傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)指南

1、 奇瑞汽車有限公司乘研三院底盤部設(shè)計(jì)指南 編制： 梁晉審核： 呂波濤 批準(zhǔn)： 馮賀平 目 錄1 概述2 1.1萬向節(jié)和傳動(dòng)軸綜述21.2萬向節(jié)的類型及適用范圍21.3萬向節(jié)結(jié)構(gòu)及工作原理22 設(shè)計(jì)構(gòu)想8 2.1設(shè)計(jì)原則和開發(fā)流程8 2.2 基本的設(shè)計(jì)參數(shù)制定9 2.3 臺(tái)架試驗(yàn)253 材料及加工264 圖紙模式27 4.1 尺寸公差27 4.1 文字說明271 概述1.1萬向節(jié)和傳動(dòng)軸綜述汽車上的萬向節(jié)傳動(dòng)常由萬向節(jié)和傳動(dòng)軸組成，主要用來在工作過程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸間傳遞動(dòng)力。萬向節(jié)傳動(dòng)應(yīng)保證所連接兩軸的相對(duì)位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變化時(shí)，能可靠的傳遞動(dòng)力；保證所連接兩軸盡可能同步（等轉(zhuǎn)速）運(yùn)

2、轉(zhuǎn)；允許相鄰兩軸存在一定的角度；允許存在一定軸向的移動(dòng)。1.2萬向節(jié)的類型及適用范圍萬向節(jié)按其在扭轉(zhuǎn)方向上是否由明顯的彈性可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)又可分為不等速萬向節(jié)（常用的十字軸式），準(zhǔn)等速萬向節(jié)（雙聯(lián)式、三銷軸式等）和等速萬向節(jié)（球叉式、球籠式等）。等速萬向節(jié)，其英文名稱為Constant Velocity Universal Joint，簡(jiǎn)稱等速節(jié)（CVJ）。CVJ的分類如下（德國(guó)分類）:Fixed Joint(固定端萬向節(jié))AC：橢圓截面滾道RF: 圓形截面滾道UF：尖拱形截面滾道Plunging Joint(移動(dòng)端萬向節(jié))DOJ：雙偏置式萬向節(jié) GI: 三球銷式萬向節(jié)

3、 VLJ：斜滾道球籠萬向節(jié)以上是乘用車常用等速節(jié)的英文及德文縮寫，對(duì)應(yīng)著不同的結(jié)構(gòu)與性能，這在下邊的章節(jié)中會(huì)提到。在發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)（或全輪驅(qū)動(dòng)）的汽車上，由于工作時(shí)懸架變形，驅(qū)動(dòng)橋主減速器輸入軸與變速器（或分動(dòng)器）輸出軸間經(jīng)常有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此普遍采用萬向節(jié)傳動(dòng)。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，由于驅(qū)動(dòng)輪又是轉(zhuǎn)向輪，左右半軸間的夾角隨行駛需要而不斷變化，這時(shí)多采用球叉式和球籠式等速萬向節(jié)傳動(dòng)。當(dāng)后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)楠?dú)立懸架結(jié)構(gòu)時(shí)，也必須采用萬向節(jié)傳動(dòng)。萬向傳動(dòng)裝置除用于汽車的傳動(dòng)系外，還可用于動(dòng)力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。因?yàn)檗I車普遍采用等速萬向節(jié)，所以本設(shè)計(jì)指南重點(diǎn)介紹等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸。1.3萬向節(jié)結(jié)構(gòu)及工作原理1.3.

4、1萬向節(jié)結(jié)構(gòu)十字軸式剛性萬向節(jié),如下圖所示：固定端球籠式等速萬向節(jié),如下圖所示（AC/RF/UF僅鋼球滾道截面形狀不同）：移動(dòng)端球籠式等速萬向節(jié)（DOJ）,如下圖所示：移動(dòng)端球籠式等速萬向節(jié)（GI）,如下圖所示：移動(dòng)端球籠式等速萬向節(jié)（VL）：螺紋花鍵差速?gòu)椈扇ü?.3.1.6等速驅(qū)動(dòng)軸結(jié)構(gòu)軸桿移動(dòng)節(jié)固定節(jié)花鍵防塵罩阻尼減震圈防塵罩上圖所示為常見的轎車等速驅(qū)動(dòng)軸結(jié)構(gòu)，包括固定端萬向節(jié)與移動(dòng)端萬向節(jié)及中間花鍵軸桿，萬向節(jié)由防塵罩進(jìn)行密封，內(nèi)部充入潤(rùn)滑油脂，防塵罩通過卡箍聯(lián)接固定到萬向節(jié)與軸桿上，軸桿上裝有阻尼減震圈，其作用是在工作中衰減軸桿的振動(dòng)，從而降低噪聲，這個(gè)效果也可以通過將軸桿制成空心

