驅(qū)動(dòng)軸試制方法研究及應(yīng)用

張財(cái)，孫丁柱，吳焱杰

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

驅(qū)動(dòng)軸試制方法研究及應(yīng)用

張財(cái)，孫丁柱，吳焱杰

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)軸實(shí)心軸桿的再連接技術(shù)研究，選擇符合要求的試制參數(shù)，輔助設(shè)計(jì)方案的開(kāi)發(fā)。

驅(qū)動(dòng)軸；試制

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-205-02

1、驅(qū)動(dòng)軸簡(jiǎn)介

驅(qū)動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，運(yùn)轉(zhuǎn)中的受力情況復(fù)雜，易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲變形甚至產(chǎn)生裂紋或發(fā)生斷裂。當(dāng)軸的質(zhì)心和旋轉(zhuǎn)中心線不重合時(shí)會(huì)產(chǎn)生方向周期性變化的慣性力，這一慣性力是激起驅(qū)動(dòng)軸橫向振動(dòng)的主要原因。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速與橫向振動(dòng)的固有頻率相同時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)損壞，以及與驅(qū)動(dòng)軸配合的差速器半軸油封的早期磨損而漏油。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)軸軸桿再連接技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)加長(zhǎng)或縮短類改制件的小批量試制。

2、驅(qū)動(dòng)軸改制方案

通過(guò)2個(gè)驅(qū)動(dòng)軸分別截取規(guī)定的尺寸并利用增加套管和銷軸的方式實(shí)現(xiàn)再連接，改制示意如圖1。

3、驅(qū)動(dòng)軸焊接工藝

一般驅(qū)動(dòng)軸選用軸桿選用高合金鋼材料，中頻淬火處理，國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)軸大部分采用的是40Cr材料，調(diào)質(zhì)處理后的母材焊接難度增加，必須選用低氫鈉型焊條采用惰性氣體保護(hù)焊。

3.1 焊接工藝

用J506焊條打底焊，焊層厚度不大于2 mm，超過(guò)2 mm的高點(diǎn)修磨掉，清除打底層的雜物，對(duì)焊條采取整體保溫150℃左右至1～2 h。

圖1

對(duì)始焊部位采用火焰烘烤方式預(yù)熱，預(yù)熱后的溫度不低于300℃。

焊接電流為 160～200 A，兩人同時(shí)操作，一人間斷施焊，一人及時(shí)清除焊接過(guò)程中焊渣。

焊接時(shí)應(yīng)短弧施焊，焊速不宜過(guò)快，垂直于工件中心線橫向運(yùn)條，每層每道焊縫接頭處均應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，接頭處弧坑填滿，焊渣及時(shí)清理干凈，最后一層焊完后保留焊渣，焊縫要平整，杜絕缺焊現(xiàn)象，焊縫余高要求在1～2 mm。

焊后應(yīng)緩冷，工件整體冷至室溫后，清除焊渣。

4、驅(qū)動(dòng)軸受力校核

4.1 驅(qū)動(dòng)軸受力分析

驅(qū)動(dòng)軸主要承受扭轉(zhuǎn)扭力和剪切力，驅(qū)動(dòng)軸在改制后主要軸桿長(zhǎng)度發(fā)生變化，其它部分完全與改制前完全一致，所以主要針對(duì)發(fā)生改變部分進(jìn)行受力分析，其它力基本忽略不計(jì)。驅(qū)動(dòng)軸所承受的扭矩一般來(lái)自兩個(gè)方向，一個(gè)是由發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞來(lái)的扭矩，另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)輪傳遞來(lái)的扭矩。驅(qū)動(dòng)軸承受的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：

式中，Wn為接頭的抗扭截面系數(shù)；

Mn為發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩；

D為驅(qū)動(dòng)軸直徑，mm；

K為焊接寬度，mm。

套筒壁厚過(guò)大或過(guò)小均無(wú)法滿足改制要求，過(guò)大影響驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)平衡，導(dǎo)致受力不均，易產(chǎn)生斷裂和驅(qū)動(dòng)軸抖動(dòng)；過(guò)小導(dǎo)致焊接應(yīng)力集中，易產(chǎn)生焊接開(kāi)裂等缺陷。所以套筒厚度滿足焊接要求的條件下盡量小。

