專用車輕量化新突破-鋁合金傳動(dòng)軸比鋼制減重30%！

在專用車里超重一直是一個(gè)問題，所以主機(jī)廠也一直在為底盤輕量化而煩惱，在用材上精細(xì)了不少，比如發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)不可缺少的零部件——傳動(dòng)軸，為了減重，也采用了鋁合金的材質(zhì)制作，這鋁合金傳動(dòng)軸好不好使呢？本期我們就來聊聊這個(gè)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(dòng)形式，發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)過變速箱的輸出扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過傳動(dòng)軸傳遞到驅(qū)動(dòng)橋上，再傳遞至車輪從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

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

而在專用車?yán)镉行枰惭b泵的專用車也需要安裝一根傳動(dòng)軸來連接，比如環(huán)衛(wèi)灑水車類、抑塵車、危化油罐車類等車型。這類車型需要在變速箱上安裝一個(gè)取力器，可以借變速箱的動(dòng)力，再安裝傳動(dòng)軸用來帶動(dòng)泵。

傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)橋輸入軸線夾角的變化，實(shí)現(xiàn)兩軸的等角速轉(zhuǎn)動(dòng)。

從它承接的作用來看，傳動(dòng)軸對動(dòng)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(dòng)軸，其優(yōu)點(diǎn)就是耐用和便宜。但鋼制傳動(dòng)軸也有一大缺點(diǎn)，就是比較重，除了給車輛增加了較多的重量以外，鋼制傳動(dòng)軸還使引擎更難工作，因?yàn)樗仨氁獛?dòng)更加沉重的傳動(dòng)軸才能驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。

鋁合金傳動(dòng)軸不是大家所認(rèn)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(biāo)8620H鋼材。據(jù)了解，常用的用作傳動(dòng)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(qiáng)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(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的報(bào)告來簡要說明，工況1：在萬向節(jié)轉(zhuǎn)角0度時(shí)，傳動(dòng)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(shí)，萬向節(jié)繞X軸轉(zhuǎn)角15度時(shí)，傳動(dòng)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(qiáng)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(gè)傳動(dòng)軸的強(qiáng)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(dá)到扭斷傳動(dòng)軸的情況。

鋁合金傳動(dòng)軸在軍車領(lǐng)域也有應(yīng)用，在2018年時(shí)，東風(fēng)汽車傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸，也側(cè)面說明了其可靠性達(dá)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(huì)有細(xì)微變化，通常可以認(rèn)為同樣的部件，鋼鐵會(huì)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(dòng)軸通常為了保障其強(qiáng)度與可靠性會(huì)進(jìn)行強(qiáng)化處理，在您觀察鋁合金傳動(dòng)軸與鋼制傳動(dòng)軸刨面時(shí)您有可能會(huì)注意到，鋁合金傳動(dòng)軸會(huì)比鋼制傳動(dòng)軸稍厚一些。

即便如此，鋁合金傳動(dòng)軸仍然相比鋼制傳動(dòng)軸可減重30%左右，也就是說僅傳動(dòng)軸這一部件便可以減重約12kg。而如果用一根鋁合金傳動(dòng)軸替代兩根鋼制傳動(dòng)軸，重量甚至可以降低30%-50%。單單傳動(dòng)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(shí)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(dòng)軸相較常見的鋼制傳動(dòng)軸還有哪些區(qū)別呢？首先因?yàn)殇X合金更加輕巧，其更容易被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這降低了其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也就是說鋁合金傳動(dòng)軸的動(dòng)力響應(yīng)更加迅速。

另外，在很多人眼中，鋁合金因?yàn)楦p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(huì)逐級抵抗至最后“一兵一卒”，因?yàn)槠漤g性可以化解一部分力量，而鋁合金達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)可能會(huì)直接“繳械投降”。

在輕卡專用車中，選裝鋁合金傳動(dòng)軸的價(jià)格約為300元。是否選擇鋁合金傳動(dòng)軸就見仁見智了，因?yàn)檩p量化是一個(gè)體系，而不是比拼個(gè)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(huì)使得合規(guī)裝載能力下降，尤其是輕卡藍(lán)牌的專用車?，F(xiàn)在很多輕卡藍(lán)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(lán)牌輕卡專用車在追求標(biāo)載運(yùn)輸?shù)念I(lǐng)域確實(shí)有著非常大的幫助，在保障了輕卡較大的裝載量的同時(shí)，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(dòng)軸升級成鋁合金傳動(dòng)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(dòng)軸的出現(xiàn)，使得專用車的輕量化之路打開了新局面。