CN106555861A - 高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置及其加工方法，装置设有：差速器左、右两个半壳体和连接螺栓，两个圆锥滚子轴承，位于右半壳体外侧周边和内凹中间的从动轮和中壳体。左、右两个半壳体分别与尾端的圆锥滚子轴承内圈连接为一体，右半壳体还与螺旋锥齿轮从动轮组成一体。其中，带有圆锥滚子轴承内圈的左半壳体、带有圆锥滚子轴承内圈和螺旋锥齿轮从动轮的右半壳体都是精密模锻塑性成形工艺加工为零件毛坯，经热处理工艺和切削加工制成。圆锥滚子轴承外圈外径尺寸保持不变，若轴承的圆锥滚子直径增粗或保持不变，则轴承外圈厚度相应保持不变或增厚度，以增强该差速器壳体单元装置的机械性能。该装置自重轻，能提高汽车运载性能和使用寿命。

Description

高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置及其加工方法，属于汽车驱动桥传动结构的主要组成部件—螺旋锥齿轮从动轮、差速器壳体和轴承优化结构的设计和加工制造的技术领域。

背景技术

汽车驱动桥是车辆的核心总成之一，也是底盘动力传动系统的末端。驱动桥中的齿轮主要包括两个零件：主减速器齿轮(螺旋锥齿轮)和差速器齿轮(直齿锥齿轮)。主减速器齿轮用于将转动扭矩动力进一步降低转速，并增大其扭矩，改变动力的传动方向，从而获得足够的汽车牵引力和适当的转速。当汽车转弯或行驶在不平坦路面的过程中，左右驱动车轮是以不同的角速度转动的。差速器齿轮的动力传递能够保证两侧驱动车轮与地面之间都是在做纯滚动，以避免发生车轮打滑等现象。因此，汽车驱动桥的质量好坏会对汽车的可靠性和耐久性产生巨大影响，此外，汽车驱动桥的质量好坏也对汽车的动力性、经济性、平稳性和机动性起着至关重要的作用。

国内汽车驱动桥是在国外装载机、叉车车桥技术的基础上，结合重型汽车驱动桥的结构自主研发而成的。但是，由于技术基础薄弱和设计能力不足等因素，导致当前我国汽车驱动桥的整体重量体积较大、结构性能较弱、服役寿命短，在运行过程中的齿轮传动噪音高、早期失效普遍等许多问题。因此，针对当前汽车驱动桥出现的多种问题，结合国情对其进行优化设计已经成为业内科技人员关注的焦点和急需解决的课题。

参见图1，先以国内应用较为普遍的某奔驰商用车的驱动桥结构为例，介绍汽车驱动桥差速器壳体单元的结构组成：1和6为差速器传动轴上的圆锥滚子轴承，2和7分别为差速器的左半壳体和右半壳体，3为螺旋锥齿轮从动轮，4为差速器的两个半壳体：左半壳体2和右半壳体7的连接螺栓，8为差速器右半壳体7与螺旋锥齿轮从动轮3的连接螺栓。目前，国内常见的差速器壳体主要采用铸造成形的零件毛坯加工方式，而且，为了加强该加速器左右两个壳体的机械强度，通常还要在这两个半壳体的外表面上增设若干个加强筋5，这样不仅增加钢材的消耗，还无形中增加了差速器壳体的自重。

精密成形工艺作为一种先进制造技术，是在传统模锻工艺的基础上逐步发展起来的。这种工艺不仅克服了切削加工的原材料利用率低、生产效率低和因切断金属纤维流线而造成包括其弯曲强度等多项机械性能降低的缺点。因此，与采用传统铸造工艺生产的零件相比较，利用先进的精密模锻成形工艺显著提升了机械零部件的多项机械性能，更加提供符合21世纪的高效、精密、绿色和清洁的先进制造技术的发展趋势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构创新的高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置及其加工方法，本发明是利用精密模锻塑性成形工艺将多个零件整合构成一个组合单元装置，即用精密模锻塑性成形技术将汽车驱动桥中的螺旋锥齿轮从动轮、轴承内圈和差速器半壳体多个零件作为一个整体构件，采用精密锻造与切削加工工艺制成，以便能够在显著节省钢材基础上，提高钢材致密度，优化零件的微观组织结构，保存完整的金属流线，以便能够提高该驱动桥差速器壳体单元装置中的各个零部件的机械性能，并减轻自重，从而提高汽车的运载性能和使用寿命。

