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「汽车」某车型电驱动桥总成优化设计


来源 |EDC电驱未来
作者 | 【「汽车」某车型电驱动桥总成优化设计】张伟 长城汽车股份有限公司
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] 。
「汽车」某车型电驱动桥总成优化设计
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图1 驱动桥总成组成
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 。
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图2 驱动桥总成开裂位置
2 原因分析
首先对问题驱动桥进行有限元分析 ， 分析结果见图3 。
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图3 驱动桥总成有限元分析
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 。
3 熔深验证
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 。
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图4 驱动桥总成熔深验证方案
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 。
4 设计方案对比
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 。
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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 。
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图6 整改设计方案CAE对比
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 。
6 台架验证
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 。
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图7 整改设计方案台架试验对比
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 。


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