專用車輕量化新突破-鋁合金傳動軸比鋼制減重30%！

在專用車里超重一直是一個問題，所以主機廠也一直在為底盤輕量化而煩惱，在用材上精細了不少，比如發(fā)動機殼、變速箱、輪廓、油箱、儲氣罐等零部件都可以采用輕型鋁材制作，這樣可以為底盤減重不少，包括大梁有的車型也用了不一樣的材質(zhì)。

在底盤上有個不可缺少的零部件——傳動軸，為了減重，也采用了鋁合金的材質(zhì)制作，這鋁合金傳動軸好不好使呢？本期我們就來聊聊這個話題。

常見的專用車底盤大多是采用了前置后驅(qū)的驅(qū)動形式，發(fā)動機所產(chǎn)生的動力經(jīng)過變速箱的輸出扭矩和旋轉(zhuǎn)運動，再通過傳動軸傳遞到驅(qū)動橋上，再傳遞至車輪從而驅(qū)動車輛行駛。

傳動軸的兩端均連接至變速箱和驅(qū)動橋的法蘭，在經(jīng)過起伏路面時懸架的彈性特征，驅(qū)動橋會有上下運動的過程，傳動軸的傳遞距離和傳遞角度都會動態(tài)發(fā)生變化。

而在專用車里有需要安裝泵的專用車也需要安裝一根傳動軸來連接，比如環(huán)衛(wèi)灑水車類、抑塵車、?；?a href="http://y9005f.cn/youguanche/" target="_blank" class="keylink">油罐車類等車型。這類車型需要在變速箱上安裝一個取力器，可以借變速箱的動力，再安裝傳動軸用來帶動泵。

傳動軸通常由軸管、伸縮套、萬向節(jié)等部分組成。伸縮套的存在正是可以調(diào)節(jié)變速箱與驅(qū)動橋之間的距離及角度的變化；萬向節(jié)則是保證變速箱輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸線夾角的變化，實現(xiàn)兩軸的等角速轉(zhuǎn)動。

從它承接的作用來看，傳動軸對動平衡、質(zhì)量、耐腐蝕、耐疲勞等性能要求比較高，對材料和加工工藝的要求也很高。不過毫無疑問，目前商用車上使用最為廣泛的仍然是鋼制傳動軸，其優(yōu)點就是耐用和便宜。但鋼制傳動軸也有一大缺點，就是比較重，除了給車輛增加了較多的重量以外，鋼制傳動軸還使引擎更難工作，因為它必須要帶動更加沉重的傳動軸才能驅(qū)動車輛前進。

鋁合金傳動軸不是大家所認為的“全鋁合金”，而是軸管采用鋁合金材質(zhì)，萬向節(jié)大多采用美標8620H鋼材。據(jù)了解，常用的用作傳動軸軸管的鋁合金為6061鋁合金，主要合金元素為鎂與硅。其抗腐蝕性與可焊接性都比較優(yōu)秀，氧化效果好，廣泛應(yīng)用于要求有一定強度和抗腐蝕性高的各類工業(yè)結(jié)構(gòu)件。

從國內(nèi)一篇研究重型專用車傳動軸扭轉(zhuǎn)強度的報告來簡要說明，工況1：在萬向節(jié)轉(zhuǎn)角0度時，傳動軸的受力分析結(jié)果如下圖所示。其中等效應(yīng)力最大處位于萬向十字節(jié)與其端部軸承過度處，最大應(yīng)力為169MPa。而應(yīng)用鋁合金材質(zhì)的軸管、伸縮套等位置的等效最大應(yīng)力約為37-54MPa左右。

工況2：在顛簸路面行駛時，萬向節(jié)繞X軸轉(zhuǎn)角15度時，傳動軸的受力分析如圖。其中整體應(yīng)力最大處位于萬向十字節(jié)與其端部軸承過度處，最大應(yīng)力為168MPa，應(yīng)用了鋁合金材質(zhì)的軸管等位置的最大應(yīng)力約為37-55MPa。