5、來實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)軸兩側(cè)的花鍵與輪轂和差速器分別配合聯(lián)接。傳動(dòng)系的動(dòng)力經(jīng)過移動(dòng)節(jié)、軸桿傳遞到固定節(jié)，移動(dòng)節(jié)具有可軸向伸縮的功能，但允許的軸間角度較小；固定節(jié)不可以軸向伸縮，但具有較大的軸間角度,以適應(yīng)轉(zhuǎn)向要求。1.3.2等速驅(qū)動(dòng)軸的安裝方法1以奇瑞公司S12+1.3L車型為例，如下所示：編號(hào)零件號(hào)零件名稱單車數(shù)量1S12-2203020AB/BB右等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸總成12S12-2203010AB/BB左等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸總成13S21-3001007左前轉(zhuǎn)向節(jié)帶盤式制動(dòng)器總成14S21-2203205螺母22變速箱43將左等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸總成2的內(nèi)球籠花鍵插入變速箱輸出端。依靠彈性擋圈漲開與變速箱限位固定。如圖

6、A所示。B 前輪轂端連接示意圖A 變速箱端連接示意圖34差速?gòu)椈扇?將左等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸總成2的外球籠花鍵插入左前轉(zhuǎn)向節(jié)帶盤式制動(dòng)器總成3的前輪轂的花鍵槽中，如圖B所示，通過驅(qū)動(dòng)軸鎖緊螺母4將驅(qū)動(dòng)軸總成與前輪轂相連，螺母鎖緊力矩27010Nm。使用工具對(duì)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)軸外球籠槽口處將驅(qū)動(dòng)軸鎖緊螺母4外緣砸入最終鎖緊。安裝過程中注意對(duì)防塵罩的保護(hù)，避免被尖銳外物劃傷。右等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸總成1的安裝同左等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸總成2的裝配方式。1.3.3萬向節(jié)的工作原理1.3.3.1十字軸萬向節(jié)的工作原理傳統(tǒng)型式的萬向節(jié)，主動(dòng)軸（即動(dòng)力輸入軸）與從動(dòng)軸（即動(dòng)力輸出軸）之間通過十字形的關(guān)節(jié)聯(lián)接，可以傳遞不同角度方向上的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

7、。其數(shù)學(xué)模型如下圖所示，輸入軸軸在A平面上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。輸出軸軸在B平面上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。a軸和b軸在同一條直線上時(shí)，a軸和b軸的轉(zhuǎn)速相同。a軸和b軸之間有一定的角度旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)軸從V旋轉(zhuǎn)到W位置（轉(zhuǎn)角為45）時(shí)，b軸從 V旋轉(zhuǎn)到W位置（轉(zhuǎn)角大于45）。當(dāng)軸從W繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到X位置（轉(zhuǎn)角為45）時(shí)，b軸從W旋轉(zhuǎn)到X位置（小于45）。在此90區(qū)間內(nèi)，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速大于主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，且先加速后減速，當(dāng)a軸轉(zhuǎn)到90時(shí)，b軸也轉(zhuǎn)到90。當(dāng)軸從X旋轉(zhuǎn)到Y(jié)位置（轉(zhuǎn)角為45）時(shí)，b軸從 X旋轉(zhuǎn)到Y(jié)位置（轉(zhuǎn)角小于45）。當(dāng)軸從Y繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到Z位置（轉(zhuǎn)角為45）時(shí)，b軸從Y旋轉(zhuǎn)到Z位置（大于45）。在此90區(qū)間內(nèi)，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速小于主

