基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及其方法，屬于激光焊接技術(shù)和汽車零部件制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車工業(yè)是產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、規(guī)模效益明顯、資金和技術(shù)密集的重要產(chǎn)業(yè)，將是擴(kuò)大內(nèi)需、支持未來經(jīng)濟(jì)增長的重要力量。目前，我國加快發(fā)展汽車工業(yè)的條件已基本成熟。但是零部件發(fā)展仍然落后，汽車零部件工業(yè)的投資力度不足，具有國際競爭力的產(chǎn)品少，是目前汽車工業(yè)存在的主要問題之一。
[0003]傳動軸是一個(gè)高轉(zhuǎn)速、少支承的旋轉(zhuǎn)體，是汽車傳動系中傳遞動力的重要部件，作用是與變速箱、驅(qū)動橋一起將發(fā)動機(jī)的動力傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生驅(qū)動力，因此它的動平衡是至關(guān)重要的。這就對連接桿之間的連接情況有著高要求，傳統(tǒng)的連接方式是采用摩擦焊和氣保焊，僅滿足了基本使用，硬度，應(yīng)力，抗扭強(qiáng)度等力學(xué)性基本能達(dá)到要求，但是摩擦焊要求工件剛性固定，焊接時(shí)由于工件的相對擠壓轉(zhuǎn)動，使焊接面不平整，熔融的材料外溢堆積在焊縫處，后續(xù)的處理繁瑣，效率較低，成本也高；氣保焊由于氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)，并且電弧的光輻射很強(qiáng)，需設(shè)擋風(fēng)裝置，否則氣體保護(hù)效果不好，對操作人員也有傷害，另外焊接質(zhì)量不高，焊縫區(qū)會出現(xiàn)融化不均勻，氣孔等缺陷。
[0004]同時(shí)，傳動軸一般采用實(shí)心軸設(shè)計(jì)，但是由于重量大，在剎車或加速時(shí)，平衡性能差，會加大慣性，對變速箱和后橋造成傷害；由于是實(shí)心軸，需要將連接端面都焊接起來，若焊接不完全，會導(dǎo)致焊接應(yīng)力分布不均勻，在轉(zhuǎn)動傳遞動力時(shí)，在已經(jīng)焊接與未焊接部位應(yīng)力發(fā)生擴(kuò)散，產(chǎn)生裂紋，疲勞性能與壽命降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及其方法。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是:包括中部空心管以及左右兩實(shí)心連接桿，左實(shí)心連接桿右端預(yù)留的配合端和右實(shí)心連接桿左端預(yù)留的配合端分別與中部空心管過盈配合，過盈配合處通過激光焊接連接固定，中部空心管壁厚大于4mm ο
[0008]進(jìn)一步地，上述的基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其中，所述左實(shí)心連接桿材質(zhì)為40Cr冷拉圓鋼，長度為174.5mm，直徑為Φ 36mm，與中部空心管配合端尺寸為長10mm，直徑Φ27πιιη0
[0009]更進(jìn)一步地，上述的基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其中，所述右實(shí)心連接桿材質(zhì)為40Cr冷拉圓鋼，長度為167.5mm，直徑為Φ 36mm，與中部空心管配合端尺寸為長10mm，直徑C>27mm0
[0010]再進(jìn)一步地，上述的基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其中，所述中部空心管材質(zhì)為45#，其尺寸內(nèi)徑為Φ27_，壁厚為4_，長度為121_。
[0011]本發(fā)明基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)方法，左實(shí)心連接桿右端預(yù)留的配合端和右兩實(shí)心連接桿左端預(yù)留的配合端分別與中部空心管過盈配合，采用高功率激光器對連接處進(jìn)行焊接，激光器功率在3000?以上，焊接厚度大于4mm，焊接完成后傳動軸具有兩處焊縫。
[0012]本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:
[0013]①激光焊接技術(shù)相對于傳統(tǒng)的摩擦焊、氣保焊，熱影響區(qū)金相變化范圍和因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形都較小，而且更能消除焊接殘余應(yīng)力，提高傳動軸連接處表面硬度，提高連接處強(qiáng)度，抗扭強(qiáng)度等疲勞性能；
[0014]②分體式空心管設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)傳動軸輕量化設(shè)計(jì)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，節(jié)省原材料，降低生產(chǎn)成本，滿足復(fù)雜多變的高使用要求，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高工作環(huán)境的安全系數(shù)；
[0015]③無污染、工藝適用范圍廣，并且激光焊接作用強(qiáng)、影響范圍大，可適用于各種汽車零部件加工工藝。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:
[0017]圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2:左實(shí)心連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3:右實(shí)心連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4:中部空心管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，包括中部空心管3以及左右兩實(shí)心連接桿，左實(shí)心連接桿I右端預(yù)留的配合端和右實(shí)心連接桿2左端預(yù)留的配合端分別與中部空心管3過盈配合，過盈配合A處通過激光焊接連接固定，中部空心管3壁厚大于4_。
