身的强度较高，加之在半轴表面形成大的残余压应力，以及采用喷丸处理、滚压半轴突缘根部过渡圆角等工艺，使半轴的静强度和疲劳强度大为提高，尤其是疲劳强度提高十分显著。

5.3半轴的设计与计算

驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中．驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器齿轮和轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。 5.3.1全浮式半轴的计算载荷的确定

半轴的主要尺寸是它的直径，设计计算时首先应合理地确定其计算载荷。 半轴计算应考虑到以下三种可能的载荷工况：

（1）纵向力X2（驱动力或制动力）最大时（X2=Z2?），附着系数φ取0.8，没有侧向力作用；

（2）侧向力Y2最大时，其最大值发生于侧滑时，为Z2φ1，侧滑时轮胎与地面的侧向附着系数φ1在计算中取1.0，没有纵向力作用；

（3）垂向力最大时，这发生在汽车以可能的高速通过不平路面时，kd，kd是动载荷系数，这时没有纵向力和侧向力的作用。

全浮式半轴在上述第一种工况下 纵向力应按最大附着力计算，即 X2L?X2Rm'G2??=15288N （5.1）

2式中：m'——汽车加速和减速时的质量转移系数，对于后驱动桥可取1.3； ?——轮胎与的地面的附着系数0.8；

对于驱动车轮来说，当按发动机最大转矩及传动系最低档传动比计算所得的纵向力小于按最大附着力所决定的纵向力时，则按下式计算，即

X2L或X2R??TemaxiTL?T/rr=7689.28N （5.2） 式中：?——差速器的转矩分配系数0.6；

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Tema——发动机最大转矩245N?m； x iTL——传动系最低档传动比29.06； ?T——汽车传动效率0.9； rr——轮胎滚动半径0.5m。

取两者的较小值，所以X2L?X2R?7689.28N

转矩为： T?X2L?rr?X2R?rr?3844.64N?m （5.3）

图5.1 全浮式半轴支承示意图

5.3.2全浮半轴杆部直径的初选

设计时，半浮式半轴杆部直径的初步选择可按下式进行：

3 d?3T?103?(2.05~2.18)T=32.11~34.15mm取d=33mm （5.4）

0.196[?]式中：d——半轴杆部直径mm；

T——半轴的计算转矩，3844.64N?m；

[?]——半轴转矩许用应力，MPa。因半轴材料取40Cr，[?]为784MPa左右，

考虑安全系数在1.3～1.6之间，可取[?]=490~588MPa。

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5.3.3全浮半轴强度计算

半轴的扭转应力可由下式

??T?16 ?103=N?mm?[?] （5.5）

d3式中：?——半轴扭转应力，MPa；

T——半轴的计算转矩3844.64N?m； d——半轴杆部直径33mm；

[?]——半轴的扭转许用应力，取[?]=490~588MPa。

??T?16?103=

3844.64d3?16?103=545.14<[?]，强度满足要求。

333半轴的最大扭转角为

??Tl180??103 （5.6） GJ?式中：T——半轴承受的最大转矩，3844.64N?m； l——半轴长度768mm；

G——材料的剪切弹性模量8.4×104N/mm2； J——半轴横截面的极惯性矩，J??32经计算最大扭转角?=14.48°，扭转角宜选为6°~15°满足条件。

d4=147249mm4。

5.3.4全浮式半轴花键强度计算

为了使半轴的花键内径不小于其杆部直径，常常将加工花键的端部做得粗些，并适当地减小花键槽的深度，因此花键齿数必须相应地增加，通常取10齿(轿车半轴)至18齿(载货汽车半轴)。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏，因此在结构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中，本次设计时考虑到此处花键部分与杆部之间的倒角为13mm。重型车半轴的杆部较粗，外端突缘也很大，当无较大锻造设备时可采用两端均为花键联接的结构，且取相同花键参数以简化工艺。在现代汽车半轴上，渐开线花键用得较广，但也有采用矩形或梯形花键的。本次设计采用带有凸缘的全浮式半轴，采用渐开线花键。

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根据杆部直径为33mm，选择的渐开线的花键具体参数为：花键齿数为12，模数3分度圆直径36mm，分度圆上压力角为30°。

半轴花键的剪切应力为：

T?103 MPa （5.7） ?s?D?d?BA???zLpb?4??半轴花键的挤压应力为：

T?103 MPa （5.8） ?c??DB?dA??DB?dA?????zLp?42????式中：T——半轴承受的最大转矩4005.15N?m；

DB——半轴花键外径，40mm；

dA——相配的花键孔内径，35mm；

z——花键齿数12；

Lp——花键的工作长度70mm；

1b——花键齿宽，b=??m=4.71mm；

2?——载荷分布的不均匀系数，计算时取为0.75。

根据据上式计算：

T?1033844.64?103==69.10 MPa ?s?D?d35?40?B??A???zLpb????12?70?4.71?0.754?4???T?1033844.64?103==191.08MPa ?c??DB?dA??DB?dA??35?40??40?35?????zLp???????12?70?0.7542?4??2?????当传递最大转矩时，半轴花键的剪切应力不超过71.05Mpa，挤压应力不超过196Mpa，所以校核成功。

5.4本章小结

本章对半轴做了设计计算。在全浮式半轴的设计计算中首先考虑到三种可能的载荷工况。对纵向力（驱动力或制动力）最大时，没有侧向力作用这一工况进行了计算。

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