为了达到上述目的，本发明提供了一种高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其特征在于：所述差速器壳体单元装置设有：差速器左、右两个半壳体及其连接螺栓，分别位于该差速器左、右两个半壳体尾端的两个圆锥滚子轴承，分别安装在该差速器右半壳体外侧周边和内凹中间位置的、用于传递转动扭矩动力的螺旋锥齿轮从动轮和该差速器的中壳体；其中，差速器的左、右两个半壳体分别与其尾端的圆锥滚子轴承的内圈连接为一体构件，差速器的右半壳体还与螺旋锥齿轮从动轮组成一体构件；且该附带有圆锥滚子轴承内圈的差速器左半壳体、附带有圆锥滚子轴承内圈和螺旋锥齿轮从动轮的差速器右半壳体都是采用精密模锻塑性成形工艺加工制成零件毛坯，再经由热处理工艺和切削加工制成；所述圆锥滚子轴承外圈的外径尺寸保持不变，但根据该轴承的圆锥滚子直径的增粗或保持不变，则圆锥滚子轴承外圈的厚度相应地保持不变或增加厚度，以增强该差速器壳体单元装置的机械性能。

所述差速器左、右两个半壳体的零件毛坯制造工艺由铸造改进为模锻，以提高其机械性能，并使得该两个半壳体的壁厚和外形尺寸相应缩小3～10％，且右半壳体不再设有加强筋，实现构件轻量化。

所述圆锥滚子轴承外圈的外径尺寸保持不变时，该轴承的圆锥滚子的直径相应增加，以增强该圆锥滚子轴承的机械强度。

所述圆锥滚子轴承外圈的外径尺寸保持不变，且该轴承的圆锥滚子的直径也保持不变时，则该圆锥滚子轴承的外圈厚度相应增加，以增强该圆锥滚子轴承的机械强度。

所述差速器的中壳体是采用精密模锻塑性成形工艺加工制成。

所述差速器右半壳体外侧周边的螺旋锥齿轮从动轮的齿形是在精密模锻加工过程中直接成型的，该齿形的凹凸两面分别为热处理和切削精加工留有0.2—0.5mm的加工余量；所述差速器右半壳体是以齿形定位方式作为切削加工的基准面进行找正加工；同时，该螺旋锥齿轮从动轮的齿轮厚度相应减小3—15mm，并相应加大其背锥角的角度2—20°，使得该螺旋锥齿轮的齿轮强度得到增大。

所述差速器左右两个半壳体的尾端、用作圆锥滚子轴承的内圈位置的转轴外表面的热处理工艺要求是：表面硬度58-64HRC，表面粗糙度Ra≤0.5μm。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置的加工方法，其特征在于：所述方法包括下述操作步骤：

步骤1，分别采用包括下料—镦粗—预锻—终锻的精密模锻塑性成形工艺加工制成下述三个零件：带有螺旋锥齿轮从动轮及其尾端圆锥滚子轴承内圈的差速器的右半壳体、尾端带有圆锥滚子轴承内圈的差速器的左半壳体和该差速器的中壳体；

步骤2，分别对该三个零件采用热处理工艺进行表面处理和完成切削加工；

步骤3，利用该三个零件与其他相应的零部件完成差速器壳体单元装置的装配操作。

本发明高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置及其加工方法的优点是：

以国内应用较为普遍的某奔驰商用车的驱动桥为例进行说明，采用本发明创新结构设计与工艺方法所制造的差速器壳体单元装置要比传统结构的部件节省材料超过11％，且因为采用精密锻造成形的毛坯加工工艺，使得该单元装置的零件数量减少，结构简单、紧凑、合理，原材料中的杂质被挤压、辗碎，提高了钢材致密度，优化了金属零件的微观组织结构，还保存了完整的金属流线，使得差速器壳体单元装置中的各个零部件的机械强度等多项性能得到显著提高，并减轻了自重。