4.2 驅(qū)動(dòng)軸試制參數(shù)選擇

4.2.1 改制參數(shù)選擇

表1

4.2.2 其它工藝參數(shù)選擇

驅(qū)動(dòng)軸連桿端面切割后長(zhǎng)度尺寸應(yīng)比改制方案規(guī)定尺寸小5mm，且切割面倒角為2×45°；

連接襯套管選用45#鋼，長(zhǎng)度要求不大于50～60mm，兩端倒角為3×45°；

連接襯套管內(nèi)徑與連桿配合為過(guò)盈配合，過(guò)盈量為0.03mm。

4.3 實(shí)際運(yùn)用試制計(jì)算

驅(qū)動(dòng)軸軸桿直徑為21.8mm，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩為265N·m，作用在驅(qū)動(dòng)軸上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力力矩為592905N.mm，其安全系數(shù)設(shè)定為2.0，其安全扭轉(zhuǎn)應(yīng)力力矩為1185810 N.mm。其中焊縫的許用切應(yīng)力為552 N/mm2。焊接部分的抗扭截面系數(shù)為：

焊接接頭焊縫中的最大切應(yīng)力為：

5、制作過(guò)程

將樣車驅(qū)動(dòng)軸與變速箱連接的一端按照改制方案切除掉，準(zhǔn)備一根與試制車輛變速箱匹配的驅(qū)動(dòng)軸，將其與輪轂連接的一端按照改制方案切除掉，然后將剩余的兩段驅(qū)動(dòng)軸用襯套連接，按照?qǐng)D紙要求尺寸焊接在一起，形成試制用的驅(qū)動(dòng)軸。

5.1 同軸度校正（3次校正）

襯套與連桿裝配后，焊接前應(yīng)進(jìn)行第1次同軸度校正（主要檢查兩根連桿的同軸度）；

襯套與連桿固定后校正：同軸度校正后，進(jìn)行點(diǎn)焊固定，固定后，再次對(duì)連桿進(jìn)行同軸度校正；

焊接后，再進(jìn)行第3次同軸度校正。

5.2 焊接

焊接：采用惰性氣體保護(hù)焊，采用大滴過(guò)渡形式進(jìn)行焊接，焊縫采用多層疊加方式完成，焊縫長(zhǎng)度以滿足30°要求為準(zhǔn)。

襯套與連桿按圖示要求，加工2處?6mm相互垂直的軸銷孔，并用銷子加以鉚固，銷子兩端應(yīng)低于襯套管2mm，采用塞焊封口，以確保軸銷之間不產(chǎn)生干涉。

5.3 焊后處理

對(duì)驅(qū)動(dòng)軸連桿同軸度進(jìn)行手工校正，使驅(qū)動(dòng)軸滿足動(dòng)平衡要求；

焊接完成后，焊縫應(yīng)進(jìn)行處理，焊縫車加工成30°（或打磨），并用氧乙炔火焰對(duì)焊縫進(jìn)行退火處理，消除焊接處應(yīng)力集中；

對(duì)驅(qū)動(dòng)軸表面進(jìn)行噴涂處理。

6、驗(yàn)證及運(yùn)用

完成的驅(qū)動(dòng)軸在改制后的試驗(yàn)車輛上進(jìn)行測(cè)試，每3000km進(jìn)行一次專項(xiàng)的檢查確認(rèn)缺陷，最終完善工藝后的改制驅(qū)動(dòng)軸可實(shí)現(xiàn)30000km以上的路試。以上方法以成功完成轎車平臺(tái)用、SUV平臺(tái)用驅(qū)動(dòng)軸的改制，并完全相關(guān)性能測(cè)試，完全滿足試驗(yàn)需求。由于改制過(guò)程復(fù)雜，必須嚴(yán)格按照規(guī)定的工藝操作，否則將出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。

[1] 方洪淵主編. 焊接結(jié)構(gòu)學(xué).[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2009,P125.

The drive shaft test method research and Application

Zhang Cai, Sun Dingzhu, Wu Yanjie
( Technique centerAnhui jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Through the re connection of drive shaft solid shaft, with trial parameter requirement, development of computeraided design scheme.

The drive shaft; Trial

U462.1

A

1671-7988(2016)07-205-02

張財(cái)，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.064