0 前言
后桥总成是汽车传动系统中的重要组成部分，它包括后桥壳总成（以下简称“桥壳”）和内部装配的各种零件。桥壳通常由铸铁或铝合金制成，桥壳的主要功能是支撑和固定后轮驱动系统的各个部件，包括差速器、轴承、轴套和内半轴等，它还负责将发动机产生的动力通过差速器传递到后轮，驱动车辆行驶。
桥壳上会根据不同的悬架结构形式焊接各种支架，包括减振器支架、推力杆支架、稳定杆支架、纵拉杆支架、油管支架及螺簧座等，再加上桥壳本体的焊接，设计时必须考虑各个支架的布置位置、焊接强度以及各个焊接位置彼此间焊缝的影响，同时留有一定的设计安全余量，确保后桥在受到地面冲击以及疲劳载荷时仍能正常使用。
1 后桥总成结构说明
如图1所示，后桥总成主要由以下零部件组成，包括主减速器总成、桥壳总成、桥管和各支架等，主减速器总成根据整车的需求实现转矩的增加和转速的降低，同时其内包含了差速器总成，实现车辆的差速，便车辆顺利转弯，桥壳总成起到支撑和保护其内部零部件的作用。
图1 后桥总成结构
2 故障现象
某车型EP（工程样车）阶段的整车可靠性试验过程中，在完成9000km强化路及2057km越野路后出现了桥壳三角板焊缝开裂漏油以及后横向推力杆右侧支架与桥连接处出现裂纹的问题。
3 原因分析
3.1 后桥壳产品设计排查
产品设计过程主要从桥壳强度（如：桥壳本体强度CAE分析）、本体强度和焊接强度的验证表现等方面来分析。
通过对桥壳开裂渗油部位（三角板）的CAE分析（如图2），在垂向4g工况下，开裂处应力为105MPa，横向2g工况下，开裂处应力为96.8MPa，对角跳2g工况下，开裂处应力为174.1MPa，均低于材料屈服强度355MPa（材料为510L）。
图2 桥壳（三角板）本体CAE分析
通过对桥壳开裂渗油部位（三角板）的CAE分析发现，在垂向4g工况下，开裂处附近应力为121.7MPa，向2g工况下，开裂处应力为39.9MPa，对角跳2g工况下，开裂处应力为89.3MPa，均低于材料屈服强度355MPa（材料为510L）。
3.2 供应商制造过程排查
通过鱼骨图从供应商制造过程的人、机、料、法、环和测等方面分析，如图3所示，结合开裂渗油故障分布主要在桥壳三角板焊缝、桥壳与支架焊接处，从故障现象分析，桥壳本体物料强度、焊接强度为要因，详见文中后续分析。
图3 零部件制造过程鱼骨图分析
现场审核后发现了四项问题，包括部分支架的尺寸与设计状态不符、与桥壳的配合间隙过大和焊缝不连续等，问题记录：
（1）上纵拉杆支架、减振器支架、螺簧座与桥壳配合部位尺寸与设计状态不符，焊接夹具定位后，与桥壳存在干涉，进行了打磨处理；
（2）上纵拉杆支架与桥壳配合部位间隙过大，且不均匀，间隙约为3～6mm不等，临时将支架沿Z向下移2～3mm左右，保证可实现焊接；
（3）横向推力杆支架、减震器支架、螺簧座与桥壳配合部位间隙较大，且不均匀，间隙约为1～4mm不等；
（4）部分横向推力杆支架下边缘与桥壳焊接的直焊缝与圆弧处焊缝不连续现场焊接人员未按要求焊接（要求一道焊接）。
通过以上分析，制定排查分析表，确定主要原因为两点。
排查分析：
（1）后桥壳总成(产品设计)
①桥壳厚度：开裂区域属质劳耐久，CAE分析覆盖不全为主要因素；②桥壳结构、本体板材：成熟结构，板材采用510L，性能满足，非真因；③承载、耐久仿真：仿真工况有纵向4g工况、横向2g工况、对角跳2g工况等，但CAE分析无法完全模拟桥壳复杂受力的薄的部位损伤，存在仿真偏差，是影响因素。
（2）供应商制造过程(含工艺设计)
