CN104895906A - 基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构及方法，包括中部空心管以及左右两实心连接杆，左实心连接杆右端预留的配合端和右两实心连接杆左端预留的配合端分别与中部空心管过盈配合，采用高功率激光器对连接处进行焊接，激光器功率在3000w以上，焊接厚度大于4mm，焊接完成后传动轴具有两处焊缝。焊接完成保证较小的焊缝宽度与热影响区，实现传动轴能够传递复杂运动状况下的扭矩与达到轻量化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构及其方法，属于激光焊接技术和汽车零部件制造技术领域。
背景技术
汽车工业是产业关联度高、规模效益明显、资金和技术密集的重要产业，将是扩大内需、支持未来经济增长的重要力量。目前，我国加快发展汽车工业的条件已基本成熟。但是零部件发展仍然落后，汽车零部件工业的投资力度不足，具有国际竞争力的产品少，是目前汽车工业存在的主要问题之一。
传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，是汽车传动系中传递动力的重要部件，作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力，因此它的动平衡是至关重要的。这就对连接杆之间的连接情况有着高要求，传统的连接方式是采用摩擦焊和气保焊，仅满足了基本使用，硬度，应力，抗扭强度等力学性基本能达到要求，但是摩擦焊要求工件刚性固定，焊接时由于工件的相对挤压转动，使焊接面不平整，熔融的材料外溢堆积在焊缝处，后续的处理繁琐，效率较低，成本也高；气保焊由于气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区，并且电弧的光辐射很强，需设挡风装置，否则气体保护效果不好，对操作人员也有伤害，另外焊接质量不高，焊缝区会出现融化不均匀，气孔等缺陷。
同时，传动轴一般采用实心轴设计，但是由于重量大，在刹车或加速时，平衡性能差，会加大惯性，对变速箱和后桥造成伤害；由于是实心轴，需要将连接端面都焊接起来，若焊接不完全，会导致焊接应力分布不均匀，在转动传递动力时，在已经焊接与未焊接部位应力发生扩散，产生裂纹，疲劳性能与寿命降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，特点是：包括中部空心管以及左右两实心连接杆，左实心连接杆右端预留的配合端和右实心连接杆左端预留的配合端分别与中部空心管过盈配合，过盈配合处通过激光焊接连接固定，中部空心管壁厚大于4mm。
进一步地，上述的基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，其中，所述左实心连接杆材质为40Cr冷拉圆钢，长度为174.5mm，直径为Φ36mm，与中部空心管配合端尺寸为长10mm，直径Φ27mm。
更进一步地，上述的基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，其中，所述右实心连接杆材质为40Cr冷拉圆钢，长度为167.5mm，直径为Φ36mm，与中部空心管配合端尺寸为长10mm，直径Φ27mm。
再进一步地，上述的基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，其中，所述中部空心管材质为45#，其尺寸内径为Φ27mm，壁厚为4mm，长度为121mm。
本发明基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计方法，左实心连接杆右端预留的配合端和右两实心连接杆左端预留的配合端分别与中部空心管过盈配合，采用高功率激光器对连接处进行焊接，激光器功率在3000w以上，焊接厚度大于4mm，焊接完成后传动轴具有两处焊缝。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①激光焊接技术相对于传统的摩擦焊、气保焊，热影响区金相变化范围和因热传导所导致的变形都较小，而且更能消除焊接残余应力，提高传动轴连接处表面硬度，提高连接处强度，抗扭强度等疲劳性能；
②分体式空心管设计实现传动轴轻量化设计，优化结构，节省原材料，降低生产成本，满足复杂多变的高使用要求，优化生产工艺，提高工作环境的安全系数；
③无污染、工艺适用范围广，并且激光焊接作用强、影响范围大，可适用于各种汽车零部件加工工艺。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的结构示意图。
