驅(qū)動軸試制方法研究及應用

張財，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)動軸試制方法研究及應用

張財，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）

通過對驅(qū)動軸實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)計方案的開發(fā)。

驅(qū)動軸；試制

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

1、驅(qū)動軸簡介

驅(qū)動軸是汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，運轉(zhuǎn)中的受力情況復雜，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。當軸的質(zhì)心和旋轉(zhuǎn)中心線不重合時會產(chǎn)生方向周期性變化的慣性力，這一慣性力是激起驅(qū)動軸橫向振動的主要原因。當驅(qū)動軸的工作轉(zhuǎn)速與橫向振動的固有頻率相同時會產(chǎn)生共振，導致驅(qū)動軸萬向節(jié)損壞，以及與驅(qū)動軸配合的差速器半軸油封的早期磨損而漏油。通過對驅(qū)動軸軸桿再連接技術(shù)的突破，實現(xiàn)加長或縮短類改制件的小批量試制。

2、驅(qū)動軸改制方案

通過2個驅(qū)動軸分別截取規(guī)定的尺寸并利用增加套管和銷軸的方式實現(xiàn)再連接，改制示意如圖1。

3、驅(qū)動軸焊接工藝

一般驅(qū)動軸選用軸桿選用高合金鋼材料，中頻淬火處理，國內(nèi)驅(qū)動軸大部分采用的是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2 mm的高點修磨掉，清除打底層的雜物，對焊條采取整體保溫150℃左右至1～2 h。

圖1

對始焊部位采用火焰烘烤方式預熱，預熱后的溫度不低于300℃。

焊接電流為 160～200 A，兩人同時操作，一人間斷施焊，一人及時清除焊接過程中焊渣。

焊接時應短弧施焊，焊速不宜過快，垂直于工件中心線橫向運條，每層每道焊縫接頭處均應錯開，接頭處弧坑填滿，焊渣及時清理干凈，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。

焊后應緩冷，工件整體冷至室溫后，清除焊渣。

4、驅(qū)動軸受力校核

4.1 驅(qū)動軸受力分析

驅(qū)動軸主要承受扭轉(zhuǎn)扭力和剪切力，驅(qū)動軸在改制后主要軸桿長度發(fā)生變化，其它部分完全與改制前完全一致，所以主要針對發(fā)生改變部分進行受力分析，其它力基本忽略不計。驅(qū)動軸所承受的扭矩一般來自兩個方向，一個是由發(fā)動機傳遞來的扭矩，另一個是驅(qū)動輪傳遞來的扭矩。驅(qū)動軸承受的最大扭轉(zhuǎn)應力為：

式中，Wn為接頭的抗扭截面系數(shù)；

Mn為發(fā)動機最大輸出扭矩；

D為驅(qū)動軸直徑，mm；

K為焊接寬度，mm。

套筒壁厚過大或過小均無法滿足改制要求，過大影響驅(qū)動軸動平衡，導致受力不均，易產(chǎn)生斷裂和驅(qū)動軸抖動；過小導致焊接應力集中，易產(chǎn)生焊接開裂等缺陷。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)動軸連桿端面切割后長度尺寸應比改制方案規(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)徑與連桿配合為過盈配合，過盈量為0.03mm。

4.3 實際運用試制計算

驅(qū)動軸軸桿直徑為21.8mm，發(fā)動機的最大輸出扭矩為265N·m，作用在驅(qū)動軸上的扭轉(zhuǎn)應力力矩為592905N.mm，其安全系數(shù)設(shè)定為2.0，其安全扭轉(zhuǎn)應力力矩為1185810 N.mm。其中焊縫的許用切應力為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力為：

5、制作過程

將樣車驅(qū)動軸與變速箱連接的一端按照改制方案切除掉，準備一根與試制車輛變速箱匹配的驅(qū)動軸，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)動軸用襯套連接，按照圖紙要求尺寸焊接在一起，形成試制用的驅(qū)動軸。

5.1 同軸度校正（3次校正）

襯套與連桿裝配后，焊接前應進行第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，進行點焊固定，固定后，再次對連桿進行同軸度校正；

焊接后，再進行第3次同軸度校正。

5.2 焊接

焊接：采用惰性氣體保護焊，采用大滴過渡形式進行焊接，焊縫采用多層疊加方式完成，焊縫長度以滿足30°要求為準。

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

對驅(qū)動軸連桿同軸度進行手工校正，使驅(qū)動軸滿足動平衡要求；

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

對驅(qū)動軸表面進行噴涂處理。

6、驗證及運用

完成的驅(qū)動軸在改制后的試驗車輛上進行測試，每3000km進行一次專項的檢查確認缺陷，最終完善工藝后的改制驅(qū)動軸可實現(xiàn)30000km以上的路試。以上方法以成功完成轎車平臺用、SUV平臺用驅(qū)動軸的改制，并完全相關(guān)性能測試，完全滿足試驗需求。由于改制過程復雜，必須嚴格按照規(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.[M]機械工業(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，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