①人：设计人员、工艺白检管控、现场操工、检验人员等涉及相关人员排查，均为有经验的具有相应的能力（非真因）②机：推力杆支座本体、螺酱座、上纵拉杆支架本体焊接夹具、采用软膜件，焊接精度不稳定-影响因素；台式三坐标、移动三坐标，桥壳总成检具、支架检具（非真因）；半壳体压制、半壳体装配、焊接夹具、辅具、防护等设备工装排查结果，基本符合，能力可以满足（非真因）；③料：各支架与桥壳间隙比较大，焊质量难以保证（主要因素）；桥壳半壳体、三角板（非真因）；④法：对桥壳半体与三角板的焊接起弧点、收弧点规定模糊，需要重新明确（影响因素）；机加工工艺基本成熟:首件进行关键尺寸三坐标检测，合格-非真因；基于成熟车型的冲压工艺，首模件进行关键尺寸检测合格（非真因）；⑤环：生产工位、物料器具现场环境不太整洁，关键工位机器人操作（非真因）⑥测：加工尺寸样件三坐标检测，焊缝检测采用剖切深检测（非真因）。
（3）整车试验环境
各试验场路况有差异，但对后桥开裂造成渗油的的考核度差异性不大（非真因）。
（1）12工况为极限工况，CAE分析满足要求，虽然分析应力低于材料屈服强度，但CAE分析无法完全模拟桥壳复杂受力的薄弱部位会受到损伤，开裂区域属疲劳耐久，CAE分析覆盖不全。
（2）桥壳上各支架与桥壳间隙比较大，焊接质量难以保证。
4 改进措施及验证
4.1 改进方案的技术依据
基于上述分析，改进方案聚焦于两个核心方向：桥壳结构强化与应力集中区域优化。对于桥壳本体，通过有限元仿真对比发现，当桥壳厚度由5mm增至6mm时，关键区域的应力集中系数可降低23%～28%。这一调整不仅提升了结构的抗疲劳性能，更重要的是改善了焊接接头的应力匹配状态。针对横向推力杆支架的改进，则借鉴了航空器翼梁根部圆角设计的理念，将原有R2mm的过渡圆角扩大至R5mm。这种设计使应力流线更加平顺，有效避免了应力奇异性点的产生。通过ANSYS Workbench建立的三维实体模型分析显示，改进后支架根部的Von Mises应力峰值由182MPa降至127MPa，降幅达29.7%，显著降低了裂纹产生的可能性。
该方案的制定充分体现了多学科协同优化的思想，即材料工程师参与确定新型板材的匹配性，焊接工艺师重新设计了分段退火工艺以消除厚板焊接残余应力，CAE分析团队建立了包含12种典型路面激励谱的疲劳寿命预测模型。这种系统性改进确保了技术方案既满足当前可靠性要求，又为未来产品升级预留了足够的强度裕度。
4.2 改进方案验证结论
针对以上两点原因，制定措施。
（1）更改桥壳本体厚度，由5mm改为6mm。
（2）优化后横向推力杆支架设计结构，将后横向推力杆支架根部圆角加大，与桥壳设计为大圆角过渡配合，使其应力分散。采取改进措施后，桥管的最大塑变大大降低，原推力杆支架开裂位置无塑性变形，如表CAE分析，同时改进后的样件经过新的一轮可靠性重新验证，无问题。
5 结语
本文对后桥壳开裂渗油问题进行了分析，提出了改进措施，在桥壳支架设计时，应充分考虑支架的受力情况，要避免支架存在应力集中的风险，同时在结构件设计开发过程中CAE分析作为常规应用手段，对大部分工况可以予以覆盖，但对一些极端恶劣工况是无法完全模拟的，针对一些特殊工况无法做到完全覆盖，零部件的设计中需考虑一些特殊工况及场景下的使用，避免出现类似问题。
参考文献
[1] 刘惟信，汽车设计[M].北京：清华大学出版社,2001.
[2] 《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册设计篇[M].北京:人民交通出版社,2001.
[3] 陈祝年.焊接工程师手册[M].2版.北京:机械工业出版社,2009.10.
[4] QC/T533-1999.汽车驱动桥台架试验方法[S].北京：国家机械工业局，1999.
[5] QC/T534-1999.汽车驱动桥台架试验评价指标[S].北京：国家机械工业局，1999
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