汽車半軸的設(shè)計(jì)

汽車半軸的設(shè)計(jì)一、半軸的定義及作用：定義：半軸是在差速器與驅(qū)動(dòng)輪之間傳遞動(dòng)力的實(shí)心軸,其

內(nèi)端與差速器半軸齒輪連接,而外端則與驅(qū)動(dòng)輪的輪轂(或制動(dòng)鼓\制動(dòng)盤等)相連。作用：從差速器傳來的扭矩經(jīng)過半軸、輪轂等，最終傳遞給車輪，是傳動(dòng)系中傳遞扭矩的一個(gè)重要零件。

二、半軸的分類半浮式、全浮式和3/4浮式三種，所謂”浮“是指卸除半軸的彎曲載荷而言，其中半浮式和全浮式兩種型式應(yīng)用的較為廣泛。1、半浮式半軸半浮式半軸除傳遞扭矩外,還要承受垂直力、側(cè)向力及縱向力所作用的彎矩；常用于質(zhì)量較小、使用條件較好、承載負(fù)荷也不大的轎車和微型客、貨汽車。1、半浮式半軸特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等。尺寸A尺寸B尺寸C尺寸D尺寸E尺寸FG與軸承配合與油封配合與油封配合與制動(dòng)鼓配合半軸桿部直徑輪轂螺栓分布尺寸花鍵參數(shù)1、半浮式半軸半浮式半軸的一些特征尺寸：2、全浮式半軸全浮式半軸除傳遞扭矩外,其它的力和力矩均由橋殼來承受。常應(yīng)用于輕型及以上的各種載貨汽車、越野車和客車。2、全浮式半軸特點(diǎn)：具有全浮式半軸驅(qū)動(dòng)橋外端結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本高，故小型汽車及轎車等不必采用。尺寸A尺寸B尺寸C尺寸D半軸軸徑花鍵參數(shù)輪轂螺栓分布尺寸半軸長度全浮式半軸的一些特征尺寸：2、全浮式半軸3、3/4浮式半軸3/4浮式半軸除傳遞扭矩外,其承受垂直力、側(cè)向力及縱向力所作用的彎矩需由半軸及橋殼的半軸套管來共同承受?？捎糜谵I車和微型、輕型客、貨車，但未得到推廣。三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、半浮式半軸計(jì)算載荷的確定以下三種可能的工況載荷：縱向力X2（驅(qū)動(dòng)力）最大時(shí)，沒有側(cè)向力作用，以下簡稱第一工況；側(cè)向力Y2最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，沒有縱向力作用，以下簡稱第二工況；汽車承受最大靜載荷時(shí)，垂向力最大，這時(shí)不考慮側(cè)向力和縱向力的作用，以下簡稱第三工況三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算材料40Cr軸承處半軸受力點(diǎn)距輪胎支承反力作用線的距離b32.5mm軸承處半軸直徑D40mm半軸桿部最小直徑Dminφ31.5mm半軸花鍵工作長度Lp35mm半軸花鍵外徑DBφ32.809mm相配的花鍵孔內(nèi)徑dAφ31.115mm半軸花鍵齒數(shù)z30半軸花鍵齒寬b1.66mm1、半浮式半軸計(jì)算載荷的確定H2半軸參數(shù)三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算第一工況:

垂向力:對左、右半軸來說gw：一側(cè)車輪（包括輪轂、制動(dòng)器等）本身對地面的垂直載荷；取值41×9.8=401.8NG2：后橋軸荷；取值1740×9.8=17052Nm’：汽車加速和減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對于后驅(qū)動(dòng)橋可取m’=1.2-1.4；三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算縱向力:按最大附著力計(jì)算φ：輪胎與地面的附著系數(shù)，取φ=0.8；G2：后橋軸荷；取值1740×9.8=17052Nm’：汽車加速和減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對于后驅(qū)動(dòng)橋可取m’=1.2-1.4；三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算縱向力:按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算ξ：差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于普通差速器取ξ=0.6；Temax：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；取280N.mηT：汽車傳動(dòng)系效率，計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)或取為0.9；iTL：傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比，即為變速器Ⅰ擋傳動(dòng)比、主減速比i0之乘積；取4.313×4.3=18.55rr：輪胎滾動(dòng)半徑；取0.33m。三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)際縱向力為上面的較小者，取值8184.96N

