汽车驱动轴的强度设计

汽车驱动轴的强度设计李延超陈善武孙辉海马轿车有限公司450016【摘要】本文着重介绍驱动轴参数选用、设计和匹配的过程。【关键词】汽车，驱动轴，设计，匹配。【Abstract】thispapermostlyintroducesthedriveshaft,includechoiceparameterandtheprocessofdesign、match.Keywords：car；driveshaft;design;match1.前言驱动轴是一种传递传动、扭矩的轴总成，负责将变速箱的扭力传递到前轮毂总成。驱动轴总成由等速内球笼、等速外球笼和中间轴组成，内万向节可弯曲，并可沿轴向向内和向外移动，外万向节也可弯曲，但不能向内或向外轴向移动。外万向节使用球笼式等速万向节，内万向节使用三球销式万向节。2.发动机与传动部分基本参数参照某车型：发动机最大扭矩（N·m）123发动机最大扭矩时转速（rpm）4000发动机最大最大功率时转速（rpm）6000变速器Ⅰ档传动比Ig13.308变速器最高档（Ⅴ档）传动比Ig0.763主减速器传动比0gi4.158变速器传动效率η0.95车满载总质量（kg）1475车满载前轴荷（kg）7523传动轴直径的计算3][16τπTD≥式中：T—传动系计算最大扭矩,N.m201maxηggediiTkT=dK—猛接离合器所产生的动载系数;因为0.195=maxeaTgm916.22﹥16（am为汽车满载质量）1,0==∴dikf（if为性能系数）][τ—传动轴扭转许应力,Mpa][τ=490~588MPaη—系统传动效率1gi—变速器一挡传动比，13.308i=0gi—主减速器传动比，04.158i=D—传动轴直径，mm代入公式的3][16σπTD≥=20.2mm4.传动轴的校核计算4.1根据所传动最大转矩、额定转速和传动轴长度。传动轴临界转速n.(r/min)为：min/7.5564102.12228rLdDNe=+×=式中：D——传动轴轴管外径，为φ20.2mmd——传动轴轴管内径，为φ0mmL——传动轴两万向节中心距，左、右半轴中取最长为依据，660mm实际上传动轴的最大转速189101max==ggCeiINNr/minCN为发动机的最高转速。由于传动轴平衡的误差影响，实际临界转速要低于计算的值eN，因此需要引入安全系数maxeeNNK=，9.2=K4.2传动轴的扭转应力校核传动轴除了应满足临界转速的要求外，还应保证有足够的扭转强度。对于传动轴传动的最大扭转应力τ（MPa）按下式计算：][)(1644τπτ≤−=dDDT式中：T—传动系计算转矩，按驱动轮打滑和发动机最大扭矩时一挡传动比来计算，N.m.[]τ——许用扭转应力，由于所计算的传动轴在使用中起着半轴的作用，因而其要求与半轴相同。半轴的扭转许应力为490~588MPa4.3按驱动轮打滑来计算传动轴扭矩ssTmmrsirmGTηϕ2'11s=（2）式中：1G——满载状态下前轴满载荷，NG6.73691＝；'1m——汽车最大加速度时前轴的负荷转移系数，轿车80.0'1=m～85.0ϕ——轮胎与路面间的附着系数0.8~0.85，对于安装一般轮胎的公路用汽车，在良好混凝土或沥青路面上，ϕ可取0.85rr——车轮滚动半径，mrr293.0=mi——主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，1=mimη——主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，1=mηTSS=).(2.734mN4.4按发动机最大转矩和一挡传动比来计算传动轴扭矩esT：nikiTkTggedse201maxη=（3）式中：dk——猛接离合器所产生的动载系数因为0.195=maxeaTgm916.22﹥16（am为汽车满载质量）1,0==∴dikf（if为性能系数）maxeT——发动机最大转矩，maxeT=123N.mk——为液力变矩器变矩系数，取1=k1gi——变速器一挡传动比，308.31=gi0gi——主减速器传动比，158.40=giη——发动机到传动轴之间的传动效率，取95.0=ηTse=803.616（N.m）对等速传动轴进行扭转强度计算时，计算载荷sT取seT和ssT两者中的较小值，],min[sssesTTT=∴≤734.2()ssTNm=⋅代入公式得：τ=307.5（MPa）[]τ=490（MPa）判断传动轴合格4.5静扭强度计算对等速传动轴进行静强度计算时，计算载荷sT取seT和ssT两者中的较小值，静扭强度：M=KT=S2.5342.1810135.724=×(N.m)（4）K：静扭强度失效后备系数，取1.8min--2.5max5.传动轴扭转刚度计算校核根据车型总布置方案，传动轴长度为660mm，根据经验，需进行扭转刚度校核，以确定传动轴直径是否满足整车性能要求。5.1传动轴等刚度计算校核轴扭转角简化计算公式：[]ϕϕ≤=4584GdlTs（6-1）式中：[]ϕ——扭转变形许用值，本计算取0.25°～0.5°/m。l——轴受扭转作用的长度(mm)；G——材料的切变模量(MPa)6101.1×；d——轴直径(mm)5.2传动轴扭转角计算校核根据公式(6-1)，可得：左轴：==4584左左左GdlTsϕ0.002°/mm=0.3°/m[]ϕ≤以上理论计算校核可知，传动轴刚度、扭转角满足性能要求。6.结论综合以上计算过程，该型号的驱动轴能够满足整车使用要求，满足国家法规和标准，说明该驱动轴参数选择正确、可行。参考文献1.耶尔森·赖姆帕尔.汽车底盘基础[M].科学普及出版社，19922.王文斌.机械设计手册(新版)[M].北京:机械工业出版社，2007作者简介：李延超，（1984.11），男，河南周口人，海马轿车有限公司，郑州市航海东路1689号，从事汽车底盘设计工作。电话：[phone]。陈善武，（1987.07），男，河南商丘人，海马轿车有限公司，郑州市航海东路1689号，从事汽车底盘设计工作。电话：[phone]，E-mail：[e-mail]。孙辉，（1982.03），男，河南商丘人，从事底盘设计工作，海马轿车有限公司，郑州市航海东路1689号，0371-60608020。