8、動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，且先減速后加速，當(dāng)a軸轉(zhuǎn)到90時(shí)，b軸也轉(zhuǎn)到90。下一個(gè)180的運(yùn)動(dòng)情況重復(fù)上述過程。由此可見，主動(dòng)軸以等角速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)則是時(shí)快時(shí)慢，即指單個(gè)十字軸萬向節(jié)在有夾角時(shí)傳動(dòng)具有不等速性。這里所謂的“傳動(dòng)的不等速性”，是指從動(dòng)軸在運(yùn)轉(zhuǎn)一周的過程中角速度不均而言，而主、從動(dòng)軸的平均轉(zhuǎn)速是相等的，即主動(dòng)軸轉(zhuǎn)過一周，從動(dòng)軸也轉(zhuǎn)過一周。單個(gè)十字軸萬向節(jié)在有夾角時(shí)傳動(dòng)具有不等速性，將使從動(dòng)軸及與其相連的傳動(dòng)部件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生附加的交變載荷，會(huì)影響傳動(dòng)系零部件壽命。為了實(shí)現(xiàn)兩軸間的等角速傳動(dòng)必須使用兩個(gè)十字節(jié)，并且滿足以下兩個(gè)條件：第一萬向節(jié)兩軸間夾角與第二萬向節(jié)兩軸間夾角相等；第一萬

9、向節(jié)的從動(dòng)叉與第二萬向節(jié)的主動(dòng)叉處于同一平面內(nèi)。這樣，第一個(gè)十字節(jié)的不等速效應(yīng)就會(huì)被第二個(gè)十字節(jié)的不等速效應(yīng)所抵消，最終取得兩軸等速的效果。在雙十字節(jié)使用中，針對(duì)每一個(gè)十字節(jié)而言，只要存在軸間夾角或，萬向節(jié)在工作過程中內(nèi)部零件之間就有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而導(dǎo)致摩擦損失，降低傳動(dòng)效率。夾角越大，則效率越低。1.3.3.2等速萬向節(jié)的工作原理上述雙萬向節(jié)傳動(dòng)雖能近似地解決等速傳動(dòng)問題，但在某些情況下，例如轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的分段半軸間，在布置上受軸向尺寸限制，不可能布置雙萬向節(jié)，而且轉(zhuǎn)向輪要求偏轉(zhuǎn)角度大（3040），因而上述雙萬向節(jié)傳動(dòng)已經(jīng)難以適應(yīng)，況且十字節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大，轉(zhuǎn)向效果也差。所以需要利用一個(gè)萬向節(jié)便能

10、實(shí)現(xiàn)等角速傳動(dòng)，因而出現(xiàn)了等速萬向節(jié)。CVJ的傳動(dòng)與軸間夾角沒有關(guān)系，如下圖所示（AC節(jié)），當(dāng)輸入軸A與輸出軸B的軸間夾角發(fā)生變化時(shí)，6個(gè)傳動(dòng)鋼球的中心始終位于夾角的平分面上，因此，鋼球中心到A、B軸的垂線段長(zhǎng)度相等，而鋼球在A軸的回轉(zhuǎn)面A面與在B軸的回轉(zhuǎn)面B面的嚙合點(diǎn)位于鋼球中心，所以兩軸的角速度相同。2 設(shè)計(jì)構(gòu)想2.1設(shè)計(jì)原則和開發(fā)流程對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋,前輪既是轉(zhuǎn)向輪又是驅(qū)動(dòng)輪,作為轉(zhuǎn)向輪,要求驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)能在最大轉(zhuǎn)向角范圍內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)到某一角度;作為驅(qū)動(dòng)輪,則要求驅(qū)動(dòng)軸在車輪偏轉(zhuǎn)過程中不間斷地把動(dòng)力從差速器傳遞到車輪。因此轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的驅(qū)動(dòng)軸不能制成整體而要分段,中間用萬向節(jié)連接,以適應(yīng)汽車行