第一工況合成彎矩：b是輪胎中心與軸承中心的距離,取32.5mm。三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算左、右半軸所承受的扭矩為：三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算第二工況:

垂向力：對左半軸來說G2—汽車滿載靜止于水平地面上時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，此橋?yàn)?740×9.8=17052N。gw—一側(cè)車輪(包括車輪、輪轂、制動(dòng)鼓、制動(dòng)器等）自重，此橋?yàn)?1×9.8=401.8N。hg—汽車滿載時(shí)的質(zhì)心高度，此車為0.72m。B2—此車輪距，為1.65m。φ1—輪胎和地面的側(cè)向附著系數(shù)，取1.0。三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算G2—汽車滿載靜止于水平地面上時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，此橋?yàn)?740×9.8=17052N。gw—一側(cè)車輪(包括車輪、輪轂、制動(dòng)鼓、制動(dòng)器等）自重，此橋?yàn)?1×9.8=401.8N。hg—汽車滿載時(shí)的質(zhì)心高度，此車為0.72m。B2—此車輪距，為1.65m。φ1—輪胎和地面的側(cè)向附著系數(shù)，取1.0。第二工況:

垂向力：對右半軸來說三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算G2—汽車滿載靜止于水平地面上時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，此橋?yàn)?740×9.8=17052N。gw—一側(cè)車輪(包括車輪、輪轂、制動(dòng)鼓、制動(dòng)器等）自重，此橋?yàn)?1×9.8=401.8N。hg—汽車滿載時(shí)的質(zhì)心高度，此車為0.72m。B2—此車輪距，為1.65m。φ1—輪胎和地面的側(cè)向附著系數(shù)，取1.0。第二工況:

側(cè)向力：對左半軸來說三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算G2—汽車滿載靜止于水平地面上時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，此橋?yàn)?740×9.8=17052N。gw—一側(cè)車輪(包括車輪、輪轂、制動(dòng)鼓、制動(dòng)器等）自重，此橋?yàn)?1×9.8=401.8N。hg—汽車滿載時(shí)的質(zhì)心高度，此車為0.72m。B2—此車輪距，為1.65m。φ1—輪胎和地面的側(cè)向附著系數(shù)，取1.0。第二工況:

側(cè)向力：對右半軸來說三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算第二工況垂向力和側(cè)向力作用下的合成彎矩為：三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算第三工況:半軸只受垂向彎矩Kd—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，取2.5；三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算2、全浮式半軸計(jì)算載荷的確定

