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专用车轻量化新突破-铝合金传动轴比钢制减重30%!

来源:专汽网 作者: 周霞 时间:2022-05-26 浏览次数:

专用车里超重一直是一个问题,所以主机厂也一直在为底盘轻量化而烦恼,在用材上精细了不少,比如发动机壳、变速箱、轮廓、油箱、储气罐等零部件都可以采用轻型铝材制作,这样可以为底盘减重不少,包括大梁有的车型也用了不一样的材质。

传动轴

在底盘上有个不可缺少的零部件——传动轴,为了减重,也采用了铝合金的材质制作,这铝合金传动轴好不好使呢?本期我们就来聊聊这个话题。

传动轴

常见的专用车底盘大多是采用了前置后驱的驱动形式,发动机所产生的动力经过变速箱的输出扭矩和旋转运动,再通过传动轴传递到驱动桥上,再传递至车轮从而驱动车辆行驶。

传动轴的两端均连接至变速箱和驱动桥的法兰,在经过起伏路面时悬架的弹性特征,驱动桥会有上下运动的过程,传动轴的传递距离和传递角度都会动态发生变化。

专用车传动轴

而在专用车里有需要安装泵的专用车也需要安装一根传动轴来连接,比如环卫洒水车类、抑尘车、危化油罐车类等车型。这类车型需要在变速箱上安装一个取力器,可以借变速箱的动力,再安装传动轴用来带动泵。

传动轴结构图

传动轴通常由轴管、伸缩套、万向节等部分组成。伸缩套的存在正是可以调节变速箱与驱动桥之间的距离及角度的变化;万向节则是保证变速箱输出轴与驱动桥输入轴线夹角的变化,实现两轴的等角速转动。

从它承接的作用来看,传动轴对动平衡、质量、耐腐蚀、耐疲劳等性能要求比较高,对材料和加工工艺的要求也很高。不过毫无疑问,目前商用车上使用最为广泛的仍然是钢制传动轴,其优点就是耐用和便宜。但钢制传动轴也有一大缺点,就是比较重,除了给车辆增加了较多的重量以外,钢制传动轴还使引擎更难工作,因为它必须要带动更加沉重的传动轴才能驱动车辆前进。

铝合金传动轴

铝合金传动轴不是大家所认为的“全铝合金”,而是轴管采用铝合金材质,万向节大多采用美标8620H钢材。据了解,常用的用作传动轴轴管的铝合金为6061铝合金,主要合金元素为镁与硅。其抗腐蚀性与可焊接性都比较优秀,氧化效果好,广泛应用于要求有一定强度和抗腐蚀性高的各类工业结构件。

铝合金传动轴

从国内一篇研究重型专用车传动轴扭转强度的报告来简要说明,工况1:在万向节转角0度时,传动轴的受力分析结果如下图所示。其中等效应力最大处位于万向十字节与其端部轴承过度处,最大应力为169MPa。而应用铝合金材质的轴管、伸缩套等位置的等效最大应力约为37-54MPa左右。

工况2:在颠簸路面行驶时,万向节绕X轴转角15度时,传动轴的受力分析如图。其中整体应力最大处位于万向十字节与其端部轴承过度处,最大应力为168MPa,应用了铝合金材质的轴管等位置的最大应力约为37-55MPa。

而6061铝合金的极限抗拉强度为205MPa以上,并且其位置并不处于等效应力最大处,这也保障了整个传动轴的强度可以应对绝大多数工况,除极端恶劣情况下,都很难达到扭断传动轴的情况。

铝合金传动轴在军车领域也有应用,在2018年时,东风汽车传动轴有限公司就研发出了应用于东风猛士越野车的铝合金传动轴。对于可靠性有着极高要求的军用车辆能使用铝合金传动轴,也侧面说明了其可靠性达到了军方要求,表现足够出色。

钢铁的密度约为7.8g/cm3,而铝合金密度约为2.7g/cm3,合金成本不同会有细微变化,通常可以认为同样的部件,钢铁会比铝合金重近3倍。我们以轻卡级别为例,使用铝合金材质的传动轴通常为了保障其强度与可靠性会进行强化处理,在您观察铝合金传动轴与钢制传动轴刨面时您有可能会注意到,铝合金传动轴会比钢制传动轴稍厚一些。

即便如此,铝合金传动轴仍然相比钢制传动轴可减重30%左右,也就是说仅传动轴这一部件便可以减重约12kg。而如果用一根铝合金传动轴替代两根钢制传动轴,重量甚至可以降低30%-50%。单单传动轴方面减轻的重量就接近20KG。再配合上各家大同小异的“铝合金套餐”,如铝合金材料的变速箱壳体、油箱、储气筒、轮圈等,其减重效果不容小觑,对于卡友们而言就可以实现合规多拉。

除了更轻,可满足专用车的使用需求以外,铝合金传动轴相较常见的钢制传动轴还有哪些区别呢?首先因为铝合金更加轻巧,其更容易被驱动旋转,这降低了其转动惯量,也就是说铝合金传动轴的动力响应更加迅速。

另外,在很多人眼中,铝合金因为更轻巧这一特性被视为“更高级”,但并没有这么简单。铝合金在韧性上比合金钢要差,也就是说,铝合金虽硬但却更脆,而钢虽然软却更具韧性。这也就导致了其遇到超过其极限的受力情况下,钢会逐级抵抗至最后“一兵一卒”,因为其韧性可以化解一部分力量,而铝合金达到临界点时可能会直接“缴械投降”。

在轻卡专用车中,选装铝合金传动轴的价格约为300元。是否选择铝合金传动轴就见仁见智了,因为轻量化是一个体系,而不是比拼个别零部件的减重,单一选择铝合金部件的作用并不大,只有大量应用轻量化手段和材料降重才更具意义。

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● 编后语:

过于沉重的专用车底盘,会使得合规装载能力下降,尤其是轻卡蓝牌的专用车。现在很多轻卡蓝牌专用车底盘已经应用铝合金部件套装;铝合金材料的大量应用使蓝牌轻卡专用车在追求标载运输的领域确实有着非常大的帮助,在保障了轻卡较大的装载量的同时,在一定程度上优化了整车自重,可以让车友们合规拉更多的货物。

由钢制传动轴升级成铝合金传动轴也是目前商用车制造商越来越广泛采取的一种减重办法了,铝合金传动轴的出现,使得专用车的轻量化之路打开了新局面。

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