汽车半轴的设计计算

汽车半轴的设计一、半轴的定义及作用：●定义：●半轴是在差速器与驱动轮之间传递动力的实心轴,其内端与差速器半轴齿轮连接,而外端则与驱动轮的轮毂(或制动鼓\制动盘等)相连。●作用：●从差速器传来的扭矩经过半轴、轮毂等，最终传递给车轮，是传动系中传递扭矩的一个重要零件。二、半轴的分类●半浮式、全浮式和3/4浮式三种，所谓”浮“是指卸除半轴的弯曲载荷而言，其中半浮式和全浮式两种型式应用的较为广泛。1、半浮式半轴半浮式半轴除传递扭矩外,还要承受垂直力、侧向力及纵向力所作用的弯矩；常用于质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车和微型客、货汽车。1、半浮式半轴特点：结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等。尺寸A尺寸B尺寸C尺寸D尺寸E尺寸FG与轴承配合与油封配合与油封配合与制动鼓配合半轴杆部直径轮毂螺栓分布尺寸花键参数1、半浮式半轴•半浮式半轴的一些特征尺寸：2、全浮式半轴全浮式半轴除传递扭矩外,其它的力和力矩均由桥壳来承受。常应用于轻型及以上的各种载货汽车、越野车和客车。2、全浮式半轴特点：具有全浮式半轴驱动桥外端结构比较复杂，制造成本高，故小型汽车及轿车等不必采用。尺寸A尺寸B尺寸C尺寸D半轴轴径花键参数轮毂螺栓分布尺寸半轴长度•全浮式半轴的一些特征尺寸：2、全浮式半轴3、3/4浮式半轴3/4浮式半轴除传递扭矩外,其承受垂直力、侧向力及纵向力所作用的弯矩需由半轴及桥壳的半轴套管来共同承受。可用于轿车和微型、轻型客、货车，但未得到推广。三、半轴的设计计算1、半浮式半轴计算载荷的确定以下三种可能的工况载荷：纵向力X2（驱动力）最大时，没有侧向力作用，以下简称第一工况；侧向力Y2最大时，其最大值发生于侧滑时，没有纵向力作用，以下简称第二工况；汽车承受最大静载荷时，垂向力最大，这时不考虑侧向力和纵向力的作用，以下简称第三工况三、半轴的设计计算材料40Cr轴承处半轴受力点距轮胎支承反力作用线的距离b32.5mm轴承处半轴直径D40mm半轴杆部最小直径Dminφ31.5mm半轴花键工作长度Lp35mm半轴花键外径DBφ32.809mm相配的花键孔内径dAφ31.115mm半轴花键齿数z30半轴花键齿宽b1.66mm1、半浮式半轴计算载荷的确定H2半轴参数三、半轴的设计计算第一工况:垂向力:对左、右半轴来说wwRLgGmgZZZ22'2'2'2•gw：一侧车轮（包括轮毂、制动器等）本身对地面的垂直载荷；取值41×9.8=401.8N•G2：后桥轴荷；取值1740×9.8=17052N•m’：汽车加速和减速时的质量转移系数，对于后驱动桥可取m’=1.2-1.4；4.98298.4012170522.1三、半轴的设计计算•纵向力:按最大附着力计算22'22GmXXRL•φ：轮胎与地面的附着系数，取φ=0.8；•G2：后桥轴荷；取值1740×9.8=17052N•m’：汽车加速和减速时的质量转移系数，对于后驱动桥可取m’=1.2-1.4；N96.81848.02170522.1三、半轴的设计计算•纵向力:按发动机最大转矩计算rTTLeRLriTXX/max22•ξ：差速器的转矩分配系数，对于普通差速器取ξ=0.6；•Temax：发动机最大转矩；取280N.m•ηT：汽车传动系效率，计算时可忽略不计或取为0.9；•iTL：传动系最低档传动比，即为变速器Ⅰ挡传动比、主减速比i0之乘积；取4.313×4.3=18.55•rr：轮胎滚动半径；取0.33m。