一种复合结构的铝合金传动轴总成及其生产方法技术

本发明专利技术对原有零件材料刚度提升和部分零件采用铝合金材料并进行轻量化设计，同时采用铝合金轴管后，总成的临界转速提高，一方面使用一根复合结构传动轴总成替代原有多根(前、后)钢质传动轴总成有可能，实现轻量化和降成本要求；另一方面如果整车布置不能实现一根铝合金传动轴替代原来两根钢质传动轴的话，同样可以实现铝合金材料在前传动轴总成的应用。另外在前传上采用低动静比刚度的中间支承总成，提高了传动轴减振降噪性能，进一步提升传动轴总成品质。本发明专利技术所述的新复合结构的铝合金传动轴总成适合专业化和大批量生产，生产成本进一步降低。

An aluminum alloy transmission shaft assembly with composite structure and its production method

【技术实现步骤摘要】
一种复合结构的铝合金传动轴总成及其生产方法
本专利技术涉及汽车传动系统零部件领域，更具体地，涉及一种复合结构的铝合金传动轴总成及其生产方法。
技术介绍
汽车传动轴总成是载重汽车的安保件，主要将发动机的输出扭矩通过变速箱、传动轴总成传递到后桥，驱动车辆行驶。随着国家环保政策和节能减排持续升级，整车的轻量化及燃油经济性越来越受到关注，如何减轻零件质量、降低油耗是各主机厂重点关注的问题。传统钢质传动轴总成采用电焊空心钢管和两端的分总成零件焊接而成，根据整车布置和传动轴总成实际使用工况，一般由1-4根传动轴组成，即由1-3根前传动轴总成(以下简称前传)和一根后传动轴总成(以下简称后传)、或一根单独的后传组成。前传长度尺寸固定，后传有滑动花键副，以实现总成长度的不断变化满足整车在行驶过程中传递扭矩的要求。如图1所示，传统的钢质前传动轴总成功能图、如图2所示，钢质后传动轴总成功能图。近几年来，为减轻传动轴总成质量，国内有部分客户将传动轴总成上部分零件的材质改为铝合金材料，更改为铝合金材料后，在一定程度上能实现轻量化，但材料成本却大幅上升。特别是对于前传动轴总成，由于受铝合金材料强度性能的局限性，为满足总成强度要求，按照与钢质传动轴总成强度等同的原则，铝合金花键轴的轴径部位尺寸会增大很多，导致轴承规格、橡胶用料及中间支承支架的连接尺寸与整车厂接口尺寸严重不匹配，故铝合金花键轴零件无法在前传上使用。因此，常规的低成本、轻量化技术方案为：在铝合金传动轴总成设计时尽量保证一定长度内，用一根铝合金传动轴后传总成替代原有的钢质前传和后传，达到既减轻重量、又降低成本的目的。同时，由于受总成极限转速和装配回转空间的影响，这种规格的传动轴总成在长度上受一定的限制，根据理论计算，长度一般不超过2800-3000mm，不同扭矩平台的产品所能装配的最长长度不同。随之带来的是超过此尺寸的传动轴总成无法使用铝合金材料，进而无法实现产品型谱的全覆盖。但对于超过单根制作极限长度的铝合金传动轴总成，只能采用原有前传加后传的布置方式，通过特殊工艺对钢铝材料进行复合，提高产品的技术经济性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种新式复合结构的铝合金传动轴总成及其加工方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种复合结构的铝合金传动轴总成，包括铝合金轴管、钢铝复合万向节叉和钢铝复合体，所述钢铝复合万向节叉和所述钢铝复合体分别摩擦式焊接在所述铝合金轴管的两侧，所述钢铝复合万向节叉包括钢质万向节叉、铝合金连接套和连接体，所述铝合金连接套通过锻造方式套装至所述钢质万向节叉的外圆面上，并在所述钢质万向节叉的端面与所述铝合金连接套之间装设有所述连接体，所述铝合金连接套与所述铝合金轴管焊接。在上述方案基础上优选，所述钢铝复合体包括铝合金套、钢质轴管和连接体，所述铝合金套通过锻造方式套装至所述钢质轴管的外圆面上，并在所述钢质轴管的端面与所述铝合金套之间通过所述连接体以锁紧，所述铝合金套与所述铝合金轴管焊接。在上述方案基础上优选，所述钢质轴管的外圆面上装设有中间支承总成，并在所述钢质轴管的自由端装设有凸缘，所述凸缘端面装设有锁紧垫圈并通过锁紧螺栓以锁紧。在上述方案基础上优选，还包括钢质花键轴叉，所述钢质花键轴叉上装设有护套管油封总成，所述护套管油封总成的内圆面与所述钢质花键轴叉的外圆面形成间隙，所述钢质花键轴叉与所述钢质轴管形成滑动花键副，所述钢质花键轴叉的自由端装设有万向节总成和凸缘叉。在上述方案基础上优选，所述连接体为锁紧螺钉或连接花键。本专利技术还提供了一种生产如上所述的复合结构的铝合金传动轴总成的方法，包括以下步骤：步骤A1，依据设计尺寸分别加工钢铝复合万向节叉、钢铝复合体和铝合金轴管；步骤A2，将与所述钢铝复合万向节叉、钢铝复合体定位在所述铝合金轴管的两端，同时，对所述铝合金轴管与所述钢铝复合万向节叉、所述铝合金轴管与所述钢铝复合体进行摩擦焊接。在上述方案基础上优选，所述步骤A1中钢铝复合万向节叉的加工步骤如下：步骤A11，根据设计对铝合金棒料下料，对铝合金棒料进行自由锻，以达到工艺尺寸后冷却；步骤A12，对冷却后的锻件进行车内孔，以达到设计尺寸要求；步骤A13，将步骤A12的铝合金半成品与所述钢质万向节叉进行装配结合，并对其整体进行加热至435～425℃，保温2小时，且加热过程中，升温速度低于200℃/h；步骤A14，将加热好的组合件放入模具中锻造成型，锻造完成后，确保铝合金半成品与所述钢质万向节叉之间不松动；步骤A15，对A14获得的材料进行T6固溶处理，固溶处理的温度为548±5℃，保温4小时，然后进行水冷；T6时效温度为160～170℃，保温12小时，空冷，所述铝合金半成品与所述钢质万向节叉之间不松动，且硬度≥115HB；步骤A16，对步骤A15获得的锻造组合件毛坯飞边进行切除。与现有技术相比较，本专利技术具备以下技术效果：1、通过钢铝复合花键轴，解决了在前传动轴总成不能直接使用铝合金花键轴的问题，达到轻量化要求；2、通过钢铝复合锻造工艺，降低铝合金传动轴总成上铝材料的使用量，同时对原有钢质零件进行优化设计、钢质零件采用屈服强度大于1400MPa的高强度材料，达到与原有铝合金同等重量要求，具有与铝合金传动轴总成同样的燃油经济性。3、特别是传动轴轴管采用铝合金轴管后，由于增大了轴管直径，根据极限转速计算理论，轴管直径增大后能够使单根传动轴总成的能制造的长度增加，用一根复合结构传动轴总成替代原有两根钢质前传动轴变为现实，节省零件、综合成本能降低25％以上；4、采用钢铝复合工艺后，根据不同的铝合金长度装配要求，既可以用一根铝合金传动轴总成替代原来的一根前传和一根后传；也可以采用轻量化的铝合金前传和铝合金后传的布置方式，整车传动轴布置方式更广泛。附图说明图1为传统的前传动轴总成结构示意图；图2为后传动轴总成的结构示意图；图3为本专利技术的复合结构的铝合金传动轴总成(前传)结构示意图；图4为本专利技术的复合结构的铝合金传动轴总成(后传)结构示意图；图5为本专利技术的复合结构的铝合金传动轴总成的工艺流程图；图6为本专利技术的铝合金轴管的胚料锻造结构图图7为本专利技术的铝合金轴管的胚料车工加工后的结构图；图8为本专利技术的铝合金半成品与钢质万向节叉装配图；图9为本专利技术的铝合金半成品与钢质万向节叉的锻造后装配图；图中：11、凸缘叉83；12、万向节总成；13、卡圈；、14、万向节叉(钢质)；15、轴管(钢质)；6、花键轴(钢质)；17、中间支承总成；18、滑脂嘴；19、凸缘；110、锁紧垫圈；110、锁紧螺栓；21、凸缘叉83；22、万向节总成；23、卡圈；24、花键轴叉；25、护套管油封总成；26、滑脂嘴；27、滑动套；28、轴管、29、万向节叉；40、铝合金轴管；；50、钢铝复合万向节叉；51、钢质万向节叉；52、铝合金连接套；53、连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合结构的铝合金传动轴总成，其特征在于，包括铝合金轴管、钢铝复合万向节叉和钢铝复合体，所述钢铝复合万向节叉和所述钢铝复合体分别摩擦式焊接在所述铝合金轴管的两侧，所述钢铝复合万向节叉包括钢质万向节叉、铝合金连接套和连接体，所述铝合金连接套通过锻造方式套装至所述钢质万向节叉的外圆面上，并在所述钢质万向节叉的端面与所述铝合金连接套之间装设有所述连接体，所述铝合金连接套与所述铝合金轴管焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合结构的铝合金传动轴总成，其特征在于，包括铝合金轴管、钢铝复合万向节叉和钢铝复合体，所述钢铝复合万向节叉和所述钢铝复合体分别摩擦式焊接在所述铝合金轴管的两侧，所述钢铝复合万向节叉包括钢质万向节叉、铝合金连接套和连接体，所述铝合金连接套通过锻造方式套装至所述钢质万向节叉的外圆面上，并在所述钢质万向节叉的端面与所述铝合金连接套之间装设有所述连接体，所述铝合金连接套与所述铝合金轴管焊接。


