传动轴扭矩的计算

  一、 万向节传动轴的断面尺寸除应满足临界转速的要求外，还应保证有足够的扭转强度。传动轴的最大扭转应力τ(MPa)可按下式计算：

τ= Te max·iR1·iF1·kd/Wτ 

式中Te max——发动机的最大转矩，N·m；

iR1，iF1——变速器一档传动比和主传动比；

kd——动载荷系数；

Wτ——抗扭截面模量；

如果传动轴为管轴，上式又可表达为

τ=16DT/π·（D4-d4） 

式中T——传动轴计算转矩，T=Te max·iR1·iF1·kd，N·mm；

D——传动轴管外径尺寸，mm；

d——传动轴管内径尺寸，mm；

上式亦可用于计算万向传动的实心轴，例如传动轴一端的花键轴和转向驱动桥的半轴以及断开式驱动桥和de Dion桥的摆动半轴，并取上式的d=0。对于花键轴D取花键的内径，且其许用应力一般按安全系数为2～3确定。

  二、根据传动轴的扭力需要计算轴的最小危险截面直径：如下下面举例进行计算说明：

   某款车其参数为：

1、发动机的最大输出功率为47KW；

2、发动机传输最大输出扭矩为85N·m（转速5000～5300rpm）；

3、发动机中置，各轴的万向节间垂直距离为450mm；

4、空载前轮承受重量600 Kg，空载重心离地高度330mm；

5、发动机的主减速比：

Ⅰ  1.570

Ⅱ  2.412

Ⅲ  3.301

Ⅳ  4.389

Ⅴ  4.217

6、差速器减速比为4.05；

7、满载前轮重量820Kg，满载时重心离地高度为270mm；

8、传动轴初始安装轴倾角8°；

9、车轮半径为0.29m；

按汽车驱动轮打滑进行扭力计算：

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

  三、 对于小型车而言，由于车体的自重较轻，因此抓地力相对较差，这里选取系数为0.75；另选取半轴至驱动车轮之间的传动比和传动效率数值分别为0.96。

?? 按发动机输出进行计算：如下为

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

   考虑到当车体为最高减速比时候，车体的速度是最低的，此时车体传动轴可以获得最大的扭转力矩。根据车体参数可以知道，发动机在Ⅳ档时可获得最大的减速比。发动机的传动效率此时选取0.96。

   根据上述计算的结果，选取数值较小的扭矩值作为驱动轴的最小扭矩。这里面之所以不选取较大的数值是考虑到了传动轴的轻量化的设计原则。另对于车体而言，需要保护发动机不受损坏和最大冲击载荷时其他安全件不受到损坏，故传动轴需要选取较小的数值。

因 τ=16DT/π·（D4-d4）

所以有：

D=[32·T/(π·κ·τmax)]-3 (单位：mm)

式中 D——传动轴外径，此时为实心轴；

κ——安全系数，对于轿车而言选取安全系数为1.3～1.8；

τmax——传动轴的实际抗拉强度；

一般情况下传动轴需要承受一定范围的弯曲疲劳应力，因此选取了1.8倍的安全系数重新进行计算：

D=[32×871/(π×1.8×940)]-3=17.6mm

即选择最小轴径为17.6mm的轴作为最小安全截面积。