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汽車傳動軸的輕量化設(shè)計
楊珍 2023/7/8 14:52:43
（江蘇省吳中中等專業(yè)學校 江蘇蘇州 215104）
摘要：科學技術(shù)更新與發(fā)展的速度不斷加快，汽車制造與設(shè)計技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，在汽車領(lǐng)域中，從以往只注重安全的理念逐漸過渡到節(jié)能、環(huán)保、智能于一體的多功能方向發(fā)展，同時也受到了社會各界的廣泛關(guān)注。經(jīng)過長期的研究得出以下結(jié)論：通過合理減輕汽車結(jié)構(gòu)重量，同時提高整體結(jié)構(gòu)及部件的安全穩(wěn)定性是改善汽車性能的重要手段，也使得輕量化材料得到廣泛應(yīng)用，低碳微合金鋼具有良好的耐沖擊性以及疲勞高強度，受到了高度關(guān)注。輕量化技術(shù)也在汽車鋼車身、發(fā)動機、傳動軸以及懸掛件等多個方面被廣泛應(yīng)用，而契合傳動軸部件相對更少，也讓其成為了薄弱環(huán)節(jié)，文章通過對汽車傳動軸相關(guān)概念進行了分析，并進一步探究了汽車傳動軸的輕量化設(shè)計方案。
關(guān)鍵詞：汽車；傳動軸；輕量化；設(shè)計方案
前言：數(shù)據(jù)顯示，汽車自身的質(zhì)量以及整體架構(gòu)在減少10%情況下能夠有效節(jié)約7%的燃油，隨著技術(shù)的不斷更新，可使用多種輕質(zhì)材料都可以達到汽車輕量化的目標，如鋁、鎂等材料，通過優(yōu)化設(shè)計，從而達到改進汽車結(jié)構(gòu)零部件的目的。文章通過一系列手段與計算方法，對汽車傳動軸結(jié)構(gòu)強度進行優(yōu)化，從而達到傳動軸質(zhì)量最小的目標，逐步實現(xiàn)汽車傳動軸輕量化設(shè)計的終極目的。
1、汽車傳動軸簡述
1.1、概述
汽車結(jié)構(gòu)當中，傳動軸為圓形的可移動配件，主要作用是連接不同部件并完成裝配，大部分傳動軸主要材料為合金鋼管，其整體質(zhì)量較輕，抗扭性良好。其能夠確保扭矩平穩(wěn)傳遞，使得汽車能夠安全行使，傳動軸是汽車系統(tǒng)當中不可或缺的重要組成部分，近年來，也對傳動軸提出了更高的綜合要求，確保扭轉(zhuǎn)永久不變形，傳動軸管不僅強度要符合要求，其精度和工藝技術(shù)也直接關(guān)乎著結(jié)構(gòu)性能[1]。
圖1 汽車傳動軸總成示意圖
1.2、傳動軸的基本構(gòu)成
絕大多數(shù)的汽車傳動軸主要包含了軸管、十字軸以及萬向節(jié)等多個部分，萬向節(jié)主要是利用花鍵和空心軸管進行相連，伸縮套能夠?qū)ψ兯倨骱万?qū)動橋的距離合理控制，從而確保其符合實際要求，促進汽車的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。萬向節(jié)只有使得變速器輸出軸與輸入軸兩者間是等角度轉(zhuǎn)動，才能夠保障汽車行駛平穩(wěn)性，也能夠體現(xiàn)出萬向節(jié)能夠傳輸動力，促進汽車行駛。整體來看，汽車傳動軸當中的十字軸、突元叉以及軸承等共同構(gòu)成萬向節(jié)結(jié)構(gòu)，后輪驅(qū)動汽車主要是由萬向軸共同連接，這樣可確保主減速器軸與變速器兩者間動力的有效傳遞。萬向節(jié)作為傳動軸系統(tǒng)當中的關(guān)鍵組成部分，前輪驅(qū)動汽車，萬向節(jié)和變速箱相連，后輪驅(qū)動汽車在運行過程中，懸架一般是變形狀態(tài)，驅(qū)動軸與變速器之間存在相對運動，這樣無法達到直線傳遞，其他的相關(guān)部件也可能會存在該情況，為了有效改善以上狀況，就需要確保動力裝置能夠正常有序傳遞，而萬向節(jié)傳動發(fā)揮了重要的作用。其主要作用是當角度發(fā)生變化狀態(tài)時進行動力傳遞，十字軸由包括了軸向固定件、軸承總成、叉形零件等部分，滾針軸承軸向固定件主要是一些比較小的部件共同組成，如螺栓、鎖片、壓板等小型零部件。萬向節(jié)主要是由中碳鋼等材料制造而成，變速箱與驅(qū)動橋連接，突元叉很多時候也可以連接其他傳動軸。汽車傳動軸系統(tǒng)可以與其他系統(tǒng)相連，如萬向節(jié)主要是連接變速箱與減速器的，各個零部件之間可相互傳遞驅(qū)動，從而確保汽車能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，這也讓汽車傳動軸逐漸成為可變性質(zhì)的過橋裝置。各類汽車因車型以及發(fā)動機等各不相同，也讓汽車傳動軸中的零部件數(shù)量以及整體構(gòu)成不一致。
2、汽車傳動軸的輕量化
數(shù)據(jù)顯示，汽車結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量如果減少10%，能夠有效節(jié)約7%-8%的油量，按照這樣計算，當汽車自身質(zhì)量減少100千克左右質(zhì)量，燃料成本會減少大約20%。汽車作為快速發(fā)展的領(lǐng)域，輕量化已經(jīng)成為了主要發(fā)展趨勢，可通過鋁、鎂等材料，對其局部以及結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，使得車身更薄，從而減輕汽車自身的質(zhì)量。傳動軸作為汽車非常重要的安保系統(tǒng)，也是傳遞動力的重要媒介，可以持續(xù)高效的輸出動力。傳動軸管則是實現(xiàn)輕量化最為重要的部分，傳動軸管的質(zhì)量要求是非常高的，其必須具備很好的精度，且表面的伸長率、強度、以及強度、焊縫質(zhì)量等要求都非常高。且現(xiàn)有的汽車傳動軸所使用的鋼材強度基本上都小于480MPa，也不具備減薄壁厚的條件，因此，無法實現(xiàn)傳動軸輕量化。也能夠看出汽車自身重量減輕，同時提升個部件安全性是最為有效的方法，也使得輕量化材料得到了廣泛的應(yīng)用，而微合金具有良好的剛性與耐沖擊性，且疲勞強度也比較高，（未完，下一頁）
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