陳 嘯

(金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州 215026)

汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)軸的特點(diǎn)是高轉(zhuǎn)速和少支撐點(diǎn)，在其高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中傳動(dòng)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)整車(chē)傳動(dòng)效率及振動(dòng)水平都有較大影響，而質(zhì)量是決定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)鍵因素之一。通常，相同型式的傳動(dòng)軸，許用剩余不平衡量與傳動(dòng)軸的質(zhì)量成比例[1]。所以，傳動(dòng)軸的輕量化設(shè)計(jì)是降低傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剩余不平衡量的有效手段之一[2]。

1 前置客車(chē)多節(jié)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)

前置客車(chē)由于變速器輸出法蘭到后橋主減速器輸入法蘭的距離較大，所以往往采用兩節(jié)或三節(jié)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞[3]。由于汽車(chē)行駛時(shí)，變速器與驅(qū)動(dòng)橋的相對(duì)位置時(shí)刻在發(fā)生變化，與之相連的傳動(dòng)軸的角度和長(zhǎng)度也時(shí)刻在發(fā)生變化，所以傳動(dòng)軸總成由一節(jié)或兩節(jié)帶有中間支撐的前傳動(dòng)軸和一節(jié)帶有可伸縮滑動(dòng)花鍵結(jié)構(gòu)的后傳動(dòng)軸組成[4-5]，傳統(tǒng)多節(jié)傳動(dòng)軸之間的互相連接是通過(guò)一對(duì)中間連接凸緣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示。由于凸緣叉、萬(wàn)向節(jié)叉和中間連接凸緣采用的制造工藝為鑄造，與軸管、萬(wàn)向節(jié)等零部件相比，質(zhì)量分布不均較為嚴(yán)重，是傳動(dòng)軸總成初始動(dòng)不平衡量的主要來(lái)源[6]。本文主要介紹對(duì)中間連接凸緣的輕量化設(shè)計(jì)。

圖1 前置客車(chē)傳動(dòng)軸總成圖

傳統(tǒng)的中間連接凸緣結(jié)構(gòu)為：前一節(jié)傳動(dòng)軸上的輸出端凸緣和連接在后一節(jié)傳動(dòng)軸十字軸上的輸入端凸緣通過(guò)一對(duì)相互之間為間隙配合的止口進(jìn)行定位后，再用螺栓連接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)前后凸緣之間的連接[7]，如圖2(a)所示。由于輸出端凸緣和輸入端凸緣采用的是鑄造工藝生產(chǎn)，不可避免地存在有夾渣、氣孔等缺陷，導(dǎo)致零件的質(zhì)量分布不均。為了降低初始動(dòng)不平衡量和自身重量，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少鑄造零件的使用，故需要設(shè)計(jì)一種新型的多節(jié)傳動(dòng)軸之間的連接結(jié)構(gòu)。

為了減少多節(jié)傳動(dòng)軸中間連接凸緣結(jié)構(gòu)中的鑄件數(shù)量，取消了連接用的中間凸緣，改為通過(guò)質(zhì)量較輕的中間連接叉結(jié)構(gòu)和中間滑動(dòng)花鍵副結(jié)構(gòu)連接，如圖2(b)所示。中間連接叉通過(guò)滑動(dòng)花鍵連接在前一節(jié)傳動(dòng)軸的軸管上，同時(shí)通過(guò)連接叉結(jié)構(gòu)連接到后一節(jié)傳動(dòng)軸的十字軸上，從而由一個(gè)中間連接叉零件取代了原來(lái)的輸出端凸緣和輸入端凸緣兩個(gè)零件，同時(shí)節(jié)省了中間凸緣螺栓連接用的螺栓、螺母、重型彈墊等，實(shí)現(xiàn)了減少零件數(shù)量、降低自重以及節(jié)省生產(chǎn)工時(shí)的效果。

對(duì)比原多節(jié)傳動(dòng)軸的連接結(jié)構(gòu)，采用輕量化連接結(jié)構(gòu)后每個(gè)連接處可比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低自重1.6 kg，如采用三節(jié)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)，則中間連接結(jié)構(gòu)可減重3.2 kg。

2 輕量化連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)及驗(yàn)證

2.1 優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

新型的輕量化連接結(jié)構(gòu)在減重方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在維修便利性等方面也存在一定的劣勢(shì)。新老兩種連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

采用傳統(tǒng)的中間連接結(jié)構(gòu)時(shí)，傳動(dòng)軸只需按從前到后的順序依次裝配到整車(chē)上即可；采用輕量化連接結(jié)構(gòu)后，由于其中間連接結(jié)構(gòu)拆裝較為復(fù)雜，故需調(diào)整傳動(dòng)軸的裝配工序，將前后兩節(jié)(或三節(jié))傳動(dòng)軸在整車(chē)裝配前先裝配連接為整體后，用整體傳動(dòng)軸總成做動(dòng)平衡試驗(yàn)，再將整體傳動(dòng)軸總成裝配到整車(chē)上。另外，由于輕量化連接結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)軸總成是整體做動(dòng)平衡試驗(yàn)，可避免由于單節(jié)傳動(dòng)軸剩余不平衡量相位分布不均，導(dǎo)致的多節(jié)傳動(dòng)軸裝配連接后傳動(dòng)軸總成剩余不平衡量增大的問(wèn)題。

表1 兩種連接結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

原結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸總成的額定扭矩為3 500 Nm，最小安全系數(shù)為2，所以傳動(dòng)軸總成的屈服扭矩應(yīng)大于7 000 Nm。根據(jù)QC/T 29082—2019[8]中的相關(guān)要求，傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的最低壽命值不低于20萬(wàn)次，以及我司企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)需大于20萬(wàn)次，所以要求傳動(dòng)軸總成的扭轉(zhuǎn)疲勞壽命需大于20萬(wàn)次。將制作的輕量化連接結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸總成兩套樣品，按照QC/T 29082—2019[8]中的相關(guān)要求，分別進(jìn)行靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)。靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果為8 900 Nm屈服，軸管發(fā)生塑性變形，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)結(jié)果為55萬(wàn)多次，遠(yuǎn)高于企業(yè)內(nèi)部和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了通過(guò)重新設(shè)計(jì)多節(jié)傳動(dòng)軸之間的連接結(jié)構(gòu)，在滿(mǎn)足傳動(dòng)軸性能不降低的前提下，實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)軸減重的目標(biāo)，為后續(xù)整車(chē)零部件的輕量化設(shè)計(jì)提供了參考。