[0022]如圖2所示，左實(shí)心連接桿I材質(zhì)為40Cr冷拉圓鋼，長度為174.5mm，直徑為Φ 36mm，與中部空心管配合端尺寸為長10mm，直徑Φ27ι?πι。
[0023]如圖3所示，右實(shí)心連接桿2材質(zhì)為40Cr冷拉圓鋼，長度為167.5mm，直徑為Φ 36mm，與中部空心管配合端尺寸為長10mm，直徑Φ27ι?πι。
[0024]如圖4所示，中部空心管3材質(zhì)為45#，其尺寸內(nèi)徑為Φ27mm，壁厚為4mm，長度為121mm0
[0025]基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)方法，左實(shí)心連接桿右端預(yù)留的配合端和右兩實(shí)心連接桿左端預(yù)留的配合端分別與中部空心管過盈配合，采用高功率激光器對連接處進(jìn)行焊接，激光器功率在3000?以上，焊接厚度大于4mm，焊接完成后傳動軸具有兩處焊縫。焊接完成能夠保證較小的焊縫寬度與熱影響區(qū)，實(shí)現(xiàn)傳動軸能夠傳遞復(fù)雜運(yùn)動狀況下的扭矩與達(dá)到輕量化的目的。
[0026]具體制作時(shí)，按照圖2在車床粗加工左實(shí)心連接桿1，其材質(zhì)為40Cr冷拉圓鋼，長度為174.5mm，直徑為Φ36ι?πι，與中部空心管配合端尺寸為長10mm，直徑Φ27ι?πι;按照圖3在車床粗加工右實(shí)心連接桿2，其材質(zhì)為40Cr冷拉圓鋼，長度為167.5mm，直徑為Φ 36mm，與中部空心管配合端尺寸為長10_，直徑Φ27_ ;按照圖4在車床粗加工中部空心管3，其材質(zhì)為45#冷拉圓鋼，其尺寸內(nèi)徑為Φ 27mm，壁厚為4.5mm，長度為121mm ;按照圖1采用3000w高功率激光器對連接桿配合處焊接，焊縫厚度至少達(dá)到4_，具有兩處焊縫，最終進(jìn)行精車加工成傳動軸成品。
[0027]對成品進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，在扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測試扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，測試結(jié)果顯示，傳動軸的抗扭強(qiáng)度為1255.47MPa，最大扭矩為4798.36N.m，斷時(shí)角度為17.21°，經(jīng)檢驗(yàn)與傳統(tǒng)的氣保焊、摩擦焊相比，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能保證傳動軸強(qiáng)度要求，更滿足汽車復(fù)雜多變運(yùn)動情況，產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定評價(jià)指標(biāo)值。
[0028]激光焊接技術(shù)相對于傳統(tǒng)的摩擦焊、氣保焊，熱影響區(qū)金相變化范圍和因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形都較小，而且更能消除焊接殘余應(yīng)力，提高傳動軸連接處表面硬度，抗扭強(qiáng)度等疲勞性能；
[0029]分體式空心管設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)傳動軸輕量化設(shè)計(jì)，節(jié)省原材料，降低生產(chǎn)成本，滿足復(fù)雜多變的高使用要求，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高工作環(huán)境的安全系數(shù)；
[0030]無污染、工藝適用范圍廣，并且激光焊接作用強(qiáng)、影響范圍大，可適用于各種汽車零部件加工工藝。
[0031]需要理解到的是:以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括中部空心管以及左右兩實(shí)心連接桿，左實(shí)心連接桿右端預(yù)留的配合端和右實(shí)心連接桿左端預(yù)留的配合端分別與中部空心管過盈配合，過盈配合處通過激光焊接連接固定，中部空心管壁厚大于4mm ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述左實(shí)心連接桿材質(zhì)為40Cr冷拉圓鋼，長度為174.5mm，直徑為C>36mm，與中部空心管配合端尺寸為長10mm，直徑C>27mm03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述右實(shí)心連接桿材質(zhì)為40Cr冷拉圓鋼，長度為167.5mm，直徑為Φ36ι?πι，與中部空心管配合端尺寸為長10mm，直徑C>27mm04.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述中部空心管材質(zhì)為45#，其尺寸內(nèi)徑為Φ27_，壁厚為4_，長度為121_。5.基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:左實(shí)心連接桿右端預(yù)留的配合端和右兩實(shí)心連接桿左端預(yù)留的配合端分別與中部空心管過盈配合，采用高功率激光器對連接處進(jìn)行焊接，激光器功率在3000?以上，焊接厚度大于4mm，焊接完成后傳動軸具有兩處焊縫。
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于激光焊接技術(shù)的分體式傳動軸輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及方法，包括中部空心管以及左右兩實(shí)心連接桿，左實(shí)心連接桿右端預(yù)留的配合端和右兩實(shí)心連接桿左端預(yù)留的配合端分別與中部空心管過盈配合，采用高功率激光器對連接處進(jìn)行焊接，激光器功率在3000w以上，焊接厚度大于4mm，焊接完成后傳動軸具有兩處焊縫。焊接完成保證較小的焊縫寬度與熱影響區(qū)，實(shí)現(xiàn)傳動軸能夠傳遞復(fù)雜運(yùn)動狀況下的扭矩與達(dá)到輕量化的目的。
【IPC分類】B23P15/14, F16C3/02, B23K26/28
【公開號】CN104895906
【申請?zhí)枴緾N201510320444
【發(fā)明人】馮愛新, 薛偉, 陳風(fēng)國, 朱德華, 曹宇, 李峰平, 瞿建武, 周儉, 許炎
【申請人】溫州大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月11日