關(guān)鍵詞：半軸；差速鎖；合成應(yīng)力；中頻淬火 

abstract: through the theoretical calculation and experimental demonstration for half shaft strength calculation should be considered the influence of heat treatment process.key words: half axle differential lock; synthesis; stress; intermediate frequency quenching 

某款已開發(fā)車型，根據(jù)實際功能、性能要求，會選配具有鎖止功能的差速器，從而實現(xiàn)當(dāng)一個驅(qū)動輪打滑時，將差速器殼與半軸鎖緊成一體，使差速器失去差速作用，可以把全部扭矩轉(zhuǎn)移到另一側(cè)驅(qū)動輪上，即一側(cè)的半軸會承受100%的扭矩（裝配普通差速器的車輛的半軸最大僅承受50%的扭矩），這對該車型的半軸是一個考驗，需對此半軸進行校核計算，以驗證其是否滿足使用要求。 

一、 輸入扭矩的計算 

某車型為半浮式半軸，故其輸入扭矩計算按式（1）計算： 

（1） 

式中： 

g2—后驅(qū)動橋滿載軸荷，kg；l—半浮式半軸的懸臂長度，m； 

memax—發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，n•m；ik—變速器一檔速比；i0—驅(qū)動橋主減速比； 

圖1 半浮式半軸所受彎矩簡圖 

經(jīng)過計算該車型半軸的輸入扭矩t約為4000n•m； 

二、 半軸的設(shè)計計算 

半浮式半軸的設(shè)計應(yīng)考慮如下三種工況： 

1、 縱向力fx2最大，側(cè)向力fy2為0：此時垂向力fz2=mg2/2,縱向力最大值fx2=fx2φ=mg2φ/2 

半軸彎曲應(yīng)力σ和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ為 

 

上式中： 

m—負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，可取1.2； φ—地面附著系數(shù)，計算時可取0.8； 

d—半軸直徑，m，取0.040m；rr—車輪滾動半徑，m，取0.357m； 

計算得：半軸的合成應(yīng)力mpa，小于半軸許用應(yīng)力的推薦值 

[σb]600～750mpa,滿足使用要求。 

2、 汽車通過不平路面時，垂向力fz2最大，縱向力fx2=0，側(cè)向力fy2=0: 

半軸的合成應(yīng)力σb即為半軸的彎曲應(yīng)力（見下式結(jié)果）小于半軸合成應(yīng)力推薦值，滿足使用要求。 

mpa, 

上式中： 

k—動載系數(shù)，該車型屬于越野車取2.5； 

3、 側(cè)向力fy2最大，縱向力fx2=0，此時意味著發(fā)生側(cè)滑，此時外側(cè)半軸彎曲應(yīng)力較大 

外側(cè)車輪的垂向反力 

上式中： 

hg—汽車質(zhì)心高度，取0.602m；b2—兩車輪輪距，取1.46m；φ1—側(cè)滑系數(shù)，取1.0； 

外側(cè)車輪的側(cè)向力 

外輪半軸的彎曲應(yīng)力mpa，已超出許用應(yīng)力的下限值。 

三、 許用應(yīng)力分析 

設(shè)計半軸時，應(yīng)保證在正常使用工況下有足夠的壽命，同時還能承受一定次數(shù)過大的沖擊載荷而不斷裂 這就要求半軸在正常載荷下的彎曲應(yīng)力小于材料的屈服極限；傳統(tǒng)設(shè)計方法中許用應(yīng)力是以材料屈服的除以安全系數(shù)而得，與所設(shè)計的半軸熱處理硬度無關(guān)。但實際上抗拉強度σb與材料硬度有關(guān)，而抗拉強度又與屈服強度為有關(guān)，這樣就與所設(shè)計的半軸熱處理狀況相聯(lián)系。 

目前，我司半軸選用材質(zhì)為40cr（調(diào)質(zhì)狀態(tài)屈服強度為785mpa）采用鍛造工藝，經(jīng)中頻感應(yīng)淬火后，表面硬化層半馬氏體處的硬度一般為hrc52～60，平均值為hrc56，據(jù)此可查得抗拉強度σb為2050mpa；而屈服應(yīng)力可通過抗拉強度轉(zhuǎn)換，即經(jīng)中頻淬后40cr的屈服強度σ0.2=σb/n =1367mpa（n為安全系數(shù)，鍛件取1.5），遠大于外側(cè)半軸的彎曲應(yīng)力，且有2.05的安全系數(shù)。 

四、 結(jié)論 

某型車選配差速鎖，半軸可以滿足正常的使用要求。且匹配差速鎖的該款車型已完成臺架試驗、差速鎖全壽命沖擊試驗、整車路試（10000公里），滿足我司的設(shè)計要求，從而佐證半軸設(shè)計中應(yīng)考慮熱處理的影響。 

理論設(shè)計計算應(yīng)根據(jù)各種車型的實際情況為生產(chǎn)提供有力的指導(dǎo)。 

參考文獻 

[1] 《汽車設(shè)計》吉林大學(xué) 王望予主編（普通高等教育機電類規(guī)劃教材 第三版) 

機械工業(yè)出版社2000.5； 

[2] 《機械設(shè)計手冊》第3卷/機械設(shè)計手冊編委會 編著.－3版.－北京：機械工業(yè)出 

版社，2004.8(2006.4)isbn7-111-14735-9。