11、駛時(shí)驅(qū)動(dòng)軸各段的交角不斷變化的需要。若采用獨(dú)立懸架,則在靠近差速器處也需要有萬向節(jié);若采用非獨(dú)立懸架,只需要在轉(zhuǎn)向輪附近裝一個(gè)萬向節(jié)。等速驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)開發(fā)流程見下圖： 2.2 基本的設(shè)計(jì)參數(shù)制定驅(qū)動(dòng)軸基本的設(shè)計(jì)參數(shù)包括萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，與差速器和輪轂的接口尺寸、萬向節(jié)中心距、移距-擺角參數(shù)，強(qiáng)度、剛度和耐久性壽命的計(jì)算校核，NVH性能計(jì)算等等。一般來講驅(qū)動(dòng)軸的布置是在強(qiáng)度、剛度及耐久性計(jì)算完畢，選定萬向節(jié)結(jié)構(gòu)和規(guī)格后進(jìn)行的，但是考慮到以上計(jì)算中使用到的一些參數(shù)是在布置后確定下來的，所以我們首先介紹驅(qū)動(dòng)軸的布置。2.2.1驅(qū)動(dòng)軸的布置在結(jié)構(gòu)上，由于懸掛系統(tǒng)的上下運(yùn)動(dòng)，使萬向節(jié)的角度發(fā)生變化，同時(shí)

12、從變速箱端到車輪端的驅(qū)動(dòng)軸有效工作長(zhǎng)度發(fā)生變化，如下圖所示，2 1。針對(duì)這一變化，要求驅(qū)動(dòng)軸位于變速箱側(cè)的萬向節(jié)具備一定量的軸向伸縮滑移功能，同時(shí)具有一定量的擺角，以保證懸掛系統(tǒng)工作時(shí)可以正常的傳遞動(dòng)力。這個(gè)滑移和擺角功能經(jīng)過量化，便成為了移動(dòng)節(jié)的移距-擺角功能曲線。下面以奇瑞公司S18+1.3L的驅(qū)動(dòng)軸布置為例進(jìn)行說明。S18+1.3L驅(qū)動(dòng)軸的布置流程右軸左軸在驅(qū)動(dòng)軸內(nèi)外端萬向節(jié)的主要結(jié)構(gòu)及接口尺寸確定之后，萬向節(jié)的中心點(diǎn)也就確定了。在Catia軟件中將外球籠數(shù)模與前轉(zhuǎn)向節(jié)帶盤式制動(dòng)器總成、前滑柱的數(shù)模在整車坐標(biāo)系下進(jìn)行裝配。模擬前懸架的運(yùn)動(dòng)行程，從而找到前懸架上跳極限、滿載、半載、空載、下

13、跳極限時(shí)所對(duì)應(yīng)的外球籠中心點(diǎn)坐標(biāo)，并將其記錄下來。同時(shí)，將內(nèi)球籠與差速器的數(shù)模在整車坐標(biāo)系下進(jìn)行裝配，找到內(nèi)球籠的中心點(diǎn)坐標(biāo)，并將其記錄下來。（注：因內(nèi)球籠為移動(dòng)節(jié)，在滑移過程中其轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置是動(dòng)態(tài)變化的，所以這里記錄的只是一個(gè)參考中心點(diǎn)的坐標(biāo)）如下圖所示：根據(jù)以上布置圖，記錄左、右驅(qū)動(dòng)軸萬向節(jié)的中心點(diǎn)在各個(gè)運(yùn)動(dòng)位置的坐標(biāo)，并測(cè)量相應(yīng)位置的內(nèi)外端萬向節(jié)中心距，編制如下表所示的布置數(shù)據(jù)。通常選擇滿載與空載位置下的內(nèi)外端萬向節(jié)中心距的平均值作為軸桿的特征長(zhǎng)度，以此長(zhǎng)度為半徑，各位置固定節(jié)中心為球心，求得與差速器軸線的交點(diǎn)，此交點(diǎn)與參考移動(dòng)節(jié)中心的位移為移距（滑出為負(fù)），然后將固定節(jié)中心與相應(yīng)交點(diǎn)

