孟林昆，李鵬

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

?

載貨汽車傳動軸最大工作扭矩計算方法

孟林昆，李鵬

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

摘 要：傳動軸是汽車傳動系的重要組成部分，載貨汽車傳動軸的設(shè)計工作主要在于傳動軸的選型、布置。其中根據(jù)整車參數(shù)計算傳動軸最大工作扭矩，是傳動軸設(shè)計、選型的必要依據(jù)。文章首先闡述并確定了載貨汽車傳動軸最大工作扭矩計算方法，然后詳細介紹了多種驅(qū)動形式的載貨汽車具體的傳動軸最大工作扭矩計算方法，為傳動軸設(shè)計、選型提供了參考、依據(jù)。

關(guān)鍵詞：傳動軸；扭矩；載貨汽車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.010

CLC NO.: U463.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-26-03

引言

傳動軸是載貨汽車傳動系的重要零部件，通常在汽車整車設(shè)計過程中，傳動軸的設(shè)計工作包括選型和布置兩方面，傳動軸的選型主要考慮因素有工作扭矩、萬向節(jié)類型、連接接口類型等，其中傳動軸工作扭矩的確定，對載貨汽車傳動軸的設(shè)計尤為重要。確定的傳動軸工作扭矩大于實際中的扭矩，則會造成傳動系重量增大和資源的浪費；確定的傳動軸工作扭矩小于實際中的扭矩，則會出現(xiàn)傳動軸變形、斷裂等失效模式，導(dǎo)致車輛無法正常行駛。綜上所述，根據(jù)載貨汽車的具體參數(shù)，合理計算出傳動軸的工作扭矩，是載貨汽車傳動軸設(shè)計的重要工作。本文詳細介紹的載貨汽車的傳動軸工作扭矩計算方法，可作為設(shè)計參考。

1、傳動軸最大工作扭矩計算方法

載貨汽車驅(qū)動形式有多種，如圖1的6×6驅(qū)動形式的載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)是載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)的典型代表，其動力按發(fā)動機、變速器、分動器、驅(qū)動軸、車輪輪胎的順序傳遞，傳動軸是這個順序傳遞中重要的傳動件，不同位置對傳動軸傳遞的工作扭矩要求也不同。因此計算傳動軸最大工作扭矩需要以載貨汽車的動力及傳動形式為基礎(chǔ)，結(jié)合汽車理論中的相關(guān)計算方法，針對具體位置的傳動軸來進行計算，以確定傳動軸的最大工作扭矩。

圖1　6×6載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)簡圖

根據(jù)汽車理論知識，傳動軸的工作扭矩有兩種計算方法，即按發(fā)動機最大工作扭矩計算和按最大路面附著力計算。

按發(fā)動機最大工作扭矩計算時，傳動軸最大工作扭矩T1按下面公式（1）計算：

式中：Temax-發(fā)動機最大工作扭矩，N·m ；

ib1-變速器Ι檔速比；

ifd-分動器低檔速比；

ifn-分動器分扭比；

ηb-變速器傳動效率；

ηf-分動器傳動效率；

按路面最大附著力計算時，傳動軸最大工作扭矩T2按下面公式（2）計算：

式中：G-滿載時驅(qū)動軸上的負荷，N ；

rk-車輪滾動半徑，m；

ψ-輪胎與路面的附著系數(shù)；

iq-驅(qū)動軸減速速比；

ifg-分動器高檔速比；

ηq-驅(qū)動軸傳動效率；

通常在根據(jù)公式（1）、（2）分別計算出傳動軸最大工作扭矩T1、T2后，還需確定最終的傳動軸最大工扭矩Tmax，常用計算方法有以下兩種：

式中：Kd-傳動系動載系數(shù)，

{T1,T2}min-T1、T2中較小者；

{T1,T2}ave-T1、T2平均值；

當汽車整車動力系參數(shù)確定后，公式（1）、（2）中的各項參數(shù)均成為已知數(shù)值，很方便就可以得出傳動軸最大工作扭矩數(shù)值T1、T2，進而通過公式（3）或公式（4）計算出傳動軸的最大工作扭矩。仔細分析公式（2），其中輪胎與路面的附著系數(shù)、驅(qū)動軸上的負荷G，與汽車的實際使用工況密切相關(guān)。汽車作為移動的交通工具，其實際使用工況（路面、負荷） 不可能完全是汽車的設(shè)計適用工況，不同的道路環(huán)境、不同的裝載量和裝載重心位置，必然帶來輪胎與路面的附著系數(shù)、驅(qū)動軸上的負荷G的不同，因此通過公式（2）計算的傳動軸最大工作扭矩具有明顯的局限性，很難顧全汽車是實際使用工況。考慮到傳動軸的失效將直接影響汽車的正常運行，不建議采用公式（2）、（3）、（4）計算傳動軸最大工作扭矩。建議采用下面公式（5）作為傳動軸的最大工作扭矩計算方法。

通過公式（5）計算出的傳動軸最大工作扭矩，即可作為傳動軸的設(shè)計、選型參考和依據(jù)。

關(guān)于汽車傳動系動載系數(shù)Kd：

NodeHandlerManager handler=new NodeHandlerManager();

