载货汽车传动轴最大工作扭矩计算方法

孟林昆，李鹏

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）



载货汽车传动轴最大工作扭矩计算方法

孟林昆，李鹏

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

摘 要：传动轴是汽车传动系的重要组成部分，载货汽车传动轴的设计工作主要在于传动轴的选型、布置。其中根据整车参数计算传动轴最大工作扭矩，是传动轴设计、选型的必要依据。文章首先阐述并确定了载货汽车传动轴最大工作扭矩计算方法，然后详细介绍了多种驱动形式的载货汽车具体的传动轴最大工作扭矩计算方法，为传动轴设计、选型提供了参考、依据。

关键词：传动轴；扭矩；载货汽车

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.010

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

引言

传动轴是载货汽车传动系的重要零部件，通常在汽车整车设计过程中，传动轴的设计工作包括选型和布置两方面，传动轴的选型主要考虑因素有工作扭矩、万向节类型、连接接口类型等，其中传动轴工作扭矩的确定，对载货汽车传动轴的设计尤为重要。确定的传动轴工作扭矩大于实际中的扭矩，则会造成传动系重量增大和资源的浪费；确定的传动轴工作扭矩小于实际中的扭矩，则会出现传动轴变形、断裂等失效模式，导致车辆无法正常行驶。综上所述，根据载货汽车的具体参数，合理计算出传动轴的工作扭矩，是载货汽车传动轴设计的重要工作。本文详细介绍的载货汽车的传动轴工作扭矩计算方法，可作为设计参考。

1、传动轴最大工作扭矩计算方法

载货汽车驱动形式有多种，如图1的6×6驱动形式的载货汽车动力及传动系统是载货汽车动力及传动系统的典型代表，其动力按发动机、变速器、分动器、驱动轴、车轮轮胎的顺序传递，传动轴是这个顺序传递中重要的传动件，不同位置对传动轴传递的工作扭矩要求也不同。因此计算传动轴最大工作扭矩需要以载货汽车的动力及传动形式为基础，结合汽车理论中的相关计算方法，针对具体位置的传动轴来进行计算，以确定传动轴的最大工作扭矩。

图1　6×6载货汽车动力及传动系统简图

根据汽车理论知识，传动轴的工作扭矩有两种计算方法，即按发动机最大工作扭矩计算和按最大路面附着力计算。

按发动机最大工作扭矩计算时，传动轴最大工作扭矩T1按下面公式（1）计算：

式中：Temax-发动机最大工作扭矩，N·m ；

ib1-变速器Ι档速比；

ifd-分动器低档速比；

ifn-分动器分扭比；

ηb-变速器传动效率；

ηf-分动器传动效率；

按路面最大附着力计算时，传动轴最大工作扭矩T2按下面公式（2）计算：

式中：G-满载时驱动轴上的负荷，N ；

rk-车轮滚动半径，m；

ψ-轮胎与路面的附着系数；

iq-驱动轴减速速比；

ifg-分动器高档速比；

ηq-驱动轴传动效率；

通常在根据公式（1）、（2）分别计算出传动轴最大工作扭矩T1、T2后，还需确定最终的传动轴最大工扭矩Tmax，常用计算方法有以下两种：

式中：Kd-传动系动载系数，

{T1,T2}min-T1、T2中较小者；

{T1,T2}ave-T1、T2平均值；

当汽车整车动力系参数确定后，公式（1）、（2）中的各项参数均成为已知数值，很方便就可以得出传动轴最大工作扭矩数值T1、T2，进而通过公式（3）或公式（4）计算出传动轴的最大工作扭矩。仔细分析公式（2），其中轮胎与路面的附着系数、驱动轴上的负荷G，与汽车的实际使用工况密切相关。汽车作为移动的交通工具，其实际使用工况（路面、负荷） 不可能完全是汽车的设计适用工况，不同的道路环境、不同的装载量和装载重心位置，必然带来轮胎与路面的附着系数、驱动轴上的负荷G的不同，因此通过公式（2）计算的传动轴最大工作扭矩具有明显的局限性，很难顾全汽车是实际使用工况。考虑到传动轴的失效将直接影响汽车的正常运行，不建议采用公式（2）、（3）、（4）计算传动轴最大工作扭矩。建议采用下面公式（5）作为传动轴的最大工作扭矩计算方法。