14、連線，測(cè)量連線與差速器軸線的夾角。外球籠因?yàn)椴痪哂猩炜s滑移功能，所以只測(cè)量軸桿與輪轂軸線的夾角。將上表中所測(cè)量的各位置移距與擺角數(shù)據(jù)，與所選定的移動(dòng)節(jié)的移距-擺角功能曲線做對(duì)比，如果測(cè)量的數(shù)據(jù)合理的分布在功能曲線內(nèi)，即表示布置成功，否則便要重新調(diào)整軸桿長(zhǎng)度或者選擇新的萬向節(jié)結(jié)構(gòu)。2.2.2驅(qū)動(dòng)軸的性能參數(shù)計(jì)算驅(qū)動(dòng)軸的性能計(jì)算主要是萬向節(jié)的性能計(jì)算，決定于整車的質(zhì)量參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)、傳動(dòng)系的參數(shù)及輪胎的參數(shù)等等，主要涉及靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度、耐久性磨損壽命及NVH性能等等。以奇瑞公司S18+1.3L車型驅(qū)動(dòng)軸性能計(jì)算為例進(jìn)行說明，如下：一、設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)1. 車輛類別： 2. 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)型號(hào)

15、：1.3NA ,排量：1.297L 最大功率：61KW/ 6000RPM最大扭矩：114 Nm/38004500RPM3變速箱參數(shù)QR513MHA變速箱參數(shù)(汽油機(jī))項(xiàng)目傳動(dòng)比一檔速比3.545二檔速比2.050三檔速比1.423四檔速比1.065五檔速比0.865倒檔速比3.364主減速比4.0564質(zhì)量參數(shù) 前軸荷（Kg）滿載軸荷7405輪胎參數(shù)輪胎型號(hào)175/60R14,滾動(dòng)半徑0.273m二、萬向節(jié)強(qiáng)度計(jì)算1 最大驅(qū)動(dòng)力矩（由發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出力矩傳遞而來）MT：前輪或后輪驅(qū)動(dòng)根據(jù)行駛方向，最大速比需考慮：前進(jìn)倒車2驅(qū)動(dòng)軸最大附著扭矩（由地面附著力通過輪胎傳遞而來）前輪驅(qū)動(dòng)：乘用車非乘用車

16、1.01.2前輪驅(qū)動(dòng)后輪驅(qū)動(dòng)fs1.01.23 驅(qū)動(dòng)軸需要承載的最大力矩手動(dòng)變速：因?yàn)椋耗敲矗?驅(qū)動(dòng)軸應(yīng)用力矩 手動(dòng)變速：，根據(jù)應(yīng)用力矩可知，驅(qū)動(dòng)軸的屈服力矩需要滿足大于1394Nm才能保證不失效，選用AC79及DO79萬向節(jié)的驅(qū)動(dòng)軸其實(shí)測(cè)屈服力矩大于1900Nm，靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度大于2800Nm。 屈服強(qiáng)度安全系數(shù)，一般取1.01.1；所選萬向節(jié)為； 靜扭強(qiáng)度安全系數(shù)，一般取1.31.5。所選萬向節(jié)為；結(jié)論：所選驅(qū)動(dòng)軸強(qiáng)度滿足要求。三、耐久性磨損壽命校核選用AC79固定節(jié)及DO79移動(dòng)節(jié)，其動(dòng)態(tài)額定扭矩。因?yàn)檎嚱?jīng)常處于空載和滿載之間的工況行駛，所以選擇空載和滿載時(shí)內(nèi)球籠軸間夾角的均值為考察對(duì)象，

17、壽命目標(biāo)值為100000Km，使用Palmgren/Miner原理進(jìn)行計(jì)算。1檔2檔3檔4檔5檔檔位利用率0.010.050.270.40.27各檔總傳動(dòng)比14.378528.31485.7716884.319643.50844各檔軸速比（rpm）288.62498499.11719.0271960.72821182.8619各檔對(duì)應(yīng)車速(km/h)29.705651.368974.003098.8791121.7413各檔對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)力矩(Nm)546.3838315.9624219.3241164.1463133.3207各檔對(duì)應(yīng)行駛時(shí)間(h)92.924350.322848.4621712.

