多车型通用的某重卡减速器壳设计

杨博华 席飞 杨朴 童宁娟

摘 要：商用车领域通常一种主减速器应用于卡车、客车、等多种车型，发动机的多种布置方式会导致主减的布置方式不同，需考虑不同的输入转向下主锥轴承的润滑。文章通过对不同车型主锥轴承润滑的分析研究，设计一款多车型通用的主减速器壳，并且在包络设计的基础上，利用油道结构对减壳加强，实现轻量化、大刚性的优化设计。

关键词：减速器壳;主锥轴承;润滑;油道结构

中图分类号：U261.24+2  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）17-77-03

Design of Universal Heavy-truck Reducer Housing for Multiple Vehicles

Yang Bohua， Xi Fei， Yang Pu， Tong Ningjuan

（Shaanxi Hande Axle Co.， LTD， Shaanxi Xian 710200）

Abstract： In the field of commercial vehicles， a main reducer is usually used in trucks， buses and other vehicles. The layout of the engine will lead to different arrangement of the main reducer. Therefore， the lubrication of the main cone bearing under different input steering should be considered. In this paper， through the analysis and Research on the lubrication of the main cone bearing of different vehicle types， a general main reducer housing for multiple vehicles is designed， and on the basis of envelope design， the oil passage structure is used to strengthen the reduction housing， so as to realize the optimization design of lightweight and large stiffness.

Keywords： Reducer housing; Main cone bearing; Lubrication; Oil passage structure

CLC NO.： U261.24+2  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）17-77-03

前言

现有主减速器，主要通过被动锥齿轮（以下简称被动轮）甩油，收集到专有油道后润滑主动锥齿轮（以下简称主锥）轴承。由于卡车、客车发动机布置不同，导致主锥朝向可能与行车方向相同，也可能相反，且旋转方向不同，导致被动轮甩油方向也不同。目前，多采用开发多个轴承座或减速器壳（以下简称减壳）上铸造多个油道来满足不同车型，往往零件种类过多或者因为一个减壳上布置多个油道，导致减壳重量重、铸造工艺性差。

本文通过对不同车型被动轮甩油方向以及减壳接油方式的分析研究，设计了一种多“八字”型油道，能够适应主减因车型而变的布置方式，并且利用该“八字”型油道对减壳进行加强，提高壳体的支撑刚性而不增加重量。该油道结构，不需要做大砂芯，无突出的热结，铸造成本低、废品率低、工艺性好，可以满足大批量生产的需求。该减壳已经在多车型上批量使用，市场表现良好。

1 主锥轴承润滑分析

卡车与客车主锥轴承润滑多采用被动润滑，利用油道收集被动轮旋转过程搅动的润滑油，润滑主锥轴承[1]。车辆向前行驶，站在车辆行驶方向的左侧观察，则被动锥齿轮旋转方向始终为逆时针方向。卡车一般多采用发动机前置，而客车多采用发动机后置[1]，故卡车用主减主锥朝向与行车方向一致，客车主锥朝向与行车方向相反。如图1所示，被动轮搅动润滑油，沿壳体内壁的流向始终是自上而下，但减壳的位置却是呈180°翻转的，要实现同一减壳在卡车与客车通用，必须实现以下条件：

（1）减壳的上下位置均有可以收集润滑油的结构，使减壳壁上润滑油不直接流回减速器腔体;

（2）收集的润滑油必须能沿两个不同的油道直接流向主锥轴承，且两个油道不能相通，防止收集的润滑油直接流回减速器腔体;

（3）减速器装配到整车上常带有5°左右的仰角，如下图2所示，故减壳上两个油道必须在上仰的情况下完成导油作用，不让润滑油直接流回减速器腔体。

2 减壳结构设计

2.1 减壳主体设计

减壳主体采用包络式设计，及根据主减轴系结构进行随形设计，保证设计间隙的前提下最大化减轻重量[2]图3所示。

2.2 加强结构

减壳加强结构采用外侧布置放射式加强筋结构，如图4所示。

2.3 油道设计

油道设计采用挡油板加油孔结构，其中挡油板采用“八字”形内加强筋结构，挡油的同时与外侧放射筋呼应，可以对减壳主体进行加强。油孔采用上下布置的两个“八字”形油孔结构，两个油孔不相通。该结构可形成两路油路，保证主减匹配卡车桥或客车桥，且带装配仰角时均可实现主锥轴承润滑。回油孔居中布置，可以搭配油路1或油路2起回流作用。如下图5所示。

下图6所示为油道细节展示图，及油道在减壳中的空间布置结构，以及减壳带仰角装配到车上的油道展示图，可以看出该减壳无论装配到卡车或者客车，均能形成润滑油路，实现主錐轴承润滑。

3 有限元分析

在有限元软件中对减壳划分网格，利用轴系计算结果进行加载、约束对减壳进行强度计算，并将计算所得刚度矩阵代入轴系计算模型，计算锥齿轮错位量分析减壳支撑刚性[3]。减壳应力计算结果如下图7所示。

该减壳许用应力350MPa，计算所得最大应力220MPa，该减壳有充足的强度且大应力点在加强筋和挡油板处，可说明该减壳加强筋及挡油板设计合理，承受了减壳上的大应力。减壳支撑刚性计算数据，即锥齿轮错位量见表1所示，与市场上的竞品相比，该减壳支撑刚性更强，可说明该减壳加强结构设计合理。

4 台架验证

为了验证本文所属减壳实际支撑效果和油路设计的合理性，进行支撑刚性试验和主减油温试验进行验证评判。试验结果如表2、表3所示，刚性试验结果与有限元计算结果差别不大，轴承位的油温数据很低，表明该减壳的油路设计合

理，主锥轴承润滑充分且不会积攒多余润滑油，导致热量堆积。

5 结论

本文论述了一种卡车、客车等多车型通用的主减速器壳设计，整体包络式轻量化设计，创造性地设计了一种多“八字”型油道结构，卡车、客车可共用一个减壳实现主锥轴承的润滑的目的，且借用内加强筋式的挡油板对减壳进行了加强。从有限元计算结果和台架试验结果，可以看出该减壳设计合理，强度、刚性充足，形成的油路对主锥轴承的润滑恰到好处。该减壳已经在产品上批量应用，生产工艺性良好，满足批量生产要求，且市场表现良好。

参考文献

[1] 王霄锋.汽车底盘设计[M].北京：清华大学出版社，2010.4.

[2] B.克莱恩.轻量化设计：计算基础与构件结构[M].陈力禾译.北京：机械工业出版社，2010.

[3] 丁炜琦，等.MSC Nastran与传动CAE分析相结合的商用车桥主减总成轻量化设计[J].计算机辅助工程，2013，22（z1）：11-14.

[4] 李琪，高兴超.新能源汽车减速器优化设计及仿真分析[J].汽车实用技术，2017（01）：10-11.