通过公式（5）计算出的传动轴最大工作扭矩，即可作为传动轴的设计、选型参考和依据。

关于汽车传动系动载系数Kd：

NodeHandlerManager handler=new NodeHandlerManager();

当传动系有弹性联轴器时，Kd=1；

当传动系无弹性联轴器时，对于轿车Kd=2.0；对于载货汽车Kd=2.0~2.7；对于越野汽车Kd=2.5~3.2。

2、载货汽车传动轴最大工作扭矩计算

2.1 6×6载货汽车传动轴最大工作扭矩

如图1的6×6载货汽车动力及传动系统，根据公式（5）及6×6载货汽车动力及传动系特点，各传动轴最大工作扭矩计算方法如下：

传动轴A最大工作扭矩TAmax：

公式（7）、（9）中分动器分扭比ifn数值根据具体分动器确定，通常情况下分动器的不同输出端的分扭是不同的，因此文中所有ifn仅是定义相同，数值另行分析。

公式（8）就是公式（7）除2，这是因为驱动轴A中装配有普通对称锥齿轮式轴间差速器，可近似认为分配给驱动桥A和驱动桥B的扭矩相同，固传动轴C的最大工作扭矩是传动轴B最大工作扭矩的一半。采用其他类型的轴间差速器时，公式（8）还需另行分析推导，本文不作探讨。本文中涉及的所有双联驱动轴（例如图1中驱动轴A和驱动轴B）轴间差速器均默认为普通对称锥齿轮式。

2.2 8×8载货汽车传动轴最大工作扭矩

图2是一种8×8载货汽车动力及传动系统简图，与图1 的6×6载货汽车动力及传动系统相比较，图2多了传动轴E（图2序号14）和转向驱动轴B（图2序号15），根据公式（5）及8×8载货汽车动力及传动系特点，各传动轴最大工作扭矩计算方法如下：

传动轴A最大工作扭矩TAmax按公式（6）计算；

传动轴B最大工作扭矩TBmax按公式（7）计算；

传动轴C最大工作扭矩TCmax按公式（8）计算；

传动轴D最大工作扭矩TDmax按公式（9）计算；

传动轴E最大工作扭矩TEmax：

图2　8×8载货汽车动力及传动系统简图

2.3 4×4载货汽车传动轴最大工作扭矩

图3是一种4×4载货汽车动力及传动系统简图，与图1 的6×6载货汽车动力及传动系统相比较，图3中少了传动轴C（图1序号7）和驱动轴B（图1序号8），根据公式（5）及4×4载货汽车动力及传动系特点，各传动轴最大工作扭矩计算方法如下：

传动轴A最大工作扭矩TAmax按公式（6）计算；

传动轴B最大工作扭矩TBmax按公式（7）计算；

传动轴D最大工作扭矩TDmax按公式（9）计算；

图3　4×4载货汽车动力及传动系统简图

2.4 6×4、8×4载货汽车传动轴最大工作扭矩

图4是一种6×4、8×4载货汽车动力及传动系统简图，根据公式（5）及4×4载货汽车动力及传动系特点，各传动轴最大工作扭矩计算方法如下。

传动轴A最大工作扭矩TAmax按公式（6）计算；

传动轴B最大工作扭矩TBmax：

图4　6×4、8×4载货汽车动力及传动系统简图

图1、图2、图3、图4是常见的普通载货汽车动力及传动系统简图，根据公式（1）、公式（5）及各载货汽车动力及传动系特点，分别得出各传动轴最大工作扭矩计算公式，通过上述公式可以方便的计算出传动轴的最大工作扭矩。

3、总结

本文主要介绍了载货汽车传动轴最大工作扭矩的计算方法，并结合实际工作经验，阐述按发动机最大工作扭矩计算传动轴最大工作扭矩的方法，并详细介绍了常见类型的载货汽车各传动轴最大工作扭矩计算公式，为载货汽车传动轴的设计、选型提供了参考、依据。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论.北京:清华大学出版社,2009.

[2] 王宵锋, 汽车底盘设计. 北京:清华大学出版社,2010.

[3] 刘惟信.汽车设计.北京:清华大学出版社,2001.

[4] 刘惟信.汽车车桥设计.北京:清华大学出版社,2004.

中图分类号：U463.4

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-26-03

作者简介：孟林昆，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司。从事载货汽车底盘设计。

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