此外，本发明将轴承内圈和差速器壳体的轴颈两个部件做成一体化构件，这样在装配空间有限的情况下，能够提高滚子的直径和数量，从而明显提高轴承的承载能力，提高汽车的运载性能和使用寿命。

总之，本发明具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是现在国内常用的汽车驱动桥差速器结构组成示意图。

图2是本发明高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置结构组成示意图。

图3是本发明壳体单元装置中的螺旋锥齿轮从动轮、轴承内圈与差速器右壳体连接为一体的右壳体零件结构组成示意图。

图4是本发明壳体单元装置中的轴承内圈与差速器左壳体连接为一体的左壳体零件结构组成示意图。

图5是本发明壳体单元装置中的差速器的中壳体零件结构组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明是一种高强度轻量化的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其结构设计改进的主要目的是为了延长驱动桥的正常服役寿命，提高驱动桥的承载能力。结构创新改进的具体技术手段是利用精密模锻塑性成形加工工艺的优势，将螺旋锥齿轮从动轮、轴承内圈和差速器壳体组成一个新的零件单元。

下面结合图2～图4，具体介绍本发明汽车驱动桥差速器壳体单元装置的结构组成：

本发明差速器壳体单元装置设有：差速器的左半壳体10和右半壳体11，以及连接螺栓14，分别位于该差速器左、右两个半壳体10、11尾端的两个圆锥滚子轴承外圈13和12，以及位于右半壳体11的内凹中间位置的、该差速器的中壳体9。其中，差速器的左、右两个半壳体10与11分别与其尾端的配套于圆锥滚子轴承外圈13和12的轴承内圈连接成为一体化构件，差速器的右半壳体11还与螺旋锥齿轮从动轮组成一体化构件。而且，该附带有圆锥滚子轴承内圈的差速器左半壳体10和附带有圆锥滚子轴承内圈和螺旋锥齿轮从动轮的差速器右半壳体11，以及差速器的中壳体9都是采用精密模锻塑性成形工艺加工制成零件毛坯，再经由热处理工艺和切削加工制成。

本发明装置结构改进的一个关键技术是：因为差速器左、右两个半壳体的零件10、11的毛坯制造工艺由铸造改进为精密模锻，提高了其机械综合性能，从而使得该差速器左、右两个半壳体10、11的壁厚和外形尺寸相应缩小3～10％，且因为将原来传统组成结构中的右半壳体7和螺旋锥齿轮从动轮3(参见图1所示)合成为一体化的新的右半壳体11，故该右半壳体11不再设有加强筋，实现了构件轻量化。这样，当圆锥滚子轴承外圈13和12的外径尺寸都保持不变时，该两个轴承的圆锥滚子的直径能够相应增加，这样就增强了该两个圆锥滚子轴承的机械强度。同样地，如果这两个圆锥滚子轴承外圈13和12的外径尺寸都保持不变，且该两个轴承的圆锥滚子的直径也保持不变时，则该圆锥滚子轴承的外圈13和12的厚度也就能够相应增加，从而增强该两个圆锥滚子轴承的机械强度。

为了提高传统结构的螺旋锥齿轮从动轮和差速器右半壳体的连接处强度，本发明装置将这两种结构零件采用精密模锻的制造方式结合起来，也就是利用螺旋锥齿轮精密模锻塑性成形工艺结合右半壳体的精密模锻塑性成形工艺，将螺旋锥齿轮从动轮3和原先通过紧固件：连接螺栓4才与其连接的差速器右半壳体7的两种零件结构件采用精密模锻制造方式组成一个新的结构零件11(参见图3所示)，这样就将螺旋锥齿轮的齿形部分通过精密模锻塑性成形方式一起锻造加工出来，构成本发明装置的结构改进的差速器右半壳体11。

另外，基于锻造螺旋锥齿轮的成形工艺的可行性考虑，本发明装置将图1中的原来传统结构的差速器右半壳体7拆分为两部分：分别为本发明装置中的差速器右半壳体11(参见图3所示)和差速器中壳体9(参见图5所示)，且这两个零件右半壳体11和中壳体9都是采用精密模锻塑性成形工艺加工制成。