N272.849933.0/9.055.182806.0三、半轴的设计计算•实际纵向力为上面的较小者，取值8184.96N第一工况合成弯矩：222'2222'2)()(RRLLXZbXZbM2296.81844.98290325.0•b是轮胎中心与轴承中心的距离,取32.5mm。mN7.415三、半轴的设计计算左、右半轴所承受的扭矩为：rRrLrXrXT2233.096.8184mN04.2701三、半轴的设计计算第二工况:垂向力：对左半轴来说wgwLLgBhGgZZ2122'2212•G2—汽车满载静止于水平地面上时驱动桥给地面的载荷，此桥为1740×9.8=17052N。•gw—一侧车轮(包括车轮、轮毂、制动鼓、制动器等）自重，此桥为41×9.8=401.8N。•hg—汽车满载时的质心高度，此车为0.72m。•B2—此车轮距，为1.65m。•φ1—轮胎和地面的侧向附着系数，取1.0。8.40165.1172.021217052N07.15565三、半轴的设计计算wgwRRgBhGgZZ2122'2212•G2—汽车满载静止于水平地面上时驱动桥给地面的载荷，此桥为1740×9.8=17052N。•gw—一侧车轮(包括车轮、轮毂、制动鼓、制动器等）自重，此桥为41×9.8=401.8N。•hg—汽车满载时的质心高度，此车为0.72m。•B2—此车轮距，为1.65m。•φ1—轮胎和地面的侧向附着系数，取1.0。8.40165.1172.021217052N33.683第二工况:垂向力：对右半轴来说三、半轴的设计计算12122212BhGYgL•G2—汽车满载静止于水平地面上时驱动桥给地面的载荷，此桥为1740×9.8=17052N。•gw—一侧车轮(包括车轮、轮毂、制动鼓、制动器等）自重，此桥为41×9.8=401.8N。•hg—汽车满载时的质心高度，此车为0.72m。•B2—此车轮距，为1.65m。•φ1—轮胎和地面的侧向附着系数，取1.0。165.1172.021217052N87.15966第二工况:侧向力：对左半轴来说三、半轴的设计计算12122212BhGYgR•G2—汽车满载静止于水平地面上时驱动桥给地面的载荷，此桥为1740×9.8=17052N。•gw—一侧车轮(包括车轮、轮毂、制动鼓、制动器等）自重，此桥为41×9.8=401.8N。•hg—汽车满载时的质心高度，此车为0.72m。•B2—此车轮距，为1.65m。•φ1—轮胎和地面的侧向附着系数，取1.0。165.1172.021217052N13.1085第二工况:侧向力：对右半轴来说三、半轴的设计计算第二工况垂向力和侧向力作用下的合成弯矩为：bZrYMLrLL'220325.007.1556533.087.15966mN2.4763bZrYMRrRR'220325.033.68333.013.1085mN3.380三、半轴的设计计算第三工况:半轴只受垂向弯矩bgGkMwdV22•Kd—动载荷系数，取2.5；0325.08.4012170525.209.660三、半轴的设计计算2、全浮式半轴计算载荷的确定按最大附着力计算半轴转矩T；按发动机最大转矩计算半轴转矩T的公式驱动型式计算公式4×24×46×6FHgeiiiTT0max2/0maxFLgeiiiTT2/0maxFHgeiiiTT3/0maxFLgeiiiTT2/FLFHii2/FLFHii3/2/FLFHii3/2/FLFHii0maxiiTTge三、半轴的设计计算2、全浮式半轴计算载荷的确定•ξ:差速器转矩分配系数,对于普通圆锥行星齿轮差速器ξ=0.6•ig1：变速器I挡传动比•iFH：分动器高档传动比•iFL：分动器低档传动比•i0：主减速比三、半轴的设计计算3、半轴的强度计算半轴的扭转应力：331016dT•d—在“b”段范围内,半轴直径40mm。