18、2992640.056總的行駛時(shí)間(h)1105.659總的車速(km/h)95.268總行駛里程(Km)105333.9最后得出結(jié)論，移動(dòng)節(jié)行駛里程滿足10萬公里可靠性要求。同理，可得固定節(jié)的行駛里程也滿足壽命要求。四、軸桿最小橫截面直徑計(jì)算：車輪打滑扭矩 ：使用因素。 轎車：1.01.2取，(mm)，所選驅(qū)動(dòng)軸軸桿上車加工槽的最小外徑為22mm21.8mm，滿足要求。五、驅(qū)動(dòng)軸模態(tài)分析建立幾何模型，通過有限元分析，計(jì)算左右驅(qū)動(dòng)軸總成各階次振動(dòng)頻率。驅(qū)動(dòng)軸總成的固有頻率要求：左右驅(qū)動(dòng)軸的共振頻率均大于200Hz。（通常汽油機(jī)最大轉(zhuǎn)速為6000r,根據(jù)，影響最大是發(fā)動(dòng)機(jī)2階激勵(lì)，因此）驅(qū)動(dòng)軸固

19、有振動(dòng)頻率簡(jiǎn)易計(jì)算方法：假定軸桿為均一斷面時(shí)，固有振動(dòng)頻率按下式計(jì)算左軸： 右軸： 由計(jì)算結(jié)果看，所選驅(qū)動(dòng)軸右軸模態(tài)不符合要求，需要在軸桿上加裝質(zhì)量減震器對(duì)振幅進(jìn)行衰減或者使用空心軸桿方案提高故有頻率進(jìn)行改善。（精確的模態(tài)值需要CAE做相關(guān)分析或由NVH試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量）。但最終是否有必要對(duì)現(xiàn)有方案進(jìn)行改善還要根據(jù)右軸的振動(dòng)頻率對(duì)車內(nèi)噪聲的影響大小來判定。以上計(jì)算過程中所用到的參數(shù)： 以上為S18+1.3L+MT的計(jì)算校核，對(duì)于AT，只需要在計(jì)算驅(qū)動(dòng)力矩時(shí)在總傳動(dòng)比中代入液力變矩器的最大變矩系數(shù)即可，其他步驟同MT。2.2.3萬向節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)與尺寸制定2.2.3.1萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)與規(guī)格隨著萬向節(jié)技術(shù)的

20、逐步發(fā)展與市場(chǎng)應(yīng)用的不斷成熟，各個(gè)萬向節(jié)及驅(qū)動(dòng)軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)將萬向節(jié)規(guī)格與參數(shù)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化（如下圖所示的尺寸D1D3， L1L3），以縮短開發(fā)周期及降低成本。各個(gè)廠家的萬向節(jié)規(guī)格雖然大致上已經(jīng)統(tǒng)一，但是性能上還是有較大差異的，這與廠家的設(shè)計(jì)、材料選取及處理、試驗(yàn)和制造水平相關(guān)。所以，對(duì)整車進(jìn)行萬向節(jié)選型時(shí)首先需要與各生產(chǎn)廠家溝通，不同的廠家提供的萬向節(jié)規(guī)格雖然相似，但強(qiáng)度及磨損壽命還是有很大差別的，這一點(diǎn)非常重要。2.2.3.2萬向節(jié)的尺寸制定萬向節(jié)與差速器的接口尺寸的制定過程中，要保證萬向節(jié)與半軸齒輪花鍵配合齒側(cè)間隙為-0.02mm+0.08mm，并且移動(dòng)節(jié)的限位卡環(huán)尺寸要保證可以壓縮到花

21、鍵小徑以下，并能滿足0.9KN4.5KN的拉脫力要求。萬向節(jié)與輪轂的配合也要滿足花鍵配合齒側(cè)間隙為-0.02mm+0.08mm，并且螺紋尺寸要能滿足鎖緊螺母的擰緊力矩而不發(fā)生脫扣。同時(shí)，從布置角度考慮，萬向節(jié)金屬結(jié)構(gòu)部分要與周邊各零部件保證至少5mm的間隙，以避免運(yùn)動(dòng)干涉。而對(duì)于防塵罩來講，要考慮到受熱后其回轉(zhuǎn)直徑不能大于15%的膨脹量。 關(guān)于粗糙度和形位公差的確定。移動(dòng)節(jié)軸頸與變速箱油封配合處，為保證油封的密封效果，軸頸處粗糙度一般選0.8、0.63或者0.4。移動(dòng)節(jié)、固定節(jié)軸承配合端面垂直度取0.05。形狀和位置公差GB/T1182-ISO1302。 表面粗糙度符號(hào)按GB/T131-ISO

