摘要：通过理论计算及试验论证了半轴的强度计算应考虑热处理工艺对其影响
关键词：半轴；差速锁；合成应力；中频淬火
abstract: through the theoretical calculation and experimental demonstration for half shaft strength calculation should be considered the influence of heat treatment process.key words: half axle differential lock; synthesis; stress; intermediate frequency quenching
某款已开发车型，根据实际功能、性能要求，会选配具有锁止功能的差速器，从而实现当一个驱动轮打滑时，将差速器壳与半轴锁紧成一体，使差速器失去差速作用，可以把全部扭矩转移到另一侧驱动轮上，即一侧的半轴会承受100%的扭矩（装配普通差速器的车辆的半轴最大仅承受50%的扭矩），这对该车型的半轴是一个考验，需对此半轴进行校核计算，以验证其是否满足使用要求。
一、 输入扭矩的计算
某车型为半浮式半轴，故其输入扭矩计算按式（1）计算：
（1）
式中：
g2—后驱动桥满载轴荷，kg；l—半浮式半轴的悬臂长度，m；
memax—发动机最大转矩，n•m；ik—变速器一档速比；i0—驱动桥主减速比；
图1 半浮式半轴所受弯矩简图
经过计算该车型半轴的输入扭矩t约为4000n•m；
二、 半轴的设计计算
半浮式半轴的设计应考虑如下三种工况：
1、 纵向力fx2最大，侧向力fy2为0：此时垂向力fz2=mg2/2,纵向力最大值fx2=fx2φ=mg2φ/2
半轴弯曲应力σ和扭转切应力τ为
上式中：
m—负荷转移系数，可取1.2； φ—地面附着系数，计算时可取0.8；
d—半轴直径，m，取0.040m；rr—车轮滚动半径，m，取0.357m；
计算得：半轴的合成应力mpa，小于半轴许用应力的推荐值
[σb]600～750mpa,满足使用要求。
2、 汽车通过不平路面时，垂向力fz2最大，纵向力fx2=0，侧向力fy2=0:
半轴的合成应力σb即为半轴的弯曲应力（见下式结果）小于半轴合成应力推荐值，满足使用要求。
mpa,
上式中：
k—动载系数，该车型属于越野车取2.5；
3、 侧向力fy2最大，纵向力fx2=0，此时意味着发生侧滑，此时外侧半轴弯曲应力较大
外侧车轮的垂向反力
上式中：
hg—汽车质心高度，取0.602m；b2—两车轮轮距，取1.46m；φ1—侧滑系数，取1.0；
外侧车轮的侧向力
外轮半轴的弯曲应力mpa，已超出许用应力的下限值。
三、 许用应力分析
设计半轴时，应保证在正常使用工况下有足够的寿命，同时还能承受一定次数过大的冲击载荷而不断裂 这就要求半轴在正常载荷下的弯曲应力小于材料的屈服极限；传统设计方法中许用应力是以材料屈服的除以安全系数而得，与所设计的半轴热处理硬度无关。但实际上抗拉强度σb与材料硬度有关，而抗拉强度又与屈服强度为有关，这样就与所设计的半轴热处理状况相联系。
目前，我司半轴选用材质为40cr（调质状态屈服强度为785mpa）采用锻造工艺，经中频感应淬火后，表面硬化层半马氏体处的硬度一般为hrc52～60，平均值为hrc56，据此可查得抗拉强度σb为2050mpa；而屈服应力可通过抗拉强度转换，即经中频淬后40cr的屈服强度σ0.2=σb/n =1367mpa（n为安全系数，锻件取1.5），远大于外侧半轴的弯曲应力，且有2.05的安全系数。
四、 结论
某型车选配差速锁，半轴可以满足正常的使用要求。且匹配差速锁的该款车型已完成台架试验、差速锁全寿命冲击试验、整车路试（10000公里），满足我司的设计要求，从而佐证半轴设计中应考虑热处理的影响。
理论设计计算应根据各种车型的实际情况为生产提供有力的指导。
参考文献
[1] 《汽车设计》吉林大学 王望予主编（普通高等教育机电类规划教材 第三版)
机械工业出版社2000.5；
[2] 《机械设计手册》第3卷/机械设计手册编委会 编著.－3版.－北京：机械工业出
版社，2004.8(2006.4)isbn7-111-14735-9。