按最大附著力計(jì)算半軸轉(zhuǎn)矩T；

按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算半軸轉(zhuǎn)矩T的公式驅(qū)動(dòng)型式計(jì)算公式4×24×46×6三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算2、全浮式半軸計(jì)算載荷的確定ξ:差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù),對于普通圓錐行星齒輪差速器ξ=0.6ig1：變速器I擋傳動(dòng)比iFH：分動(dòng)器高檔傳動(dòng)比iFL：分動(dòng)器低檔傳動(dòng)比i0：主減速比三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3、半軸的強(qiáng)度計(jì)算半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：d—在“b”段范圍內(nèi),半軸直徑40mm。[τ]—半軸扭轉(zhuǎn)的許用應(yīng)力，可取為[τ]=490~588MPaT—半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取2701.04N·m三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3、半軸的強(qiáng)度計(jì)算半軸的彎曲應(yīng)力：d—在“b”段范圍內(nèi),半軸直徑40mm。M∑—半軸承受的合成彎矩，分三種工況。工況一：工況二：工況三：三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3、半軸的強(qiáng)度計(jì)算半軸的合成應(yīng)力：τ—半軸承受的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。半浮式半軸許用合成應(yīng)力600～750(MPa)。σw—半軸承受的彎曲應(yīng)力，分三種工況。工況一：工況二：工況三：三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3、半軸的強(qiáng)度計(jì)算半軸花鍵的剪切應(yīng)力：DB—半軸花鍵外徑32.809mm。dA—與半軸花鍵配合的花鍵孔內(nèi)徑31.115mm。z—半軸花鍵齒數(shù)30。Lp—半軸花鍵工作長度35mm。b—半軸花鍵齒寬1.66mm。φ—半軸花鍵載荷分配的不均勻系數(shù)，取0.75。三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3、半軸的強(qiáng)度計(jì)算半軸花鍵的剪切應(yīng)力：71.05(MPa)－半軸花鍵許用剪切應(yīng)力。三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3、半軸的強(qiáng)度計(jì)算半軸花鍵的擠壓應(yīng)力：196(MPa)－半軸花鍵許用擠壓應(yīng)力。三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算4、全浮式半軸桿部直徑的初選

方法一：d---半軸的桿部直徑，mm；T---半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；[τ]---半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，MPa。

三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算4、全浮式半軸桿部直徑的初選

方法二：例如，當(dāng)半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩T=9800N·m時(shí)，如取扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ=539MPa，則半軸的桿部直徑d按圖得45mm。三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算5、半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理5.1、在保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能要求條件下，推薦采用的半軸材料牌號為40Cr、42CrMo、40MnB、40CrMnMo、35CrMo等等5.2、半軸熱處理工藝，推薦采用預(yù)調(diào)質(zhì)處理后表面中頻淬火處理工藝。預(yù)調(diào)質(zhì)處理后心部硬度為HRC24～30；中頻淬火處理后桿部表面硬度不低于HRC52；花鍵處允許降低3個(gè)硬度單位，桿部硬化層深度范圍為桿部直徑的10～20％，硬化層深度變化不大于桿部直徑的5％，桿部圓角應(yīng)淬硬，法蘭盤可不調(diào)質(zhì)。5.3、感應(yīng)淬火后半軸的金相組織

預(yù)調(diào)質(zhì)處理后表面中頻淬火處理，硬化層為回火馬氏體，心部為回火索氏體；三、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算5、半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理5.4、粗糙度：法蘭盤安裝端面不大于Ra3．2，經(jīng)過加工的桿部不大于

Ra6.3，與軸承配合表面不大于Ra0.8，與防塵油封配合表面不大于Ra0.8，與半軸油封配合表面粗糙度為Ry(0.8-3.2)，花鍵表面粗糙度不大于Ra3.2；5.5、半軸應(yīng)100%探傷檢查；5.6、半軸表面不應(yīng)有折疊、凹陷、黑皮、砸痕、裂紋等缺陷。桿部表面允許有磨去裂紋的痕跡，磨削后存在的磨痕深度不大于0.5mm，同一橫斷面不允許超過兩處。5.7、油封配合處、軸承配合處、花鍵處加工后，應(yīng)預(yù)以防護(hù)，禁止磕碰。三、半軸的臺(tái)架試驗(yàn)1、半軸的靜扭試驗(yàn)三、半軸的臺(tái)架試驗(yàn)1、半軸的靜扭試驗(yàn)三、半軸的臺(tái)架試驗(yàn)1、半軸的靜扭試驗(yàn)三、半軸的臺(tái)架試驗(yàn)1、半軸的靜扭試驗(yàn)安裝完后即可啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使扭力機(jī)平緩的對半軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加載，同時(shí)記錄各選定載荷下的半軸扭轉(zhuǎn)角。注意記下半軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的彈性極限、屈服極限和破壞等特性點(diǎn)處的扭轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)載荷值。半軸靜扭強(qiáng)度試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)：K