而6061鋁合金的極限抗拉強度為205MPa以上，并且其位置并不處于等效應(yīng)力最大處，這也保障了整個傳動軸的強度可以應(yīng)對絕大多數(shù)工況，除極端惡劣情況下，都很難達到扭斷傳動軸的情況。

鋁合金傳動軸在軍車領(lǐng)域也有應(yīng)用，在2018年時，東風(fēng)汽車傳動軸有限公司就研發(fā)出了應(yīng)用于東風(fēng)猛士越野車的鋁合金傳動軸。對于可靠性有著極高要求的軍用車輛能使用鋁合金傳動軸，也側(cè)面說明了其可靠性達到了軍方要求，表現(xiàn)足夠出色。

鋼鐵的密度約為7.8g/cm3，而鋁合金密度約為2.7g/cm3，合金成本不同會有細微變化，通?？梢哉J為同樣的部件，鋼鐵會比鋁合金重近3倍。我們以輕卡級別為例，使用鋁合金材質(zhì)的傳動軸通常為了保障其強度與可靠性會進行強化處理，在您觀察鋁合金傳動軸與鋼制傳動軸刨面時您有可能會注意到，鋁合金傳動軸會比鋼制傳動軸稍厚一些。

即便如此，鋁合金傳動軸仍然相比鋼制傳動軸可減重30%左右，也就是說僅傳動軸這一部件便可以減重約12kg。而如果用一根鋁合金傳動軸替代兩根鋼制傳動軸，重量甚至可以降低30%-50%。單單傳動軸方面減輕的重量就接近20KG。再配合上各家大同小異的“鋁合金套餐”，如鋁合金材料的變速箱殼體、油箱、儲氣筒、輪圈等，其減重效果不容小覷，對于卡友們而言就可以實現(xiàn)合規(guī)多拉。

除了更輕，可滿足專用車的使用需求以外，鋁合金傳動軸相較常見的鋼制傳動軸還有哪些區(qū)別呢？首先因為鋁合金更加輕巧，其更容易被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，這降低了其轉(zhuǎn)動慣量，也就是說鋁合金傳動軸的動力響應(yīng)更加迅速。

另外，在很多人眼中，鋁合金因為更輕巧這一特性被視為“更高級”，但并沒有這么簡單。鋁合金在韌性上比合金鋼要差，也就是說，鋁合金雖硬但卻更脆，而鋼雖然軟卻更具韌性。這也就導(dǎo)致了其遇到超過其極限的受力情況下，鋼會逐級抵抗至最后“一兵一卒”，因為其韌性可以化解一部分力量，而鋁合金達到臨界點時可能會直接“繳械投降”。

在輕卡專用車中，選裝鋁合金傳動軸的價格約為300元。是否選擇鋁合金傳動軸就見仁見智了，因為輕量化是一個體系，而不是比拼個別零部件的減重，單一選擇鋁合金部件的作用并不大，只有大量應(yīng)用輕量化手段和材料降重才更具意義。

● 編后語：

過于沉重的專用車底盤，會使得合規(guī)裝載能力下降，尤其是輕卡藍牌的專用車?，F(xiàn)在很多輕卡藍牌專用車底盤已經(jīng)應(yīng)用鋁合金部件套裝；鋁合金材料的大量應(yīng)用使藍牌輕卡專用車在追求標載運輸?shù)念I(lǐng)域確實有著非常大的幫助，在保障了輕卡較大的裝載量的同時，在一定程度上優(yōu)化了整車自重，可以讓車友們合規(guī)拉更多的貨物。

由鋼制傳動軸升級成鋁合金傳動軸也是目前商用車制造商越來越廣泛采取的一種減重辦法了，鋁合金傳動軸的出現(xiàn)，使得專用車的輕量化之路打開了新局面。