因为本发明装置中的差速器右半壳体11外侧周边的螺旋锥齿轮从动轮3的齿形是在精密模锻加工过程中一起直接成型的，这样，在提高本发明差速器右半壳体11的机械强度的同时，还可以进行壳体的轻量化设计：使得该两个半壳:10和11的壁厚和外形尺寸相应缩小3～10％。具体措施有两条：一是减少图3中螺旋锥齿轮从动轮的厚度，并加大其背锥角的角度；二是去除差速器右半壳体11中的加强筋结构。该右半壳体11零件的齿形的凹凸两面为热处理和切削精加工分别留有0.2—0.5mm的加工余量。该差速器右半壳体11是以齿形定位方式作为切削加工的基准面进行找正加工；同时，该螺旋锥齿轮从动轮的齿轮厚度相应减小3—15mm，并相应加大其背锥角的角度2—20°，使得该螺旋锥齿轮的齿轮强度得到增大。

为了提高汽车驱动桥的承载能力，最大限度地挖掘驱动桥潜力，提升轴承承受载荷能力的匹配程度，也是非常重要的。

众所周知，为了提高轴承的承载能力，提高滚子直径是最行之有效的办法。由于轴承外圈的配合尺寸受到限制，如要加大滚子直径，轴承内外圈的壁厚就要减薄，这样会对轴承的使用寿命产生较大的影响。本发明的又一结构改进是：本发明差速器壳体单元装置的圆锥滚子轴承外圈13和12的外径尺寸保持不变，但根据与该两个圆锥滚子轴承外圈13和12配合的圆锥滚子直径的增粗或保持不变，则该两个圆锥滚子轴承外圈13和12的厚度需要相应地保持不变或增加厚度，从而增强该差速器壳体单元装置的整体部件的机械性能。这个结构设计创新改进的思路同时适用于本发明汽车驱动桥差速器壳体单元装置中的差速器的右半壳体11(参见图3)和左半壳体10(参见图4)。

本发明装置中的差速器左半壳体10和右半壳体11的尾端、分别用作与圆锥滚子轴承外圈13和12相配套的轴承内圈位置的转轴外表面的热处理工艺要求是：表面硬度58-64HRC，表面粗糙度Ra≤0.5μm。

本发明高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置的加工方法，包括下述操作步骤：

步骤1，分别采用包括下料—镦粗—预锻—终锻的精密模锻塑性成形工艺加工制成下述三个零件：带有螺旋锥齿轮从动轮及其尾端圆锥滚子轴承内圈的差速器的右半壳体11、尾端带有圆锥滚子轴承内圈的差速器的左半壳体10和该差速器的中壳体9。其中，差速器的右半壳体11的模锻工序为：下料—镦粗—不出齿形的预锻—锻出齿形的终锻—喷丸去氧化皮—磷化皂化—精整齿形。差速器的左半壳体10的模锻工序为：下料—镦粗—预锻—终锻。差速器的中壳体9的模锻工序为：下料—镦粗—冲孔—辗环—终锻。

步骤2，分别对该三个零件采用热处理工艺进行表面处理和完成切削加工，包括下列操作内容：

(21)带有螺旋锥齿轮从动轮及其尾端圆锥滚子轴承内圈的差速器的右半壳体11的加工工艺操作步骤包括：等温正火—喷丸—以齿形定位进行包括齿形、轴承内圈及其外形的车削加工—精铣齿形—齿形和轴承内圈的磨削加工。

(22)尾端带有圆锥滚子轴承内圈的差速器的左半壳体10的加工工艺操作步骤包括：等温正火—喷丸—轴承内圈及其外形的车削加工—轴承内圈的磨削加工。

(23)差速器的中壳体9的加工工艺操作步骤包括：等温正火—喷丸—中壳体外形的车削加工—磨削加工。

步骤3，利用该三个零件与其他相应的零部件完成差速器壳体单元装置的装配操作。

Claims (10)

