【摘  要】等速驱动轴的轻量化不仅对汽车轻量化做出了一定贡献，而且更有助与汽车传动效率的提升，这样的轻量化技术符合社会环保的需求和汽车未来的发展，本文介绍了汽车轻量化发展的趋势，轻量化选材原则与轻量化方法与轻量化结构设计。

【关键词】轻量化方法;材料选用原则;结构设计

1.引言

随着环境的恶化，石油资源的减少，油价的上涨，汽车结构的设计面临着严峻的问题，设计师也必须迎合新时代发展的要求，通过轻量化设计，减小车重，降低油耗，适应环节能环保的要求是整个汽车行业发展的趋势。汽车轻量化是现代汽车发展的重要目标之一，除车身、车架需要轻量化外，等速驱动轴作为汽车的关键传动部件，其轻量化设计逐步成为研究的热点。等速驱动轴是汽车传动必不可少的零部件，在服役过程中，会经受复杂的受力条件，其中包括扭转、拉压、剪切、冲击等交变应力，还可能会受到因路况或变速等原因而导致非常规震动，产生附加应力;以及高速旋转产生摩擦，造成应力分布不均，以及产生摩擦磨损，严重者直接导致等速驱动轴的失效，采取轻量化结构设计技术可以有效减小摩擦。在确保驱动轴安全使用的前提下，传动轴的轻量化不仅可以使汽车质量轻量化，而且可以减小动力扭矩，从而减小轴向派生力和震动，提升汽车的使用寿命[1]。因此，对汽车关键零部件等速驱动轴进行轻量化设计师必要的，本文从等速驱动轴的选材、以及轻量化设计原则出发，阐述了一些在设计过程中需要考虑的问题，为广大汽车设计者提供了有力的帮助。

2.等速驱动轴轻量化策略

2.1等速驱动轴概况及轻量化发展趋势

等速驱动轴作为关键传动装置，是发动机动力传递到到车轮必不可少的装置，一般布置在汽车差速器和车轮之间。发动机前置是现在汽车采取的通用模式，为了适用、美观，大多数家用轿车均采取前置发动机结构，这就导致了前轮即要承担驱动作用，又要作为转向轮进行行驶过程中的方向变更，这就导致等速驱动轴需要配合万向节共同工作。万向节根据在扭转方向上的弹性变形变化分类，可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节有可以分为十字轴式的不等速万向节、双联式和三销轴式准等速万向节、球叉式和球笼式等速万向节，等速万向节简称CVJ。根据是否可以进行轴向移动，等速万向节又可分为固定万向节和移动万向节。其中等速驱动轴用到的万向节对驱动轴的传动效率有着很大的影响，减小万向节摩擦力可以提高机械效率，从而提升等速驱动轴整体传动效率。

汽车轻量化是汽车发展的一个趋势，轻量化的发展可以有效实现汽车速度的提升，节省燃料，在低耗能状态下产生高效率，也符合现代国家绿色环保发展战略策略。

2.2等速驱动轴轻量化材料选用原则

为了满足使汽车在行驶过程中等速驱动轴安全可靠、高效传动要求，材料性能必须满足的要求有：

包括采取的等速万向节在内，必须保证所连接的两轴在所允许下要求的变化范围内变动，并且在变化过程中能够可靠的传递扭矩，保证两轴传动等速旋转。等速驱动轴应该有足够的刚度、强度、耐久性、高的抗疲劳特性等[2]。等速驱动轴在高温、低温、高湿度气候等条件下，应能够正常进行工作。材料的稳定性要强，不能发生突变性力学性能的下降，且具有较高的使用寿命，一般要求厂家等速驱动轴产品五年或者10万公里内，质量问题出现失效就要免费更换。

针对以上的使用要求，需要对材料满足高强度、高抗扭转，高抗压抗压等性能，因此，针对轻量化材料的选择至关重要，选择一种即有高的使用性能，又具有轻质量的材料是等速驱动轴轻量化的关键。目前轻量化材料有高强度塑料，但是害远远达不到驱动轴的使用工况，需要开发新型塑料，若能够开发出新型能够适应驱动轴工况的塑料零件，对于驱动轴的选材来说是最合适的材料选择。还有就是复合材料的开发，最近复合材料发展迅猛，个別复合材料在实验室条件下已经能够满足性能使用条件，但是还应该接收更严格的测试，费和次奥来哦的发展也为轻量化做出了巨大贡献，选择合适的复合材料作为轴深的使用也是合适的选择。综上所诉，轻量化材料选用原则应在能够满足工况使用条件的前提下，选择轻质量材料，是还要兼顾成本等经济条件和产品生产的适用性条件[3]。

等速驱动轴的轻量化，不仅对于汽车轻量化是一个贡献，更重要的对于驱动轴的使用效率的提升更为重要，轻量化的方法有很多，针对轻量化设计技术，我们也给出了一些相应的方法。

2.3等速驱动轴轻量化方法及结构设计

等速驱动器轻量化方法包括‘结构轻量化、材料轻量化、工艺轻量化三种方式。结构轻量化从零件的结构入手，去除繁琐多余的结构，使结构达到最简化，同时满足零件的使用性能。

结构轻量化根据设计变量和优化问题类型的不同，可以分为拓扑优化、尺寸优化、形状优化、形貌优化等。通过结构轻量化，我们可以设计找到有效的载荷、扭矩传递路径，进行结构上键槽数量、大小、位置等优化设计;合理进行驱动轴中空减重设计;合理进行驱动轴截面，直径尺寸，万向节尺寸，在手里部位增加料厚，非受力部位适当减小料厚，保证力学性能使用的前提下进行尺寸优化设计，从而有效减小驱动轴重量。

材料轻量化，通过在不同受力条件下不同材料的选择，实现多种结构不同材料的合理分布，从而实现自重的降低。目前等速驱动轴所采用的材料大多还是金属材料，随着复合材料的快速发展，应寻求一种能够在满足使用要求的前提下，采取质量小的复合材料，可以有效对驱动轴进行轻量化，但是新材料的开发并不是轻而易举，需求一种质量轻，又能满足使用力学性能的材料，是目前需要开发的一个新项目。

工艺轻量化是通过工艺提高材料的使用性能，优化形貌形状等，其中就需要与零件的结构设计结合起来，进行加工工艺的合理安排，从而达到驱动轴轻量化的目的。

针对等速驱动轴的结构来说，一般由外端万向节、轴杆、内端万向节组成，内外端万向节有很多种类型，不同类型万向节的结构和作用也均不同，选择合适的万向节或设计新型结构万向节对驱动轴轻量化起着举足轻重的作用[4]。针对轴杆在结构上可以进行外部形状和内部中空进行着手设计，外部形状可以进行减小直径设计加强筋等手段，内部中空可以根据相关软件进行强度、刚度、扭转等校核，从而设计出中空结构的驱动轴，进而减小驱动轴质量。

参考文献：

[1]朱钊，黄巨成，张海源，滕杰.等速驱动轴横摆振动的研究及解决[J].汽车实用技术，2019（23）：127-129.

[2]潘天林，等速驱动轴设计技术软件. 河南省，许昌远东传动轴股份有限公司，2018-12-01.

[3]王智文，冯昌川.新能源汽车轻量化技术路径及开发策略[J].汽车工艺与材料，2021（06）：1-12.

[4]高秀荣.轿车前驱动轴结构及设计要领[J].汽车工程师，2016（03）：22-26+39.

作者简介：

杨德善（1974-），男，汉族，安徽省淮南市，本科，现就职于宁波万航实业有限公司，主要从事技术管理工作。