悬挂系统传递给车身或车架上，故桥壳结构性能的好坏直接影响整车的行驶性能和安全性能。对桥壳的设计原则是：在满足汽车安全行驶的前提下，在保证桥壳强度和刚度的基础上，在保证结构的合理性上，应力求通过各种适合的办法使桥壳的质量降低，并且满足结构要求。

关键字：铝合金，后桥桥壳，结构分析，轻量化，强度和刚度

Abstract

In recent years, an increasingly serious problem in today's world is energy issues. Therefore, for many automobile manufacturers in the world, the key to improving the competitiveness of the automotive industry is to reduce the weight of the automobile itself and reduce fuel consumption as much as possible. . According to relevant data, if the weight of a car is reduced by 50kg, the distance per liter of fuel can be increased by 2km; and if the weight of a car is reduced by 1%, the amount of fuel consumed is reduced by 0.6% to 1%.

In light metal materials, aluminum has many characteristics, such as small density, good corrosion resistance, excellent plasticity, etc., and for aluminum alloys, casting, forging, stamping several processes can be applied, the most important is applicable to The die-casting process of auto parts production, so we from all aspects such as: production costs, parts quality, material utilization, etc., aluminum alloy has become a very important material in today's automobile production process. At present, the use of aluminum alloys in automobiles in Europe, America and Japan is the most common. Because one of the most important ways to reduce the weight of automobiles is to use aluminum alloy materials, research and development of aluminum alloy vehicles is a topic that needs to be solved today.

The MPV rear axle axle housing acts as the main bearing and force transmission member of the MPV. During the MPV driving, the axle housing transmits the load to the rear wheel of the MPV in addition to the load supporting the MPV, and it also bears the vertical transmitted from the wheel. Force, traction, braking force and lateral force are transmitted to the body or frame through the MPV suspension system. Therefore, the structural performance of the axle housing directly affects the driving performance and safety performance of the vehicle. The design principle for the axle housing is: on the basis of guaranteeing the strength and rigidity of the axle housing, the quality of the axle housing should be reduced so as to meet the structural requirements.

Key Words: aluminum alloy, rear axle housing, structural analysis, lightweight, strength and stiffne

目录

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 本课题国内外研究现状和发展趋势 3

1.3研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 5

1.3.1 基本内容 5

1.3.2 研究目标 5

1.3.3 技术方案 5

第2章 轻量化材料铝合金的选择 6

2.1 铝合金在汽车工业中的应用背景 6

2.2 铸造铝合金的应用 7

2.3 铝合金材料的选择 7

第3章 后桥桥壳的结构介绍及所研究桥壳的结构形式 9

3.1 桥壳结构形式介绍 9

3.1.1 所研究桥壳的结构形式 11

3.2 桥壳的设计要求 13

第4章 桥壳的受力分析和强度计算 14

4.1 几种典型工况下桥壳受力分析研究 14

4.1.1 桥壳的静弯曲应力 15

4.1.2 桥壳承受最大铅锤力时桥壳的冲击弯曲应力 16

4.1.3 车轮承受最大切向力时桥壳的受力 16

4.1.4 车轮承受最大侧向力时桥壳的受力 19

第5章 桥壳的有限元分析 20

5.1 建立驱动桥壳的有限元分析模型 20

5.2 驱动桥壳有限元仿真 22

5.2.1 最大垂向力工况下桥壳的应力和应变分析 24

全文总结 27

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1 概述

比起几十年前，随着科技愈来愈先进，人民的生活需求逐渐提高，汽车变得越来越大众化，越来越多的居民家庭开始使用汽车作为一种便捷的交通工具。如下图1-1所示，近六年，中国的汽车产量和销量都保持着强劲的增长速度。据中国汽车工业协会统计，仅2016年我国累计生产和销售汽车都突破了2800万辆，又一次登上了全球汽车生产销量第一的宝座。随着汽车生产和制造水平的不断提高，汽车的安全性和舒适度大大提高，因此大家挑选汽车的标准也越来越高。

图1-1 中国历年汽车产销量

MPV就是我们所说的跨界车，前身是旅行轿车，现在作为一种多用途汽车，在市场上十分流行，在两厢式的结构下，可以坐七八个人。它综合了各类型轿车的众多优点，如旅行车宽阔的乘车空间、轿车的舒适以及货车的箱式载货功能。

