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摘 要：汽车驱动桥壳是汽车差速器、半轴与主减速器的基础零件，也是汽车传动系统的一个重要组成。基于汽车在行驶过程中的受力比较复杂，因而对汽车驱动桥壳的性能和质量有着较高的要求。为了能够提升汽车驱动桥壳性能，文章以热点应力法为研究对象，结合台架试验，就如何借助热点应力法提升汽车驱动桥焊接强度耐久性进行策略分析。
关键词：汽车驱动桥壳;焊接强度;耐久性;台架试验;热点应力法;应用
汽车驱动桥壳是由多个薄板材料在经过冲压、焊接加工所形成的一种整体性封闭结构，具备强度高、承载力强、质量轻的特点。驱动桥焊接桥壳的焊接部位包含轴头、法兰、后盖、前后强化环、推力杆支架等。焊接局部包含过渡区域、结构本体、焊接核等。汽车驱动桥壳的整个焊接操作深受焊接工艺、几何变形、承载方式、焊接残余应力等综合因素的影响，往往很难通过CAE的方式来对焊接结构的强度耐久性进行评价，评价结果会出现不稳定、不精准的问题。为此，近几年国内外开始积极对汽车驱动桥壳焊接结构强度的耐久性开展模拟分析评价，而热点应力法就是在CAE技术上发展起来的一种升级版汽车驱动桥壳焊接结构强度耐久性检验方式。文章现就热点应力法在汽车驱动桥焊接强度耐久性分析中的应用问题进行分析，同时通过台架试验来证明热点应力法在提升汽车驱动桥焊接强度的应用作用，以供相关人员的工作提供重要参考支持。
1 汽车驱动桥壳的结构和功能分析
1.1 驱动桥壳的结构
从实际应用上来看，驱动桥壳主要分为分段式桥壳与整体式桥壳两种结构。分段式桥壳一般由两个半轴套管、凸缘盘和主要减速器壳壳盖共同组成，在螺栓的作用下来将这些零部件组合在一起。从实际应用情况来看，分段式桥壳一般具备加工简单、制造简单、维修不便等特点。而整体式桥壳和分段式桥壳相比则是具备更多种形式，例如，半轴套管压配、钢板冲压焊接、整体铸造还有中段铸造等，和分段式桥壳相比具有操作复杂的特点。
1.2 汽车驱动桥壳的功能
汽车驱动桥壳行驶系统的重要组成部分。汽车驱动桥壳与差速器、主减速器还有半轴驱动桥在整个汽车的动力部分存在密切的关联，都处于传动系统的末端，总体作用是增大变速器和传动轴的转矩。汽车驱动桥壳被叫做后桥壳，驱动桥能够承载汽车的主要荷载重量。而为了能够更好地承载这种重量需要在汽车驱动桥壳上安装并保护主减速器、半轴和差速器。
2 热点应力
热点应力主要是指最大结构应力或者几何应力，总体上是结构中危险截面上危险点的应力体现。热点应力作为整个结构应力结构的重要评定参考数值，在考察的时候减少了焊接缝隙本身产生的局部应力效应，能够考察因为焊接接件接头、形状代销变化所引起的应力集中效应。
3 汽车驱动桥焊接强度耐久性分析
3.1 焊接热电应力外推点的确定
按照线性插制度外推及和固定点方法计算求出焊趾位置上的应力数值。焊趾热力点分析类型如图一所示。在a、c型焊趾外端比较宽的时候，外推点取距离焊趾0.4t（焊接厚度单位）和1t的位置上。在a、c型焊趾外端比较狭窄的时候外推点取距离焊趾0.5t的位置上。在B焊趾外端比较宽的时候，外推点取距离焊趾4mm、8mm和12mm的位置。在b焊趾外端比较狭窄的时候，外推点取距离焊趾5mm的位置点。
3.2 焊接结构静强度的综合分析评价
焊接结构静强度一般表现在焊接结构在极限状态下和准静止状态下的脆断破坏现象。在计算的时候可以根据以下三种方式来确定焊接静强度极限和允许应用的力量。根据母材料许可应用应力来确定焊接许可应用应力，根据结构材料、焊接强度的基本配比来确定强度数值。
3.3 焊接结构疲劳强度的综合评价
在经过学者们的研究分析证明，在使用精准有限元分析和外推法的基础上能够确定热点应力数值。可以使用存活率为97.7%的FAT90来作为一条通用的热点应力曲线数值。FAT90热点应力S-N曲线相关参数情况如表1所示。
4 热点应力法在不同结构汽车驱动桥焊接强度耐久性分析中的模拟分析
在标准件模拟比较的基础上对两种结构形式的驱动桥焊接桥壳焊接部位进行台架工况下应力和强度耐久性试验分析，并将试验分析测试结果和CAE的计算结果进行综合比较。整车路谱测量点包含发动机的转动速度、车辆行驶速度、档位信息、制动踏板状态、转向盘角度、四轮悬架形成、前后副车架加速度等。结合强度计算结果在车身、前后副车架的应力集中点在上增加应变测点。
