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汽车半轴的设计 3 18 2020 1 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 3 18 2020 2 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 3 18 2020 3 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 3 18 2020 4 1 半浮式半轴 特点 结构简单 质量小 尺寸紧凑 造价低廉等 3 18 2020 5 1 半浮式半轴 半浮式半轴的一些特征尺寸 3 18 2020 6 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 3 18 2020 7 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 3 18 2020 8 全浮式半轴的一些特征尺寸 2 全浮式半轴 3 18 2020 9 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 3 18 2020 10 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 3 18 2020 11 三 半轴的设计计算 1 半浮式半轴计算载荷的确定 H2半轴参数 3 18 2020 12 三 半轴的设计计算 第一工况 垂向力 对左 右半轴来说 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 8NG2 后桥轴荷 取值1740 9 8 17052Nm 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 3 18 2020 13 三 半轴的设计计算 纵向力 按最大附着力计算 轮胎与地面的附着系数 取 0 8 G2 后桥轴荷 取值1740 9 8 17052Nm 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 3 18 2020 14 三 半轴的设计计算 纵向力 按发动机最大转矩计算 差速器的转矩分配系数 对于普通差速器取 0 6 Temax 发动机最大转矩 取280N m T 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 挡传动比 主减速比i0之乘积 取4 313 4 3 18 55rr 轮胎滚动半径 取0 33m 3 18 2020 15 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 b是轮胎中心与轴承中心的距离 取32 5mm 3 18 2020 16 三 半轴的设计计算 左 右半轴所承受的扭矩为 3 18 2020 17 三 半轴的设计计算 第二工况 垂向力 对左半轴来说 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 1 轮胎和地面的侧向附着系数 取1 0 3 18 2020 18 三 半轴的设计计算 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 1 轮胎和地面的侧向附着系数 取1 0 第二工况 垂向力 对右半轴来说 3 18 2020 19 三 半轴的设计计算 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 1 轮胎和地面的侧向附着系数 取1 0 第二工况 侧向力 对左半轴来说 3 18 2020 20 三 半轴的设计计算 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 1 轮胎和地面的侧向附着系数 取1 0 第二工况 侧向力 对右半轴来说 3 18 2020 21 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 3 18 2020 22 2020 3 18 23 三 半轴的设计计算 第三工况 半轴只受垂向弯矩 Kd 动载荷系数 取2 5 3 18 2020 24 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 3 18 2020 25 三 半轴的设计计算 2 全浮式半轴计算载荷的确定 差速器转矩分配系数 对于普通圆锥行星齿轮差速器 0 6ig1 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 3 18 2020 26 三 半轴的设计计算 3 半轴的强度计算 半轴的扭转应力 d 在 b 段范围内 半轴直径40mm 半轴扭转的许用应力 可取为 490 588MPa T 半轴的计算转矩 取2701 04N m 3 18 2020 27 三 半轴的设计计算 3 半轴的强度计算 半轴的弯曲应力 d 在 b 段范围内 半轴直径40mm M 半轴承受的合成弯矩 分三种工况 工况一 工况二 工况三 3 18 2020 28 三 半轴的设计计算 3 半轴的强度计算 半轴的合成应力 半轴承受的扭转应力 半浮式半轴许用合成应力600 750 MPa w 半轴承受的弯曲应力 分三种工况 工况一 工况二 工况三 3 18 2020 29 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 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 半轴花键载荷分配的不均匀系数 取0 75 3 18 2020 30 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 71 05 MPa 半轴花键许用剪切应力 3 18 2020 31 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 196 MPa 半轴花键许用挤压应力 3 18 2020 32 三 半轴的设计计算 4 全浮式半轴杆部直径的初选 方法一 d 半轴的杆部直径 mm T 半轴的计算转矩 N m 半轴扭转许用应力 MPa 3 18 2020 33 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 539MPa 则半轴的杆部直径d按图得45mm 3 18 2020 34 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 3 18 2020 35 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 3 18 2020 36 三 半轴的台架试验 1 半轴的静扭试验 3 18 2020 37 三 半轴的台架试验 1 半轴的静扭试验 3 18 2020 38 三 半轴的台架试验 1 半轴的静扭试验 3 18 2020 39 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 使扭力机平缓的对半轴进行扭转加载 同时记录各选定载荷下的半轴扭转角 注意记下半轴扭转时的弹性极限 屈服极限和破坏等特性点处的扭转角和扭转载荷值 半轴静扭强度试验评价指标 K M Mj 1 8式中 K 静扭强度失效后系数 M 半轴破坏扭矩 N m Mj 半轴的计算 计算方式同前 3 18 2020 40 三 半轴的台