22、1302。形狀和位置的未注公差按GB/T1184-k,線性尺寸的未注公差按GB/T1804-m,角度的未注公差按GB/T11335-m。2.2.4驅(qū)動(dòng)軸強(qiáng)度及滑移-擺角曲線CAE分析2.2.4.1驅(qū)動(dòng)軸強(qiáng)度分析1萬向節(jié)最大承受載荷扭矩= Nm2. 零部件應(yīng)力分析狀況：零件名稱零件材料零件許用應(yīng)力（MPa）零件所受最大應(yīng)力（MPa）是否滿足強(qiáng)度要求備注 鐘形殼 保持架 星形套 鋼球 軸桿 軸承架 滑套3零部件應(yīng)力分析模型鐘形殼、保持架、星形套、鋼球、軸桿、軸承架、滑套應(yīng)力分析模型截圖。2.2.4.2驅(qū)動(dòng)軸滑移-擺角曲線CAE分析輸出數(shù)據(jù)1驅(qū)動(dòng)軸角度和移距CAE分析輸入數(shù)據(jù)： 轉(zhuǎn)向機(jī)特性： 方向盤

23、每轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)向齒條行程 ；轉(zhuǎn)向機(jī)最大行程 。 車輪中心坐標(biāo)、CVJ、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)模、差速器數(shù)模、移動(dòng)節(jié)中心坐標(biāo)。2驅(qū)動(dòng)軸角度和移距CAE分析輸出數(shù)據(jù)：CVJ擺角和車輪行程關(guān)系曲線； 移動(dòng)節(jié)擺角和移距關(guān)系曲線。以上曲線請(qǐng)考慮以下工況： a.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于設(shè)計(jì)位置； b.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)加速度為0.9g時(shí)的位置； c.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于向心加速度為0.9g右側(cè)轉(zhuǎn)向時(shí)的位置；d.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于向心加速度為0.9g左側(cè)轉(zhuǎn)向時(shí)的位置； e.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于一檔行駛時(shí)位置； f.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于一檔行駛時(shí)位置同時(shí)考慮地面對(duì)懸架的驅(qū)動(dòng)力時(shí)的位置； g.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于倒檔行駛時(shí)的位置； h.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于倒檔行駛時(shí)同時(shí)考慮地面對(duì)車輛和

24、動(dòng)力總成懸掛的反作用力時(shí)位置； i.發(fā)動(dòng)機(jī)處于25g加速度后碰撞條件下的位置； j.發(fā)動(dòng)機(jī)位置處于以3.5g的加速度向上擺動(dòng)條件下的位置； k.發(fā)動(dòng)機(jī)位置處于以4.5g的加速度向下擺動(dòng)條件下的位置。 3驅(qū)動(dòng)軸角度和移距CAE分析輸出曲線例子：以M11+2.0NA+QR519當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于設(shè)計(jì)位置和處于制動(dòng)加速度為0.9g時(shí)位置輸出曲線為例 (1)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于設(shè)計(jì)位置 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于設(shè)計(jì)位置時(shí)的移動(dòng)節(jié)中心坐標(biāo) 其CVJ擺角和車輪行程關(guān)系曲線：以左輪為例ReboundBumpRB移動(dòng)節(jié)擺角和移距關(guān)系曲線：以左移動(dòng)節(jié)為例BR當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于(2)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)加速度為0.9g時(shí)位置 GI節(jié)中心坐標(biāo)的移動(dòng)節(jié)