图2：左实心连接杆的结构示意图。
图3：右实心连接杆的结构示意图。
图4：中部空心管的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，包括中部空心管3以及左右两实心连接杆，左实心连接杆1右端预留的配合端和右实心连接杆2左端预留的配合端分别与中部空心管3过盈配合，过盈配合A处通过激光焊接连接固定，中部空心管3壁厚大于4mm。
如图2所示，左实心连接杆1材质为40Cr冷拉圆钢，长度为174.5mm，直径为Φ36mm，与中部空心管配合端尺寸为长10mm，直径Φ27mm。
如图3所示，右实心连接杆2材质为40Cr冷拉圆钢，长度为167.5mm，直径为Φ36mm，与中部空心管配合端尺寸为长10mm，直径Φ27mm。
如图4所示，中部空心管3材质为45#，其尺寸内径为Φ27mm，壁厚为4mm，长度为121mm。
基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计方法，左实心连接杆右端预留的配合端和右两实心连接杆左端预留的配合端分别与中部空心管过盈配合，采用高功率激光器对连接处进行焊接，激光器功率在3000w以上，焊接厚度大于4mm，焊接完成后传动轴具有两处焊缝。焊接完成能够保证较小的焊缝宽度与热影响区，实现传动轴能够传递复杂运动状况下的扭矩与达到轻量化的目的。
具体制作时，按照图2在车床粗加工左实心连接杆1，其材质为40Cr冷拉圆钢，长度为174.5mm，直径为Φ36mm，与中部空心管配合端尺寸为长10mm，直径Φ27mm；按照图3在车床粗加工右实心连接杆2，其材质为40Cr冷拉圆钢，长度为167.5mm，直径为Φ36mm，与中部空心管配合端尺寸为长10mm，直径Φ27mm；按照图4在车床粗加工中部空心管3，其材质为45#冷拉圆钢，其尺寸内径为Φ27mm，壁厚为4.5mm，长度为121mm；按照图1采用3000w高功率激光器对连接杆配合处焊接，焊缝厚度至少达到4mm，具有两处焊缝，最终进行精车加工成传动轴成品。
对成品进行扭转试验，在扭转实验机上测试扭转试验，测试结果显示，传动轴的抗扭强度为1255.47MPa，最大扭矩为4798.36N.m，断时角度为17.21°，经检验与传统的气保焊、摩擦焊相比，该设计结构能保证传动轴强度要求，更满足汽车复杂多变运动情况，产品达到规定评价指标值。
激光焊接技术相对于传统的摩擦焊、气保焊，热影响区金相变化范围和因热传导所导致的变形都较小，而且更能消除焊接残余应力，提高传动轴连接处表面硬度，抗扭强度等疲劳性能；
分体式空心管设计实现传动轴轻量化设计，节省原材料，降低生产成本，满足复杂多变的高使用要求，优化生产工艺，提高工作环境的安全系数；
无污染、工艺适用范围广，并且激光焊接作用强、影响范围大，可适用于各种汽车零部件加工工艺。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，其特征在于：包括中部空心管以及左右两实心连接杆，左实心连接杆右端预留的配合端和右实心连接杆左端预留的配合端分别与中部空心管过盈配合，过盈配合处通过激光焊接连接固定，中部空心管壁厚大于4mm。
2.根据权利要求1所述的基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，其特征在于：所述左实心连接杆材质为40Cr冷拉圆钢，长度为174.5mm，直径为Φ36mm，与中部空心管配合端尺寸为长10mm，直径Φ27mm。
3.根据权利要求1所述的基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，其特征在于：所述右实心连接杆材质为40Cr冷拉圆钢，长度为167.5mm，直径为Φ36mm，与中部空心管配合端尺寸为长10mm，直径Φ27mm。
4.根据权利要求1所述的基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计结构，其特征在于：所述中部空心管材质为45#，其尺寸内径为Φ27mm，壁厚为4mm，长度为121mm。
5.基于激光焊接技术的分体式传动轴轻量化设计方法，其特征在于：左实心连接杆右端预留的配合端和右两实心连接杆左端预留的配合端分别与中部空心管过盈配合，采用高功率激光器对连接处进行焊接，激光器功率在3000w以上，焊接厚度大于4mm，焊接完成后传动轴具有两处焊缝。
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