2.如权利要求1所述的一种复合结构的铝合金传动轴总成，其特征在于，所述钢铝复合体包括铝合金套、钢质轴管和连接体，所述铝合金套通过锻造方式套装至所述钢质轴管的外圆面上，并在所述钢质轴管的端面与所述铝合金套之间通过所述连接体以锁紧，所述铝合金套与所述铝合金轴管焊接。


3.如权利要求2所述的一种复合结构的铝合金传动轴总成，其特征在于，所述钢质轴管的外圆面上装设有中间支承总成，并在所述钢质轴管的自由端装设有凸缘，所述凸缘端面装设有锁紧垫圈并通过锁紧螺栓以锁紧。


4.如权利要求2所述的一种复合结构的铝合金传动轴总成，其特征在于，还包括钢质花键轴叉，所述钢质花键轴叉上装设有护套管油封总成，所述护套管油封总成的内圆面与所述钢质花键轴叉的外圆面形成间隙，所述钢质花键轴叉与所述钢质轴管形成滑动花键副，所述钢质花键轴叉的自由端装设有万向节总成和凸缘叉。


5.如权利要求1或2所述的一种复合结构的铝合金传动轴总成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢理鹏，肖江，严学涛，李国光，周官胜，
申请(专利权)人：湖北省丹江口丹传汽车传动轴有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42