4.1 桥壳1焊接部位台架试验结果和模拟结果的对比分析
桥壳1焊接部位台架试验结果和模拟结果的对比分析结果如表2所示。根据表二的数据信息可以发现焊缝各个测试点计算应力数值和测试的应力趋势基本保持在一致的状态，模拟的精准数值达到了七成以上，最终充分证明了桥壳1焊接部位台架试验结果和模拟结果应力数值对比的可靠性。
4.2 桥壳2焊接部位台架试验结果和模拟结果的对比分析
桥壳2焊接部位台架试验结果和模拟结果的对比分析如表三所示，根据分析发现A5和B5的试验测量数值差距较大，但是从总体上来看，表2和表3桥壳焊接部位台架试验结果和模拟结果的最大誤差为25.6%，模拟精准度达到了七成以上，符合试验标准。
5 结束语
综上所述，汽车车桥制造的主要工艺手段就是焊接，对于不同的产品类型设计出合理的汽车后桥壳焊接工艺并且设计出不同的设计自动焊功能是汽车车桥制造的一个发展方向。利用热点应力方法对汽车驱动桥桥壳焊接强度耐久性模拟分析的方法对焊接部位关键点应力的模拟有效性达到了70%，同时焊结部位的耐久性模拟数值以及寿命均值均和试验结果的数值相匹配。为此，文章认为对于复杂汽车驱动桥壳焊接接头强度耐久性分析评价具有广泛的社会适用性，能够解决驱动桥焊接结构焊接部位强度耐久性模拟数值问题，通过这类的试验分析操作能够有效提升汽车驱动桥结构强度的耐久性模拟分析能力，对产品开发和研究具备重要的实践参考价值。
参考文献：
[1]张娜，魏德永，曹征栋等.热点应力法在汽车驱动桥焊接强度耐久性分析中的应用[J].汽车技术，2012（9）：52-57.
[2]魏德永，张志远，聂春戈等.基于主S-N曲线法的驱动桥焊接结构疲劳耐久性分析评价方法应用研究[C]//2018中国汽车工程学会年会.2018.
[3]高晶，宋健，张步良等l. 基于MSC.Fatigue的汽车驱动桥壳疲劳寿命预估[J].工程设计学报，2007，14（3）：210-214.
[4]周伟.Discussion on Non-Driving Axle Structure Durability Test%浅谈汽车非驱动桥的结构耐久性试验[J]. 装备制造技术，2013，000（008）：172-173.
[5]陈卫强.重型车驱动桥传动系统的设计和计算方法研究[D]. 重庆理工大学，2012.
关键词：汽车驱动桥壳;焊接强度;耐久性;台架试验;热点应力法;应用
汽车驱动桥壳是由多个薄板材料在经过冲压、焊接加工所形成的一种整体性封闭结构，具备强度高、承载力强、质量轻的特点。驱动桥焊接桥壳的焊接部位包含轴头、法兰、后盖、前后强化环、推力杆支架等。焊接局部包含过渡区域、结构本体、焊接核等。汽车驱动桥壳的整个焊接操作深受焊接工艺、几何变形、承载方式、焊接残余应力等综合因素的影响，往往很难通过CAE的方式来对焊接结构的强度耐久性进行评价，评价结果会出现不稳定、不精准的问题。为此，近几年国内外开始积极对汽车驱动桥壳焊接结构强度的耐久性开展模拟分析评价，而热点应力法就是在CAE技术上发展起来的一种升级版汽车驱动桥壳焊接结构强度耐久性检验方式。文章现就热点应力法在汽车驱动桥焊接强度耐久性分析中的应用问题进行分析，同时通过台架试验来证明热点应力法在提升汽车驱动桥焊接强度的应用作用，以供相关人员的工作提供重要参考支持。
1 汽车驱动桥壳的结构和功能分析
1.1 驱动桥壳的结构
从实际应用上来看，驱动桥壳主要分为分段式桥壳与整体式桥壳两种结构。分段式桥壳一般由两个半轴套管、凸缘盘和主要减速器壳壳盖共同组成，在螺栓的作用下来将这些零部件组合在一起。从实际应用情况来看，分段式桥壳一般具备加工简单、制造简单、维修不便等特点。而整体式桥壳和分段式桥壳相比则是具备更多种形式，例如，半轴套管压配、钢板冲压焊接、整体铸造还有中段铸造等，和分段式桥壳相比具有操作复杂的特点。
1.2 汽车驱动桥壳的功能
汽车驱动桥壳行驶系统的重要组成部分。汽车驱动桥壳与差速器、主减速器还有半轴驱动桥在整个汽车的动力部分存在密切的关联，都处于传动系统的末端，总体作用是增大变速器和传动轴的转矩。汽车驱动桥壳被叫做后桥壳，驱动桥能够承载汽车的主要荷载重量。而为了能够更好地承载这种重量需要在汽车驱动桥壳上安装并保护主减速器、半轴和差速器。