而在当今社会，许多人并不了解什么是跨界车，在潜意识里认为就像由商用厢型车改造而成或者针对团体顾客的乘用车就算做是跨界车，但是真正的跨界车如今主要是针对家庭用户使用的一种车型。某汽车厂生产的MPV，由于其价格便宜、品质高、燃料消耗少，2017年全年销量已经超过200万辆，占领我国MPV领域50.3%的市场份额。现阶段MPV行业的竞争依然很激烈，在保持或减少目前MPV的成本基础上，如何通过合理设计MPV结构，降低其重量，使其在动载下仍能保持足够的强度、刚度和良好的动力性能，进而到达改进MPV的乘车舒适性，减少其振动和噪音，提高MPV的市场竞争力的目的，是目前MPV企业亟待解决的关键问题。

后桥作为MPV底盘核心部件之一，就结构而言，它属于传动系统的组成部分并且处于末端，内部包括了许多齿轮传动结构，是一个特别复杂的耦合传动系统。其结构如图1-2所示^[3]-[4]，MPV后桥的主要部件有：主减速器、差速器、桥壳、半轴等，其中桥壳就是我们此次论文的主题，传统桥壳大部分用的材料都是高强度钢，而我们则需要将它换成合适的铝合金材料来减轻它的重量，从而达到轻量的目的。整个后桥的作用其实从专业角度来说就是接受动力和力矩，包括发动机经变速箱传递过来的动力和力矩以及经离合器和传动轴传递过来的动力和力矩，通过主减进行降速增距和改变动力的方向，再经差速器分配到左右半轴，最后将动力通过轮毂传递给轮胎，使MPV可以正常运转行驶。所以，MPV后桥中桥壳的质量好坏尤为重要，直接对整体后桥质量的好坏有影响，最后也会对MPV整体的动力和行驶性能起作用。

图1-2 MPV后桥结构图

由图1-2可知，作为后桥的主要承载件和支撑件，MPV后桥桥壳主要的作用就是支持和保护主减速器、差速器和半轴等，让主减速器、差速器能够安全稳定的在里面工作，也就是起到一个支撑和保护的效果，然后因为连接着左右车轮，所以同时将左右车轮进行轴向固定以达到安全可靠的效果，并且还与前桥一起支承了整个车身的质量包括车架及其上MPV各零部件。一般来说，在MPV行驶时，不管是什么路况，都必须承担地面阻力和阻力矩，所以高强度和高刚度的桥壳就显得尤为必要，然后经悬架系统传给车架，并且最终在后桥与悬架之间进行传递^[6]。所以为了达到MPV的行驶性能要求，我们需要高强度和高刚度的桥壳。不论MPV行驶路况如何，桥壳一直会承受复杂的交变载荷，桥壳的疲劳寿命直接影响整车的使用寿命，如果桥壳出现问题，车也会相应的出现一系列问题，所以就安全可靠这个方面考虑，如何合理的选择出适合制造桥壳的材料并且对其进行校核和优化，使桥壳在降低重量的同时仍具有足够的强度、刚度并且满足良好的结构性能，对汽车的轻量化大有裨益。如今，比较普遍的是用轻量化材料（如铝合金）对汽车进行轻量化处理。

1.2 本课题国内外研究现状和发展趋势

一般来说，驱动桥桥壳作为汽车的重要部件，主要的作用就是传力和承载，它的质量是十分重要的，对整车的安全性能、动力性能和行驶性能有着直接的影响，所以对桥壳的设计，在将传统高强度钢换成铝合金之后，在保证强度和刚度的前提下应力求减少桥壳的重量，达到轻量化的目的，同时桥壳也要满足结构性能要求，符合实际情况，以便于后续的拆装和维修处理。传统的驱动桥桥壳的设计方法，是将桥壳模型简化为普通简支梁并对承载截面的最大应力值进行校核，即对桥壳进行传统的三种工况的强度校核。

目前在国外发达国家，广泛的用铝合金制造车轮、活塞、桥壳、车身、气缸盖等。因为国外汽车行业发展较早，对汽车的了解也比我们深，而且技术比较成熟，所以在美国和欧洲，很多零部件类似于保险杠和油箱也使用铝合金代替钢板，但是现在用铝合金材料制造后桥壳的例子并不多，对于国内而言，用铝合金材料制造汽车零部件包括后桥壳的现象还并不普遍。

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