CN111550485B - 铝螺栓在新能源减速箱壳体中的应用 - Google Patents
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Abstract
一种铝螺栓在新能源减速箱壳体中的应用，将其用于固定减速器壳体，具体为：通过铝螺栓抗拉强度与铝制螺纹连接强度确定有效螺纹连接长度即壳体裙边中螺纹孔的深度；然后通过有限元算法对壳体结合面开度分析方法确定螺栓孔的跨距即相邻两个螺纹孔中心之间的直线距离；当固定螺栓时，在其弹性区域采用先扭矩预紧，再转角拧紧的方式紧固且预紧扭矩及转角通过螺栓接头实验方法确定。本发明能够适用于使用铝螺栓，降低重量，再者，可进行壳体的轻量化设计，达到新能源车辆的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种汽车减速箱制造领域的技术，具体涉及一种铝螺栓在新能源减速箱壳体中的应用。
背景技术
减速箱用于增加车轮端的扭矩，减小车轮端的转速，是目前纯电动汽车的重要组成部分。减速箱壳体一般由前壳体和后壳体组成，前后壳体通过螺栓相互连接，保证减速箱壳体具有良好的密封性。目前国内所有的减箱壳体设计均是基于钢制螺栓设计。使用钢制螺栓的减速箱总成存在以下缺点
钢制螺栓重量重，一般一颗M8x35的钢制质量约为0.023kg。与螺栓相连接的壳体法兰比较厚，也会增加减速箱壳体的重量。
壳体材料一般均为铝材，由于铝和钢机械性能差别，螺栓拧紧时，将不可避免的产生预紧力的损失。另外由于铝和钢材料的差异，钢螺栓和壳体会产生电位差的化学腐蚀，减少螺栓的使用寿命。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明提出一种铝螺栓在新能源减速箱壳体中的应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种铝螺栓在新能源减速箱壳体中的应用，将其用于固定减速器壳体，具体为：通过铝螺栓抗拉强度与铝制螺纹连接强度确定有效螺纹连接长度，即壳体裙边中螺纹孔的深度；然后通过有限元算法对壳体结合面开度分析方法确定螺栓孔的跨距即相邻两个螺纹孔中心之间的直线距离；当固定螺栓时，在其弹性区域采用先扭矩预紧，再转角拧紧的方式紧固，实际装配扭矩及转角通过螺纹接头实验方法确定。
技术效果
与现有技术相比，本发明有效解决了钢制螺栓与减速箱壳体之间的电化学腐蚀问题的同时显著降低了减速箱总成重量，对整车轻量化做出贡献。
附图说明
图1为钢制螺栓安装示意图；
图2为铝制螺栓安装示意图；
图3为铝螺栓最大扭矩示意图；
图4为铝螺栓屈服扭矩示意图；
图5为铝螺栓5Nm+90拧紧力矩示意图；
图6为钢螺栓5Nm+90轴向力示意图；
图7为钢螺栓壳体连接密封分析示意图；
图8为铝螺栓壳体连接密封分析示意图。
具体实施方式
如图1～2所示，为本实施例涉及的新能源减速箱壳体，包括：前壳体1与后壳体2，其中：前、后壳体通过螺栓3相互连接紧固。
本实施例涉及一种铝螺栓在新能源减速箱中的应用方法，将其用于固定减速器壳体，具体为：通过铝螺栓抗拉强度与铝制螺纹连接强度确定有效螺纹连接长度即壳体裙边中螺纹孔的深度；然后通过有限元算法对壳体结合面开度分析方法确定螺栓孔的跨距即相邻两个螺纹孔中心之间的直线距离；当固定螺栓时，在其弹性区域采用先扭矩预紧，再转角拧紧的方式紧固且预紧扭矩及转角通过螺栓接头实验方法确定。
所述的有限元算法对壳体结合面开度分析，具体步骤包括：
1.利用有限元算法对壳体进行网格划分，提取壳体刚度矩阵；
2.通过壳体刚度矩阵，提取齿轮档位力，再将档位力折算至轴承处，传至壳体；
3.将螺栓拧紧产生的轴向力施加于前后壳体上，提供预紧力；
4.利用有限元算法对壳体结合面进行开度分析。
所述的螺栓接头实验，具体步骤包括：
i.拧紧螺栓，通过超声波，测量螺栓的伸长量，建立扭矩、轴向力与伸长量关系；
