傳動軸知識：關于傳動軸的扭力計算方式

傳動軸扭矩的計算

　　萬向節傳動軸的斷面尺寸除應滿足臨界轉速的要求外，還應保證有足夠的扭轉強度。傳動軸的大扭轉應力τ(MPa)可按下式計算：

　　τ= Te max·iR1·iF1·kd/Wτ

　　式中Te max——發動機的大轉矩，N·m；

　　iR1，iF1——變速器一檔傳動比和主傳動比；

　　kd——動載荷系數；

　　Wτ——抗扭截面模量；

　　如果傳動軸為管軸，上式又可表達為

　　τ=16DT/π·（D4-d4）

　　式中T——傳動軸計算轉矩，T=Te max·iR1·iF1·kd，N·mm；

　　D——傳動軸管外徑尺寸，mm；

　　d——傳動軸管內徑尺寸，mm；

　　上式亦可用于計算萬向傳動的實心軸，例如傳動軸一端的花鍵軸和轉向驅動橋的半軸以及斷開式驅動橋和de Dion橋的擺動半軸，并取上式的d=0。對于花鍵軸D取花鍵的內徑，且其許用應力一般按安全系數為2～3確定。

　　根據傳動軸的扭力需要計算軸的Z小危險截面直徑：如下下面舉例進行計算說明：

　　某款車其參數為：

　　1、發動機的大輸出功率為47KW；

　　2、發動機傳輸大輸出扭矩為85N·m（轉速5000～5300rpm）；

　　3、發動機中置，各軸的萬向節間垂直距離為450mm；

　　4、空載前輪承受重量600 Kg，空載重心離地高度330mm；

　　5、發動機的主減速比：

　?、? 1.570

　?、? 2.412

　?、? 3.301

　?、? 4.389

　?、? 4.217

　　6、差速器減速比為4.05；

　　7、滿載前輪重量820Kg，滿載時重心離地高度為270mm；

　　8、傳動軸初始安裝軸傾角8°；

　　9、車輪半徑為0.29m；

　　按汽車驅動輪打滑進行扭力計算：

　　Tj=Tψmax/ (i∑·ηγ)=G2·Ψmax·rr/(i∑·ηγ)

　　=0.5×820×7.98×0.75×0.3/（0.96×0.96）

　　≈1000 N·m

　　對于小型車而言，由于車體的自重較輕，因此抓地力相對較差，這里選取系數為0.75；另選取半軸至驅動車輪之間的傳動比和傳動效率數值分別為0.96。

　　? 按發動機輸出進行計算：如下為

　　Tj=εTe max·i∑·ηγ=0.6×85×4.389×4.05×0.96≈871N·m

　　考慮到當車體為減速比時候，車體的速度是的，此時車體傳動軸可以獲得的扭轉力矩。根據車體參數可以知道，發動機在Ⅳ檔時可獲得的減速比。發動機的傳動效率此時選取0.96。

　　根據上述計算的結果，選取數值較小的扭矩值作為驅動軸的Z小扭矩。這里面之所以不選取較大的數值是考慮到了傳動軸的輕量化的設計原則。另對于車體而言，需要保護發動機不受損壞和擊載荷時其他安全件不受到損壞，故傳動軸需要選取較小的數值。

　　因 τ=16DT/π·（D4-d4）

　　所以有：

　　D=[32·T/(π·κ·τmax)]-3 (單位：mm)

　　式中 D——傳動軸外徑，此時為實心軸；

　　κ——安全系數，對于轎車而言選取安全系數為1.3～1.8；

　　τmax——傳動軸的實際抗拉強度；

　　一般情況下傳動軸需要承受一定范圍的彎曲疲勞應力，因此選取了1.8倍的安全系數重新進行計算：

　　D=[32×871/(π×1.8×940)]-3=17.6mm

　　即選擇Z小軸徑為17.6mm的軸作為Z小安全截面積。