2 热点应力
热点应力主要是指最大结构应力或者几何应力，总体上是结构中危险截面上危险点的应力体现。热点应力作为整个结构应力结构的重要评定参考数值，在考察的时候减少了焊接缝隙本身产生的局部应力效应，能够考察因为焊接接件接头、形状代销变化所引起的应力集中效应。
3 汽车驱动桥焊接强度耐久性分析
3.1 焊接热电应力外推点的确定
按照线性插制度外推及和固定点方法计算求出焊趾位置上的应力数值。焊趾热力点分析类型如图一所示。在a、c型焊趾外端比较宽的时候，外推点取距离焊趾0.4t（焊接厚度单位）和1t的位置上。在a、c型焊趾外端比较狭窄的时候外推点取距离焊趾0.5t的位置上。在B焊趾外端比较宽的时候，外推点取距离焊趾4mm、8mm和12mm的位置。在b焊趾外端比较狭窄的时候，外推点取距离焊趾5mm的位置点。
3.2 焊接结构静强度的综合分析评价
焊接结构静强度一般表现在焊接结构在极限状态下和准静止状态下的脆断破坏现象。在计算的时候可以根据以下三种方式来确定焊接静强度极限和允许应用的力量。根据母材料许可应用应力来确定焊接许可应用应力，根据结构材料、焊接强度的基本配比来确定强度数值。
3.3 焊接结构疲劳强度的综合评价
在经过学者们的研究分析证明，在使用精准有限元分析和外推法的基础上能够确定热点应力数值。可以使用存活率为97.7%的FAT90来作为一条通用的热点应力曲线数值。FAT90热点应力S-N曲线相关参数情况如表1所示。
4 热点应力法在不同结构汽车驱动桥焊接强度耐久性分析中的模拟分析
在标准件模拟比较的基础上对两种结构形式的驱动桥焊接桥壳焊接部位进行台架工况下应力和强度耐久性试验分析，并将试验分析测试结果和CAE的计算结果进行综合比较。整车路谱测量点包含发动机的转动速度、车辆行驶速度、档位信息、制动踏板状态、转向盘角度、四轮悬架形成、前后副车架加速度等。结合强度计算结果在车身、前后副车架的应力集中点在上增加应变测点。
4.1 桥壳1焊接部位台架试验结果和模拟结果的对比分析
桥壳1焊接部位台架试验结果和模拟结果的对比分析结果如表2所示。根据表二的数据信息可以发现焊缝各个测试点计算应力数值和测试的应力趋势基本保持在一致的状态，模拟的精准数值达到了七成以上，最终充分证明了桥壳1焊接部位台架试验结果和模拟结果应力数值对比的可靠性。
4.2 桥壳2焊接部位台架试验结果和模拟结果的对比分析
桥壳2焊接部位台架试验结果和模拟结果的对比分析如表三所示，根据分析发现A5和B5的试验测量数值差距较大，但是从总体上来看，表2和表3桥壳焊接部位台架试验结果和模拟结果的最大誤差为25.6%，模拟精准度达到了七成以上，符合试验标准。
5 结束语
综上所述，汽车车桥制造的主要工艺手段就是焊接，对于不同的产品类型设计出合理的汽车后桥壳焊接工艺并且设计出不同的设计自动焊功能是汽车车桥制造的一个发展方向。利用热点应力方法对汽车驱动桥桥壳焊接强度耐久性模拟分析的方法对焊接部位关键点应力的模拟有效性达到了70%，同时焊结部位的耐久性模拟数值以及寿命均值均和试验结果的数值相匹配。为此，文章认为对于复杂汽车驱动桥壳焊接接头强度耐久性分析评价具有广泛的社会适用性，能够解决驱动桥焊接结构焊接部位强度耐久性模拟数值问题，通过这类的试验分析操作能够有效提升汽车驱动桥结构强度的耐久性模拟分析能力，对产品开发和研究具备重要的实践参考价值。
参考文献：
[1]张娜，魏德永，曹征栋等.热点应力法在汽车驱动桥焊接强度耐久性分析中的应用[J].汽车技术，2012（9）：52-57.
[2]魏德永，张志远，聂春戈等.基于主S-N曲线法的驱动桥焊接结构疲劳耐久性分析评价方法应用研究[C]//2018中国汽车工程学会年会.2018.
[3]高晶，宋健，张步良等l. 基于MSC.Fatigue的汽车驱动桥壳疲劳寿命预估[J].工程设计学报，2007，14（3）：210-214.
[4]周伟.Discussion on Non-Driving Axle Structure Durability Test%浅谈汽车非驱动桥的结构耐久性试验[J]. 装备制造技术，2013，000（008）：172-173.
[5]陈卫强.重型车驱动桥传动系统的设计和计算方法研究[D]. 重庆理工大学，2012.