ii.综合步骤i出扭矩、轴向力与伸长量的关系，绘制两者关系曲线；
iii.根据所需轴向力，通过步骤ii的曲线，获得相应的扭矩及转角。
所述的通过铝螺栓抗拉强度与铝制螺纹连接强度确定有效螺纹连接长度是指：铝制螺纹连接后，特定有效连接长度下，通过满扭矩拧紧，达到螺纹连接失效，要求失效模式必须为螺栓断裂，不能出校螺纹拉脱。合理的选择壳体裙边螺纹孔深度，以防螺纹过长引起材料浪费与机加工成本增加，或有效连接长度过短，连接强度不能满足设计要求。从而得到壳体裙边螺纹孔的深度，该深度优选为1.5倍的螺纹中径。
所述的螺纹孔之间的跨距即相邻两个螺纹孔中心之间的距离，由于铝螺栓硬度低，能达到的轴向力偏小，需减相邻螺纹孔之间的距离，保证足够的密封，其具体值为6倍的螺纹中径。
所述的螺栓的拧紧工艺即在弹性区域，采用扭矩+转角控制方法，先进行扭矩预紧，后进行转角拧紧，具体步骤为：对全自动的电动拧紧枪进行5Nm扭矩以及90°转角预设，最大限度利用铝螺栓在弹性区的性能，避免屈服，尽量减小扭矩散度，获得足够大的轴向力，保证螺栓连接的可靠性，达到密封的效果。
如图3所示，铝螺栓的最大扭矩的平均值在29.53Nm左右；如图4所示，铝螺栓的屈服扭矩的平均值在23.82Nm左右；如图5所示，采用5Nm扭矩+90°转角，所能达到扭矩的平均值在20.47Nm左右；如图6所示轴向力能够达到12.055KN。
根据螺栓所产生的轴向力，作为壳体连接密封分析输入条件，进行CAE模拟分析，如图7所示，为钢螺栓壳体连接密封分析结果，从图中可以看出使用钢制螺栓，壳体结合面的开度为5.7μm。
如图8所示，为铝螺栓壳体连接密封分析结果，从图中可以看出使用铝制螺栓，壳体结合面的开度为6.8μm。
从仿真结果上来看，铝螺栓的密封性虽然低于钢螺栓，但是其开度值都小于8μm，满足壳体密封性要求。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (1)
1.一种铝螺栓在新能源减速箱壳体中的应用，其特征在于，将其用于固定减速器壳体，具体为：通过铝螺栓抗拉强度与铝制螺纹连接强度确定有效螺纹连接长度，即壳体裙边中螺纹孔的深度；然后通过有限元算法对壳体结合面开度分析方法确定螺栓孔的跨距，即相邻两个螺纹孔中心之间的直线距离；当固定螺栓时，在其弹性区域采用先扭矩预紧，再转角拧紧的方式紧固且预紧扭矩及转角通过螺栓接头实验方法确定；
所述的有限元算法对壳体结合面开度分析，具体步骤包括：
1)利用有限元算法对壳体进行网格划分，提取壳体刚度矩阵；
2)通过壳体刚度矩阵，提取齿轮档位力，再档位力折算至轴承处，传至壳体；
3)将螺栓拧紧产生的轴向力施加于前后壳体上，提供预紧力；
4)利用有限元算法对壳体结合面进行开度分析；
所述的螺栓接头实验，具体步骤包括：
i.拧紧螺栓，通过超声波，测量螺栓的伸长量，建立扭矩、轴向力与伸长量关系；
ii.综合步骤i出扭矩、轴向力与伸长量的关系，绘制两者关系曲线；
iii.根据所需轴向力，通过步骤ii的曲线，获得相应的扭矩及转角；
所述的通过铝螺栓抗拉强度与铝制螺纹连接强度确定有效螺纹连接长度是指：铝制螺纹连接后，特定有效连接长度下，通过满扭矩拧紧，达到螺纹连接失效，从而得到壳体裙边螺纹孔的深度；
所述的失效是指：螺栓断裂且不能出校螺纹拉脱；
所述的壳体裙边螺纹孔的深度为1.5倍的螺纹中径；
当固定螺栓时，采用全自动电动拧紧枪设置成扭矩+转角的控制方式进行；
所述的壳体螺纹连接长度为前壳体裙边的厚度；
所述的螺纹孔之间的跨距为6倍的螺纹中径；
当固定螺栓时：对全自动的电动拧紧枪进行5Nm扭矩以及90°转角预设，最大限度利用铝螺栓在弹性区的性能，避免屈服，尽量减小扭矩散度，获得足够大的轴向力，保证螺栓连接的可靠性，达到密封的效果。
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