基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構及其方法，屬于激光焊接技術和汽車零部件制造技術領域。
【背景技術】
[0002]汽車工業是產業關聯度高、規模效益明顯、資金和技術密集的重要產業，將是擴大內需、支持未來經濟增長的重要力量。目前，我國加快發展汽車工業的條件已基本成熟。但是零部件發展仍然落后，汽車零部件工業的投資力度不足，具有國際競爭力的產品少，是目前汽車工業存在的主要問題之一。
[0003]傳動軸是一個高轉速、少支承的旋轉體，是汽車傳動系中傳遞動力的重要部件，作用是與變速箱、驅動橋一起將發動機的動力傳遞給車輪，使汽車產生驅動力，因此它的動平衡是至關重要的。這就對連接桿之間的連接情況有著高要求，傳統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，應力，抗扭強度等力學性基本能達到要求，但是摩擦焊要求工件剛性固定，焊接時由于工件的相對擠壓轉動，使焊接面不平整，熔融的材料外溢堆積在焊縫處，后續的處理繁瑣，效率較低，成本也高；氣保焊由于氣體作為電弧介質并保護電弧和焊接區，并且電弧的光輻射很強，需設擋風裝置，否則氣體保護效果不好，對操作人員也有傷害，另外焊接質量不高，焊縫區會出現融化不均勻，氣孔等缺陷。
[0004]同時，傳動軸一般采用實心軸設計，但是由于重量大，在剎車或加速時，平衡性能差，會加大慣性，對變速箱和后橋造成傷害；由于是實心軸，需要將連接端面都焊接起來，若焊接不完全，會導致焊接應力分布不均勻，在轉動傳遞動力時，在已經焊接與未焊接部位應力發生擴散，產生裂紋，疲勞性能與壽命降低。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構及其方法。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案來實現:
[0007]基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，特點是:包括中部空心管以及左右兩實心連接桿，左實心連接桿右端預留的配合端和右實心連接桿左端預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]進一步地，上述的基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，其中，所述左實心連接桿材質為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]更進一步地，上述的基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，其中，所述右實心連接桿材質為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]再進一步地，上述的基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，其中，所述中部空心管材質為45#，其尺寸內徑為Φ27_，壁厚為4_，長度為121_。
[0011]本發明基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計方法，左實心連接桿右端預留的配合端和右兩實心連接桿左端預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]本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在:
[0013]①激光焊接技術相對于傳統的摩擦焊、氣保焊，熱影響區金相變化范圍和因熱傳導所導致的變形都較小，而且更能消除焊接殘余應力，提高傳動軸連接處表面硬度，提高連接處強度，抗扭強度等疲勞性能；
[0014]②分體式空心管設計實現傳動軸輕量化設計，優化結構，節省原材料，降低生產成本，滿足復雜多變的高使用要求，優化生產工藝，提高工作環境的安全系數；
[0015]③無污染、工藝適用范圍廣，并且激光焊接作用強、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]下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明:
[0017]圖1:本發明的結構示意圖。
[0018]圖2:左實心連接桿的結構示意圖。
[0019]圖3:右實心連接桿的結構示意圖。
[0020]圖4:中部空心管的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，包括中部空心管3以及左右兩實心連接桿，左實心連接桿I右端預留的配合端和右實心連接桿2左端預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，左實心連接桿I材質為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，右實心連接桿2材質為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材質為45#，其尺寸內徑為Φ27mm，壁厚為4mm，長度為121mm0
[0025]基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計方法，左實心連接桿右端預留的配合端和右兩實心連接桿左端預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，實現傳動軸能夠傳遞復雜運動狀況下的扭矩與達到輕量化的目的。
[0026]具體制作時，按照圖2在車床粗加工左實心連接桿1，其材質為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在車床粗加工右實心連接桿2，其材質為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，其材質為45#冷拉圓鋼，其尺寸內徑為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，焊縫厚度至少達到4_，具有兩處焊縫，最終進行精車加工成傳動軸成品。
[0027]對成品進行扭轉試驗，在扭轉實驗機上測試扭轉試驗，測試結果顯示，傳動軸的抗扭強度為1255.47MPa，最大扭矩為4798.36N.m，斷時角度為17.21°，經檢驗與傳統的氣保焊、摩擦焊相比，該設計結構能保證傳動軸強度要求，更滿足汽車復雜多變運動情況，產品達到規定評價指標值。
[0028]激光焊接技術相對于傳統的摩擦焊、氣保焊，熱影響區金相變化范圍和因熱傳導所導致的變形都較小，而且更能消除焊接殘余應力，提高傳動軸連接處表面硬度，抗扭強度等疲勞性能；
[0029]分體式空心管設計實現傳動軸輕量化設計，節省原材料，降低生產成本，滿足復雜多變的高使用要求，優化生產工藝，提高工作環境的安全系數；
[0030]無污染、工藝適用范圍廣，并且激光焊接作用強、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:以上所述僅是本發明的優選實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，其特征在于:包括中部空心管以及左右兩實心連接桿，左實心連接桿右端預留的配合端和右實心連接桿左端預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.根據權利要求1所述的基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，其特征在于:所述左實心連接桿材質為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.根據權利要求1所述的基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，其特征在于:所述右實心連接桿材質為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.根據權利要求1所述的基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構，其特征在于:所述中部空心管材質為45#，其尺寸內徑為Φ27_，壁厚為4_，長度為121_。5.基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計方法，其特征在于:左實心連接桿右端預留的配合端和右兩實心連接桿左端預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】本發明涉及基于激光焊接技術的分體式傳動軸輕量化設計結構及方法，包括中部空心管以及左右兩實心連接桿，左實心連接桿右端預留的配合端和右兩實心連接桿左端預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，實現傳動軸能夠傳遞復雜運動狀況下的扭矩與達到輕量化的目的。
【IPC分類】B23P15/14, F16C3/02, B23K26/28
【公開號】CN104895906
【申請號】CN201510320444
【發明人】馮愛新, 薛偉, 陳風國, 朱德華, 曹宇, 李峰平, 瞿建武, 周儉, 許炎
【申請人】溫州大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月11日