1.一种高强度的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其特征在于：所述差速器壳体单元装置设有：差速器左、右两个半壳体及其连接螺栓，分别位于该差速器左、右两个半壳体尾端的两个圆锥滚子轴承，分别安装在该差速器右半壳体外侧周边和内凹中间位置的、用于传递转动扭矩动力的螺旋锥齿轮从动轮和该差速器的中壳体；其中，差速器的左、右两个半壳体分别与其尾端的圆锥滚子轴承的内圈连接为一体构件，差速器的右半壳体还与螺旋锥齿轮从动轮组成一体构件；且该附带有圆锥滚子轴承内圈的差速器左半壳体、附带有圆锥滚子轴承内圈和螺旋锥齿轮从动轮的差速器右半壳体都是采用精密模锻塑性成形工艺加工制成零件毛坯，再经由热处理工艺和切削加工制成；所述圆锥滚子轴承外圈的外径尺寸保持不变，但根据该轴承的圆锥滚子直径的增粗或保持不变，则圆锥滚子轴承外圈的厚度相应地保持不变或增加厚度，以增强该差速器壳体单元装置的机械性能。

2.根据权利要求1所述的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其特征在于：所述差速器左、右两个半壳体的零件毛坯制造工艺由铸造改进为模锻，以提高其机械性能，并使得该两个半壳体的壁厚和外形尺寸相应缩小3～10％，且右半壳体不再设有加强筋，实现构件轻量化。

3.根据权利要求2所述的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其特征在于；所述圆锥滚子轴承外圈的外径尺寸保持不变时，该轴承的圆锥滚子的直径相应增加，以增强该圆锥滚子轴承的机械强度。

4.根据权利要求2所述的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其特征在于；所述圆锥滚子轴承外圈的外径尺寸保持不变，且该轴承的圆锥滚子的直径也保持不变时，则该圆锥滚子轴承的外圈厚度相应增加，以增强该圆锥滚子轴承的机械强度。

5.根据权利要求1所述的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其特征在于；所述差速器的中壳体是采用精密模锻塑性成形工艺加工制成。

6.根据权利要求1所述的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其特征在于；所述差速器右半壳体外侧周边的螺旋锥齿轮从动轮的齿形是在精密模锻加工过程中直接成型的，该齿形的凹凸两面分别为热处理和切削精加工留有0.2—0.5mm的加工余量；所述差速器右半壳体是以齿形定位方式作为切削加工的基准面进行找正加工；同时，该螺旋锥齿轮从动轮的齿轮厚度相应减小3—15mm，并相应加大其背锥角的角度2—20°，使得该螺旋锥齿轮的齿轮强度得到增大。

7.根据权利要求1所述的汽车驱动桥差速器壳体单元装置，其特征在于；所述差速器左右两个半壳体的尾端、用作圆锥滚子轴承的内圈位置的转轴外表面的热处理工艺要求是：表面硬度58-64HRC，表面粗糙度Ra≤0.5μm。

8.一种汽车驱动桥差速器壳体单元装置的加工方法，其特征在于：所述方法包括下述操作步骤：

步骤1，分别采用包括下料—镦粗—预锻—终锻的精密模锻塑性成形工艺加工制成下述三个零件：带有螺旋锥齿轮从动轮及其尾端圆锥滚子轴承内圈的差速器的右半壳体、尾端带有圆锥滚子轴承内圈的差速器的左半壳体和该差速器的中壳体；

步骤2，分别对该三个零件采用热处理工艺进行表面处理和完成切削加工；

步骤3，利用该三个零件与其他相应的零部件完成差速器壳体单元装置的装配操作。

9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于：所述步骤1中，差速器的右半壳体的模锻工序为：下料—镦粗—不出齿形的预锻—锻出齿形的终锻—喷丸去氧化皮—磷化皂化—精整齿形；差速器的左半壳体的模锻工序为：下料—镦粗—预锻—终锻；差速器的中壳体模锻工序为：下料—镦粗—冲孔—辗环—终锻。

10.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于：所述步骤2包括下列操作内容：

(21)带有螺旋锥齿轮从动轮及其尾端圆锥滚子轴承内圈的差速器的右半壳体的加工工艺操作步骤包括：等温正火—喷丸—以齿形定位进行包括齿形、轴承内圈及其外形的车削加工—精铣齿形—齿形和轴承内圈的磨削加工；

(22)尾端带有圆锥滚子轴承内圈的差速器的左半壳体的加工工艺操作步骤包括：等温正火—喷丸—轴承内圈及其外形的车削加工—轴承内圈的磨削加工；

(23)差速器的中壳体的加工工艺操作步骤包括：等温正火—喷丸—中壳体外形的车削加工—磨削加工。