汽車半軸的設計

1、汽車半軸的設計一、半軸的定義及作用：定義：半軸是在差速器與驅動輪之間傳遞動力的實心軸,其 內端與差速器半軸齒輪連接,而外端則與驅動輪的輪轂(或制動鼓制動盤等)相連。作用：從差速器傳來的扭矩經過半軸、輪轂等，最終傳遞給車輪，是傳動系中傳遞扭矩的一個重要零件。 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、側向力及縱向力所作用的彎矩；常用于質量較小、使用條件較好、承載負荷也不大的轎車和微型客、貨汽車。1、半浮式半軸特點： 結構簡單、質量小、尺寸緊湊、造價低廉等。1、

2、半浮式半軸半浮式半軸的一些特征尺寸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： 具有全浮式半軸驅動橋外端結構比較復雜，制造成本高，故小型汽車及轎車等不必采用。全浮式半軸的一些特征尺寸：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。可用于轎車和微型、輕型客、貨車，但未得到推廣。三、半軸的設計計算1、半浮式半軸計算載荷的確定以下三種可能的工況載荷：縱向力X2（驅動力）

3、最大時，沒有側向力作用，以下簡稱第一工況；側向力Y2最大時，其最大值發(fā)生于側滑時，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，垂向力最大，這時不考慮側向力和縱向力的作用，以下簡稱第三工況三、半軸的設計計算1、半浮式半軸計算載荷的確定H2半軸參數三、半軸的設計計算第一工況第一工況:垂向力:對左、右半軸來說wwRLgGmgZZZ22222g gw w：一側車輪（包括輪轂、制動器等）本身對地面的垂直載荷：一側車輪（包括輪轂、制動器等）本身對地面的垂直載荷；取值；取值41419.8=401.8N9.8=401.8NG G2 2：后橋軸荷；：后橋軸荷；取值取值174017409.8=170

4、52N9.8=17052Nm m：汽車加速和減速時的質量轉移系數，對于后驅動橋可取：汽車加速和減速時的質量轉移系數，對于后驅動橋可取m=1.2-1.4m=1.2-1.4；4 .98298 .4012170522 . 1三、半軸的設計計算縱向力:按最大附著力計算2222GmXXRL：輪胎與地面的附著系數，?。狠喬ヅc地面的附著系數，取=0.8=0.8；G G2 2：后橋軸荷；：后橋軸荷；取值取值174017409.8=17052N9.8=17052Nm m：汽車加速和減速時的質量轉移系數，對于后驅動橋可?。浩嚰铀俸蜏p速時的質量轉移系數，對于后驅動橋可取m=1.2-1.4m=1.2-1.4；N96

5、.81848 . 02170522 . 1三、半軸的設計計算縱向力:按發(fā)動機最大轉矩計算rTTLeRLriTXX/max22：差速器的轉矩分配系數，對于普通差速器：差速器的轉矩分配系數，對于普通差速器取取=0.6=0.6；TemaxTemax：發(fā)動機最大轉矩：發(fā)動機最大轉矩；取；取280280N.mN.mT T：汽車傳動系效率，計算時可忽略不計或取為汽車傳動系效率，計算時可忽略不計或取為0.90.9；i iTLTL：傳動系最低檔傳動比，即為變速器傳動系最低檔傳動比，即為變速器擋傳動比、主減速比擋傳動比、主減速比i i0 0之乘積；之乘積； 取取 4.313 4.3134.3=18.55 4.3

6、=18.55 r rr r：輪胎滾動半徑；：輪胎滾動半徑；取取0.33m0.33m。N272.849933. 0/9 . 055.182806 . 0三、半軸的設計計算實際縱向力為上面的較小者，取值 8184.96N 第一工況第一工況合成彎矩合成彎矩：22222222)()(RRLLXZbXZbM2296.81844 .98290325. 0b b是輪胎中心與軸承中心的距離是輪胎中心與軸承中心的距離, ,取取32.5mm32.5mm。mN 7 .415三、半軸的設計計算左、右半軸所承受的扭矩為：左、右半軸所承受的扭矩為：rRrLrXrXT2233. 096.8184mN 04.2701三、半軸

7、的設計計算第二工況第二工況:垂向力：對左半軸來說wgwLLgBhGgZZ21222212G G2 2汽車滿載靜止于水平地面上時驅動橋給地面的載荷，此橋為汽車滿載靜止于水平地面上時驅動橋給地面的載荷，此橋為174017409.8=17052N9.8=17052N。g gw w一側車輪一側車輪( (包括車輪、輪轂、制動鼓、制動器等）自重，此橋為包括車輪、輪轂、制動鼓、制動器等）自重，此橋為41419.8=401.8N9.8=401.8N。h hg g汽車滿載時的質心高度，此車為汽車滿載時的質心高度，此車為0.72m0.72m。B B2 2此車輪距，為此車輪距，為1.65m1.65m。1 1輪胎和地

