课题研究的背景与意义
半轴是汽车传动系统的一个重要组成部分，它用来在差速器与驱动轮之间传递动力，其内外端各有一个万向节，分别通过万向节上的花键与减速器齿轮及轮毂轴承内圈连接，将差速器半轴齿轮输出的动力传给驱动轮或轮边减速器。半轴是传动系中传递扭矩的一个重要零件。而半浮式半轴在工作过程中不仅要传递扭矩，而且外端还要承受垂向冲击载荷和侧向转向载荷，所以需要更高的疲劳强度来保证其工作的可靠性。因此，分析半浮式半轴在不同工况下受到复合载荷作用时的强度特性，对其能否满足实际工程应用的要求作出评价，是至关重要的。
以往对汽车底盘的一些主要零部件如主减速器、差速器、半轴等，由于结构比较复杂，使用传统的力学计算方法只能大致地反映这些零件的受力状态，远不能够满足计算精度的要求。而有限元技术的出现，为工程设计领域提供了一个强有力的计算工具。从七十年代开始，有限元技术在发动机结构设计中的广泛应用，给工程结构计算带来了极大的便利，关于半轴的有限元计算也从最初的平面连续模型发展到如今的复杂的三维实体模型，从而大幅度地改进了半轴的预测性能和设计技术，提高了半轴设计的可靠性。
国内外半轴复合强度研究现状
现如今机械中的强度问题日益得到工程师的重视，半轴是传动系中十分重要的部件，强度与刚度的要求都必须达到，这便要求对半轴进行复合强度分析。有限元技术的日益成熟为对半轴的复合强度分析提供了极大的支持。
许多学者采用有限元分析方法对半轴的复合强度进行分析，其中李任任[2]就通过有限元方法对半轴进行了强度分析。半轴的强度计算主要是分析半轴在三个典型工况(侧向力、纵向力、垂直力最大的工况)下的应力分布。利用Optimum Lap优化了主减速器的传动比，从而确定半轴的最大扭矩和直径。运用ANSYS Workbench软件对半轴进行有限元分析，分析认为若半轴采用40Cr，则设计不安全。因此采用屈服强度更大的TC4材料，一方面能够减轻半轴重量，另一方面又能够满足强度的使用要求。
胡威、伍文广[3]则通过制图软件UG建立了半轴的三维模型，在ANSYS Workbench中进行有限元分析并求解，得到了半轴的等效应力分布云图、等效应变分布云图、总形变位移云图。通过分析这些云图可以发现，半轴应力最集中的地方在花键齿的根部，此处由于扭转和平面齿根应力的叠加使应力达到最大值，因此最有可能发生半轴断裂或扭曲变形。
王慈[4]运用仿真设计技术对汽车的驱动桥桥壳和全浮式半轴进行了整体设计。首先对半轴的几何尺寸以及花键进行了设计，然后对牵引力或制动力最大、侧向力最大、汽车通过不平路面时这三种工况下的驱动桥桥壳进行了受力分析和强度计算，使用Inventor软件进行三维建模，基于ANSYS对桥壳和半轴进行有限元分析。通过有限元分析，可以发现半轴承受最大扭矩的时候，其最大位移变化量达到了8.96mm，但是从安全系数方面来看，半轴设计是十分可靠的。
施文爱[5]分析了半轴的失效形式和受力情况，基于有限元的方法，建立了半轴的有限元模型，利用模态分析技术研究了该半轴的静态特性，分别采用有限元和试验的方法研究了半轴的模态特性，获得半轴的模态频率及模态振型。模拟技术零件的强度，找出其结构上的薄弱环节，通过改变零件的结构，对零件分析出的应力分布进行比较。最后对优化前后的半轴进行约束和加载以及受力分析，得到了半轴在一个工作循环中的应力分布情况，从而达到零件优化设计的目的。
覃汝庆、朱江新、覃频频[6]研究了某装载机驱动桥半轴，首先在UG软件中对半轴三维几何模型进行参数化建模，然后再导入到ANSYS中进行有限元分析。装载机半轴在工作过程中主要受到了扭矩的作用，半轴所受的载荷来自半轴齿轮，即通过半轴上的外花键与半轴齿轮相啮合来传递扭矩。通过有限元仿真模拟，可以得到半轴花键等效应力云图。分析图表得出裂纹参数与半轴最大等效应力之间的相互关系，如当裂纹宽度一定时，裂纹深度比裂纹长度对最大等效应力的影响更强；裂纹处最大等效应力值与裂纹的长度和深度成正比，长度超过10mm时，最大等效应力变化平稳。
叶晓飞、李耀明等[7]为了准确地预测联合收割机行走半轴的失效部位以及使用寿命，利用nSoft软件的数据处理模块合成了联合收割机行走半轴典型工况的载荷谱；使用Solidworks软件建立了其三维有限元模型，并用载荷谱外推后的最大值进行加载，得到行走半轴花键处的剪切应力云图和等效应力云图，等效应力的最大值小于材料的屈服极限；运用Simulation软件预测花键齿根部的最小扭转疲劳寿命为2752h。
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