當傳動系有彈性聯(lián)軸器時，Kd=1；

當傳動系無彈性聯(lián)軸器時，對于轎車Kd=2.0；對于載貨汽車Kd=2.0~2.7；對于越野汽車Kd=2.5~3.2。

2、載貨汽車傳動軸最大工作扭矩計算

2.1 6×6載貨汽車傳動軸最大工作扭矩

如圖1的6×6載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)，根據(jù)公式（5）及6×6載貨汽車動力及傳動系特點，各傳動軸最大工作扭矩計算方法如下：

傳動軸A最大工作扭矩TAmax：

公式（7）、（9）中分動器分扭比ifn數(shù)值根據(jù)具體分動器確定，通常情況下分動器的不同輸出端的分扭是不同的，因此文中所有ifn僅是定義相同，數(shù)值另行分析。

公式（8）就是公式（7）除2，這是因為驅(qū)動軸A中裝配有普通對稱錐齒輪式軸間差速器，可近似認為分配給驅(qū)動橋A和驅(qū)動橋B的扭矩相同，固傳動軸C的最大工作扭矩是傳動軸B最大工作扭矩的一半。采用其他類型的軸間差速器時，公式（8）還需另行分析推導(dǎo)，本文不作探討。本文中涉及的所有雙聯(lián)驅(qū)動軸（例如圖1中驅(qū)動軸A和驅(qū)動軸B）軸間差速器均默認為普通對稱錐齒輪式。

2.2 8×8載貨汽車傳動軸最大工作扭矩

圖2是一種8×8載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)簡圖，與圖1 的6×6載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)相比較，圖2多了傳動軸E（圖2序號14）和轉(zhuǎn)向驅(qū)動軸B（圖2序號15），根據(jù)公式（5）及8×8載貨汽車動力及傳動系特點，各傳動軸最大工作扭矩計算方法如下：

傳動軸A最大工作扭矩TAmax按公式（6）計算；

傳動軸B最大工作扭矩TBmax按公式（7）計算；

傳動軸C最大工作扭矩TCmax按公式（8）計算；

傳動軸D最大工作扭矩TDmax按公式（9）計算；

傳動軸E最大工作扭矩TEmax：

圖2　8×8載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)簡圖

2.3 4×4載貨汽車傳動軸最大工作扭矩

圖3是一種4×4載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)簡圖，與圖1 的6×6載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)相比較，圖3中少了傳動軸C（圖1序號7）和驅(qū)動軸B（圖1序號8），根據(jù)公式（5）及4×4載貨汽車動力及傳動系特點，各傳動軸最大工作扭矩計算方法如下：

傳動軸A最大工作扭矩TAmax按公式（6）計算；

傳動軸B最大工作扭矩TBmax按公式（7）計算；

傳動軸D最大工作扭矩TDmax按公式（9）計算；

圖3　4×4載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)簡圖

2.4 6×4、8×4載貨汽車傳動軸最大工作扭矩

圖4是一種6×4、8×4載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)簡圖，根據(jù)公式（5）及4×4載貨汽車動力及傳動系特點，各傳動軸最大工作扭矩計算方法如下。

傳動軸A最大工作扭矩TAmax按公式（6）計算；

傳動軸B最大工作扭矩TBmax：

圖4　6×4、8×4載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)簡圖

圖1、圖2、圖3、圖4是常見的普通載貨汽車動力及傳動系統(tǒng)簡圖，根據(jù)公式（1）、公式（5）及各載貨汽車動力及傳動系特點，分別得出各傳動軸最大工作扭矩計算公式，通過上述公式可以方便的計算出傳動軸的最大工作扭矩。

3、總結(jié)

本文主要介紹了載貨汽車傳動軸最大工作扭矩的計算方法，并結(jié)合實際工作經(jīng)驗，闡述按發(fā)動機最大工作扭矩計算傳動軸最大工作扭矩的方法，并詳細介紹了常見類型的載貨汽車各傳動軸最大工作扭矩計算公式，為載貨汽車傳動軸的設(shè)計、選型提供了參考、依據(jù)。

參考文獻

[1] 余志生.汽車理論.北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[2] 王宵鋒, 汽車底盤設(shè)計. 北京:清華大學(xué)出版社,2010.

[3] 劉惟信.汽車設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[4] 劉惟信.汽車車橋設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,2004.

中圖分類號：U463.4

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-26-03

作者簡介：孟林昆，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司。從事載貨汽車底盤設(shè)計。

Truck drive shaft maximum torque calculation method

Meng Linkun, Li peng
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

Abstract:The shaft is an important component of the automobile drive train, truck drive shaft design work is mainly for the selection and arrangement of the shaft. Which, according to the vehicle parameters are calculated maximum working drive shaft torque is the shaft design, the selection of the necessary basis. This article first elaborated and determine the biggest work truck drive shaft torque calculation method, and introduces in detail a variety of drive truck in the form of specific maximum working drive shaft torque calculation method, provides reference for the shaft design, type selection, the basis. Keywords: The shaft; torque; truck