传动轴可靠性数据分析

1一、传动轴受力情况分析汽车传动轴主要用于将发动机的旋转运动和扭矩传递给驱动桥以驱动车辆行驶，此时传动轴承受扭矩；在车辆行驶过程中由于变速箱/发动机悬挂变形，后桥弹簧钢板发生形变导致后桥位置变动，路面情况不同导致后桥移动等原因，会使传动轴在轴向方向受到力的作用，同时为了安装方便，也为了克服整车上其他零件变形而带来的传动轴轴向移动，传动轴上设计有可以让这些变形量的滑动花键配合装置，在承受扭矩的情况下滑动花键的轴向移动会因摩擦而带来轴向力。因此传动轴承受的力是轴向力和扭矩的复合力系，由于存在可在轴向滑动的装置且有较好的润滑，传动轴在运行过程中所受的轴向力相对于扭矩来说，是比较小的，可不考虑其对传动轴强度和可靠性的影响。二、传动轴所承受的扭矩根据QC/T523-1999《汽车传动轴台架试验方法》的有关规定，传动轴承受的扭矩可通过两种方法来计算：一种是根据转速越低，扭矩越大的原理，通过发动机最大扭矩与变速箱最低档速比来计算；另一种是通过轮胎与地面的附着力来计算。根据以往的经验及专家的测算，通过发动机计算的额定扭矩比通过轮胎计算的额定扭矩大，且通过轮胎附着力计算非常复杂，为简化起见，也为了安全起见，我们现采用发动机最大扭矩来计算传动轴的额定扭矩。Mg=Mcmax·ik1·ip1／n=560N.m式中：Mg：通过发动机最大扭矩计算的传动轴所承受的额定扭矩；Mcmax：发动机最大扭矩；2ik1：变速箱Ⅰ档速比；ip1：分动器低档速比，本车型没有分动器；n：使用分动器低档时的驱动轴数目。传到轴额定扭矩取整数560N.m。三、传动轴强度分析根据以往的经验，该传动轴的薄弱部位主要存在于万向节十字轴总成、轴管、花键轴这几个部位，根据概念性设计时设定的各项数据,下面分别对这几个部位的强度进行分析。1、十字轴总成1）万向节十字轴轴颈在设计十字轴万向节时，应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。设作用在轴颈中点的力为F，则F=rM2g=28.1×2560000=9964N其中：gM——传动轴计算扭矩（对应发动机最大扭矩和变速器一档），N·mm；r——十字轴轴颈中点到十字轴中心的距离，mm。十字轴轴颈根部的弯曲应力σ和切应力τ为：σ=)(3244211ddFSd=)76.19(14.310.75×9964×19.76×32446=143N.m≤[σ]τ=）（2221π4ddF=）（22676.19×14.39964×4=35.8≤[τ]其中：d1——十字轴轴颈直径mmd2——十字轴油道孔直径mmS——力F的作用点到轴颈根部的距离mm。当十字轴轴颈表面硬度大于HRC58时，上式算出的弯曲应力σ值3不大于450N/mm2，切应力τ值不大于120Mpa。2）滚针轴承的接触应力σ=272LQdd)111(=27210.61698×)42.2144.181(=2354Mpa式中：d——滚针直径mm；Q——在载荷F作用下一个滚针所受的最大载荷，N；Q=iZF6.4=72×19964×6.4=1698i——滚针列数；Z——每列中的滚针数量；当滚针和十字轴直径表面硬度在HRC58以上时，σ许用应力应小于3000~3200Mpa。2、轴管轴管是传动轴上的一个薄弱部位，主要承受扭矩所形成的剪应力，在初设时B01传动轴选用63.5X1.8的轴管，其材料采用SS400传动轴专用材料，抗拉强度σb=400~515MPa，屈服强度σs≥245MPa，许用剪切强度按许用抗拉强度的0.6计算，则［τ］=147MPa。传动轴最大扭转应力：)(10×M16443gcCccdDDMpa5.53)9.595.63(×14.310×60563.5×16443其中：Dc轴管外径mmdc轴管内径mm取安全系数2.5，轴管最大扭矩应力134，轴管符合强度要求。3、前花键轴花键齿侧面的挤压应力0g)2)(4(MnLdDdDKhhhhhy423×32×)22224)(42224(1.3×600005=86N/mm2其中：y——为许用挤压应力K——为花键转矩分布不均匀系数，取1.3-1.4hD——花键外径mmhd——花键内径mmhL——花键有效工作长度0n——为花键齿数前花键轴花键部位是这个零件的薄弱环节，其承受的扭矩条件与轴管相同，根据概念性设计和公司现有的条件，前花键轴的外径我们选用φ24的外径，材料采用40Cr整体调质处理，齿面高频淬火到48HRC以上，许用挤压应力可达230Mpa。满足强度要求。4、其他强度对于B01传动轴，除上述薄弱部位外，其他可能出现损坏的地方就是叉类件的两叉处。从结构看，该传动轴与EQ6500、CA02等尺寸相似，而从EQ6500及CA02试验及大量使用的情况看，叉类件很少损坏，其静扭强度也超过1400N.m，由于计算复杂，我们采取了对比的方法，认为此处应是安全的。四、可靠性指标分析1、临界转速该传动轴的最高转速为6000转/分，该传动轴后端最长，长度为964mm，根据临界转速计算公式，该传动轴的理论临界转速为：5nk理论临界转速r/minDc轴管外径mmdc轴管内径mmLc传动轴长度mmnk=11272转/分考虑到制造误差、使用条件不同等因素，需取一个安全系数，实际允许传动轴达到的转速为：N实=0.7×nk=7890转/分实际允许使用的传动轴临界转速远高于传动轴的最高转速，在转速方面传动轴是安全的。2、寿命指标该传动轴的性能指标还包括万向节磨损寿命、花键磨损寿命、疲劳寿命等指标，从以往试验的经验及数据来看，达到QC/T29082的要求并提高到优等品的指标是没有问题的，完全能够满足。3、可靠性分析该传动轴在结构和型式上与EQ6500及CA02均较接近，从多年使用的经验和使用状况看，在正常使用和维护的情况下，该传动轴的首次故障率在50000公里以上或1年时间以上，能够满足顾客关于三包期的要求。64、传动轴可能存在的质量问题该传动轴在正常使用和维护的情况下可能发生的质量问题包：1）万向节磨损；2）中间支承减振胶垫损坏；3）动平衡不良所带来的振动；4）滑动花键配合不良所带来的发响。这些问题在进行FMEA时要考虑。编制：审核：日期：