8、面的側向附著系數，取輪胎和地面的側向附著系數，取1.01.0。8 .40165. 1172. 021217052N07.15565三、半軸的設計計算wgwRRgBhGgZZ21222212G G2 2汽車滿載靜止于水平地面上時驅動橋給地面的載荷，此橋為汽車滿載靜止于水平地面上時驅動橋給地面的載荷，此橋為174017409.8=17052N9.8=17052N。g gw w一側車輪一側車輪( (包括車輪、輪轂、制動鼓、制動器等）自重，此橋為包括車輪、輪轂、制動鼓、制動器等）自重，此橋為41419.8=401.8N9.8=401.8N。h hg g汽車滿載時的質心高度，此車為汽車滿載時的質心高度，

9、此車為0.72m0.72m。B B2 2此車輪距，為此車輪距，為1.65m1.65m。1 1輪胎和地面的側向附著系數，取輪胎和地面的側向附著系數，取1.01.0。8 .40165. 1172. 021217052N33.683第二工況第二工況:垂向力：對右半軸來說三、半軸的設計計算12122212BhGYgLG G2 2汽車滿載靜止于水平地面上時驅動橋給地面的載荷，此橋為汽車滿載靜止于水平地面上時驅動橋給地面的載荷，此橋為174017409.8=17052N9.8=17052N。g gw w一側車輪一側車輪( (包括車輪、輪轂、制動鼓、制動器等）自重，此橋為包括車輪、輪轂、制動鼓、制動器等）自

10、重，此橋為41419.8=401.8N9.8=401.8N。h hg g汽車滿載時的質心高度，此車為汽車滿載時的質心高度，此車為0.72m0.72m。B B2 2此車輪距，為此車輪距，為1.65m1.65m。1 1輪胎和地面的側向附著系數，取輪胎和地面的側向附著系數，取1.01.0。165. 1172. 021217052N87.15966第二工況第二工況:側向力：對左半軸來說三、半軸的設計計算12122212BhGYgRG G2 2汽車滿載靜止于水平地面上時驅動橋給地面的載荷，此橋為汽車滿載靜止于水平地面上時驅動橋給地面的載荷，此橋為174017409.8=17052N9.8=17052N。

11、g gw w一側車輪一側車輪( (包括車輪、輪轂、制動鼓、制動器等）自重，此橋為包括車輪、輪轂、制動鼓、制動器等）自重，此橋為41419.8=401.8N9.8=401.8N。h hg g汽車滿載時的質心高度，此車為汽車滿載時的質心高度，此車為0.72m0.72m。B B2 2此車輪距，為此車輪距，為1.65m1.65m。1 1輪胎和地面的側向附著系數，取輪胎和地面的側向附著系數，取1.01.0。165. 1172. 021217052N13.1085第二工況第二工況:側向力：對右半軸來說三、半軸的設計計算第二工況第二工況垂向力和側向力作用下的合成彎矩為：垂向力和側向力作用下的合成彎矩為：bZ

12、rYMLrLL220325. 007.1556533. 087.15966mN 2 .4763bZrYMRrRR220325. 033.68333. 013.1085mN 3 .380三、半軸的設計計算第三工況第三工況:半軸只受垂向彎矩bgGkMwdV22K Kd d動動載荷系載荷系數，取數，取2.52.5；0325. 08 .4012170525 . 209.660三、半軸的設計計算2、全浮式半軸計算載荷的確定按最大附著力計算半軸轉矩T；按發(fā)動機最大轉矩計算半軸轉矩T的公式驅驅 動動 型型 式式計計 算算 公公 式式424466FHgeiiiTT0max2/0maxFLgeiiiTT2/0m

13、axFHgeiiiTT3/0maxFLgeiiiTT2/FLFHii2/FLFHii3/2/FLFHii3/2/FLFHii0maxiiTTge三、半軸的設計計算2、全浮式半軸計算載荷的確定:差速器轉矩分配系數差速器轉矩分配系數, ,對于普通圓錐行星齒輪差速器對于普通圓錐行星齒輪差速器=0.6=0.6i ig1g1：變速器：變速器I I擋傳動比擋傳動比i iFHFH：分動器高檔傳動比：分動器高檔傳動比i iFLFL：分動器低檔傳動比：分動器低檔傳動比i i0 0：主減速比：主減速比三、半軸的設計計算3、半軸的強度計算半軸的扭轉應力：半軸的扭轉應力：331016dTdd在在“b”“b”段范圍內段

14、范圍內, ,半軸直徑半軸直徑40mm40mm。半軸扭轉的許用應力，可取為半軸扭轉的許用應力，可取為=490588MPa=490588MPa3310401614. 304.270105.215TT半軸的計算轉矩，取半軸的計算轉矩，取2701.04N2701.04Nmm三、半軸的設計計算3、半軸的強度計算半軸的彎曲應力：半軸的彎曲應力：331032dMwdd在在“b”“b”段范圍內段范圍內, ,半軸直徑半軸直徑40mm40mm。3310403214. 37 .415MPa08.66M M半軸承受的合成彎矩，分三種工況。半軸承受的合成彎矩，分三種工況。工況一：工況一：工況二：工況二：工況三：工況三：