•[τ]—半轴扭转的许用应力，可取为[τ]=490~588MPa3310401614.304.270105.215•T—半轴的计算转矩，取2701.04N·m][三、半轴的设计计算3、半轴的强度计算半轴的弯曲应力：331032dMw•d—在“b”段范围内,半轴直径40mm。3310403214.37.415MPa08.66•M∑—半轴承受的合成弯矩，分三种工况。工况一：工况二：工况三：MPaw5.758MPaw1.105三、半轴的设计计算3、半轴的强度计算半轴的合成应力：223w•τ—半轴承受的扭转应力。•半浮式半轴许用合成应力600～750(MPa)。2205.215308.66MPa3.378•σw—半轴承受的弯曲应力，分三种工况。工况一：工况二：工况三：223w223w2205.21535.7582205.21531.105MPa845MPa387三、半轴的设计计算3、半轴的强度计算半轴花键的剪切应力：bzLdDTPABs4103•DB—半轴花键外径32.809mm。•dA—与半轴花键配合的花键孔内径31.115mm。•z—半轴花键齿数30。•Lp—半轴花键工作长度35mm。•b—半轴花键齿宽1.66mm。•φ—半轴花键载荷分配的不均匀系数，取0.75。三、半轴的设计计算3、半轴的强度计算半轴花键的剪切应力：bzLdDTPABs4103MPa3.129•71.05(MPa)－半轴花键许用剪切应力。75.066.135304115.31809.321004.27013三、半轴的设计计算3、半轴的强度计算半轴花键的挤压应力：PABABszLdDdDT24103MPa4.253•196(MPa)－半轴花键许用挤压应力。75.035302115.31809.324115.31809.321004.27013三、半轴的设计计算4、全浮式半轴杆部直径的初选方法一：33318.2~05.2196.010TTd•d---半轴的杆部直径，mm；•T---半轴的计算转矩，N·m；•[τ]---半轴扭转许用应力，MPa。三、半轴的设计计算4、全浮式半轴杆部直径的初选方法二：例如，当半轴的计算转矩T=9800N·m时，如取扭转应力τ=539MPa，则半轴的杆部直径d按图得45mm。三、半轴的设计计算5、半轴的结构设计及材料与热处理5.1、在保证产品设计性能要求条件下，推荐采用的半轴材料牌号为40Cr、42CrMo、40MnB、40CrMnMo、35CrMo等等5.2、半轴热处理工艺，推荐采用预调质处理后表面中频淬火处理工艺。预调质处理后心部硬度为HRC24～30；中频淬火处理后杆部表面硬度不低于HRC52；花键处允许降低3个硬度单位，杆部硬化层深度范围为杆部直径的10～20％，硬化层深度变化不大于杆部直径的5％，杆部圆角应淬硬，法兰盘可不调质。5.3、感应淬火后半轴的金相组织预调质处理后表面中频淬火处理，硬化层为回火马氏体，心部为回火索氏体；三、半轴的设计计算5、半轴的结构设计及材料与热处理5.4、粗糙度：法兰盘安装端面不大于Ra3．2，经过加工的杆部不大于Ra6.3，与轴承配合表面不大于Ra0.8，与防尘油封配合表面不大于Ra0.8，与半轴油封配合表面粗糙度为Ry(0.8-3.2)，花键表面粗糙度不大于Ra3.2；5.5、半轴应100%探伤检查；5.6、半轴表面不应有折叠、凹陷、黑皮、砸痕、裂纹等缺陷。杆部表面允许有磨去裂纹的痕迹，磨削后存在的磨痕深度不大于0.5mm，同一横断面不允许超过两处。5.7、油封配合处、轴承配合处、花键处加工后，应预以防护，禁止磕碰。三、半轴的台架试验1、半轴的静扭试验三、半轴的台架试验1、半轴的静扭试验三、半轴的台架试验1、半轴的静扭试验三、半轴的台架试验1、半轴的静扭试验安装完后即可启动电动机，使扭力机平缓的