15、MPaw5 .758MPaw1 .105三、半軸的設計計算3、半軸的強度計算半軸的合成應力：半軸的合成應力：223w半軸承受的扭轉應力。半軸承受的扭轉應力。半浮式半軸許用合成應力半浮式半軸許用合成應力600600750(MPa)750(MPa)。2205.215308.66MPa3 .378w w半軸承受的彎曲應力，分三種工況。半軸承受的彎曲應力，分三種工況。工況一：工況一：工況二：工況二：工況三：工況三：223w223w2205.21535 .7582205.21531 .105MPa845MPa387三、半軸的設計計算3、半軸的強度計算半軸花鍵的剪切應力：半軸花鍵的剪切應力：bzLdDTP

16、ABs4103D DB B半軸花鍵外徑半軸花鍵外徑32.809mm32.809mm。d dA A與半軸花鍵配合的花鍵孔內徑與半軸花鍵配合的花鍵孔內徑31.115mm31.115mm。zz半軸花鍵齒數半軸花鍵齒數3030。L Lp p半軸花鍵工作長度半軸花鍵工作長度35mm35mm。bb半軸花鍵齒寬半軸花鍵齒寬1.66mm1.66mm。半軸花鍵載荷分配的不均勻系數，取半軸花鍵載荷分配的不均勻系數，取0.750.75。三、半軸的設計計算3、半軸的強度計算半軸花鍵的剪切應力：半軸花鍵的剪切應力：bzLdDTPABs4103MPa3 .12971.05(MPa)71.05(MPa)半軸花鍵許用剪切應力

17、。半軸花鍵許用剪切應力。75. 066. 135304115.31809.321004.27013三、半軸的設計計算3、半軸的強度計算半軸花鍵的擠壓應力：半軸花鍵的擠壓應力：PABABszLdDdDT24103MPa4 .253196(MPa)196(MPa)半軸花鍵許用擠壓應力。半軸花鍵許用擠壓應力。75. 035302115.31809.324115.31809.321004.27013三、半軸的設計計算4、全浮式半軸桿部直徑的初選方法一：方法一： 33318. 205. 2196. 010TTdd-d-半軸的桿部直徑，半軸的桿部直徑，mmmm；T-T-半軸的計算轉矩，半軸的計算轉矩，N

18、Nmm； -半軸扭轉許用應力，半軸扭轉許用應力，MPaMPa。三、半軸的設計計算4、全浮式半軸桿部直徑的初選方法二：方法二：例如，當半軸的計算轉矩例如，當半軸的計算轉矩T=9800NT=9800Nmm時，如取扭轉應力時，如取扭轉應力=539MPa=539MPa，則半軸的桿，則半軸的桿部直徑部直徑d d按圖得按圖得45mm45mm。三、半軸的設計計算5、半軸的結構設計及材料與熱處理5.15.1、在保證產品設計性能要求條件下，推薦采用的半軸材料牌號為在保證產品設計性能要求條件下，推薦采用的半軸材料牌號為40Cr40Cr、42CrMo42CrMo、40MnB40MnB、40CrMnMo40CrMnM

19、o、35CrMo35CrMo等等等等5.25.2、半軸熱處理工藝，推薦采用預調質處理后表面中頻淬火處理工藝。預調半軸熱處理工藝，推薦采用預調質處理后表面中頻淬火處理工藝。預調質處理后心部硬度為質處理后心部硬度為HRC24HRC243030；中頻淬火處理后桿部表面硬度不低于；中頻淬火處理后桿部表面硬度不低于HRC52HRC52；花鍵處允許降低；花鍵處允許降低3 3個硬度單位，桿部硬化層深度范圍為桿部直徑的個硬度單位，桿部硬化層深度范圍為桿部直徑的10102020，硬化層深度變化不大于桿部直徑的，硬化層深度變化不大于桿部直徑的5 5，桿部圓角應淬硬，法，桿部圓角應淬硬，法蘭盤可不調質。蘭盤可不調質

20、。5.35.3、感應淬火后半軸的金相組織感應淬火后半軸的金相組織 預調質處理后表面中頻淬火處理，硬化層為回火馬氏體，心部為回火索預調質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；氏體；三、半軸的設計計算5、半軸的結構設計及材料與熱處理5.45.4、粗糙度：法蘭盤安裝端面不大于粗糙度：法蘭盤安裝端面不大于Ra3Ra32 2，經過加工的桿部不大于，經過加工的桿部不大于 Ra6Ra6. .3 3 ，與軸承配合表面不大于，與軸承配合表面不大于Ra 0.8Ra 0.8，與防塵油封配合表面不大于，與防塵油封配合表面不大于Ra0.8Ra0.8，與半軸油封配合表面粗糙度為，與半軸油封配合表面粗糙度為Ry(0.8-3.2)Ry(0.8-3.2)，花鍵表面粗糙度不，花鍵表面粗糙度不大于大于Ra3.2Ra3.2；5.55.5、半軸應半軸應100%100%探傷檢查；探傷檢查；5.65.6、半軸表面不應有折疊、凹陷、黑皮、砸痕、裂紋等缺陷。桿部表面允半軸表面不應有折疊、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許有磨去裂紋的痕跡，磨削后存在的磨痕深度不大于0.5mm0