25、中心坐標(biāo) CV節(jié)擺角和車輪行程關(guān)系曲線：以左輪為例移動(dòng)節(jié)擺角和移距關(guān)系曲線：以左GI節(jié)為例2.2.5十字軸萬向節(jié)的強(qiáng)度校核1.在設(shè)計(jì)十字軸萬向節(jié)時(shí)，應(yīng)保證十字軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度。設(shè)諸滾針對(duì)十字軸頸作用力的合力為F，則： 式中T傳動(dòng)軸計(jì)算扭矩，取按兩種情況計(jì)算的轉(zhuǎn)矩（按發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩、變速器一檔和按滿載驅(qū)動(dòng)輪附著系數(shù)為0.8計(jì)算）的較小者；合力作用線與十字軸中心間的距離；萬向節(jié)的最大夾角；十字軸頸根部的彎曲應(yīng)力為：式中十字軸軸頸直徑； 十字軸油道孔直徑； 力作用點(diǎn)到軸頸根部的距離。彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于250350。十字軸軸頸的剪應(yīng)力：剪應(yīng)力應(yīng)不大于80120。滾針軸承的接觸應(yīng)力：式中d滾針直徑（m

26、m）；L滾針工作長(zhǎng)度（mm）；如前所述（mm）；在力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷（N）式中 i滾針列數(shù)；Z每列中的滾針數(shù)。當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在HRC58以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為30003200。2.傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算在選擇傳動(dòng)軸長(zhǎng)度和斷面尺寸時(shí)，應(yīng)考慮使傳動(dòng)軸有足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。假設(shè)傳動(dòng)軸斷面為均勻一致、兩端自由支承的彈性梁，由機(jī)械振動(dòng)理論可知，對(duì)應(yīng)其彎曲振動(dòng)的一階固有頻率的臨界轉(zhuǎn)速為： 式中臨界轉(zhuǎn)速（r/min）；L傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，即兩萬向節(jié)中心之間的距離（mm）；D、d傳動(dòng)軸軸管的外徑和內(nèi)徑（mm）。臨界轉(zhuǎn)速與最大轉(zhuǎn)速之比為安全系數(shù)：3. 傳動(dòng)軸軸管扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的計(jì)算軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 式

27、中，T傳動(dòng)軸計(jì)算扭矩； D、d如前所述。按上式算出的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不應(yīng)大于300。4.傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的校核 萬向節(jié)的角加速度過大時(shí)，會(huì)引起過大的慣性力矩，從而可能引起傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)， 為不致引起可感覺的振動(dòng)，一般要求萬向節(jié)的最大角加速度小于1000，也可寫成萬向節(jié)夾角與角速度乘積小于31.6。5.傳動(dòng)軸伸縮花鍵齒側(cè)擠壓應(yīng)力 （）式中：Z花鍵齒數(shù); L鍵齒有效長(zhǎng)度，mm; 許用擠壓應(yīng)力，當(dāng)花鍵齒面硬度大于HRC35時(shí)，伸縮花鍵取=2550,非滑動(dòng)花鍵取=50100。2.2.6 NVH性能計(jì)算隨著科學(xué)技術(shù)與制造工藝的發(fā)展及物質(zhì)生活水平的提高，汽車乘坐舒適性問題日益引起人們的重視，解決好NVH（噪聲、振

28、動(dòng)、異響）問題是改善汽車乘坐舒適性的重要內(nèi)容，在這之中調(diào)控傳動(dòng)軸的異常振動(dòng)是解決車輛NVH問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，而安裝減震圈和使用空心管是調(diào)控傳動(dòng)軸異常振動(dòng)的主要手段。2.2.6.1減震圈減震圈是一個(gè)質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)，其作用是調(diào)控傳動(dòng)軸一階彎曲模態(tài)引起的異常振動(dòng)，但不會(huì)影響傳動(dòng)軸的平衡、扭轉(zhuǎn)等特性。恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)減震圈的質(zhì)量、剛度、阻尼等參數(shù)，可以阻斷異常振動(dòng)的傳播途徑，取得優(yōu)異的降噪防振效果。傳動(dòng)軸的振動(dòng)通過外端萬向節(jié)、輪轂、懸掛將激振能量傳遞至車身，車身面板受激共振后又將振動(dòng)能傳入車身腔體，腔體受激共振及發(fā)出隆隆的低頻噪聲。另外，內(nèi)萬向節(jié)及差速器齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)的不平衡性還會(huì)引起車輛產(chǎn)生波動(dòng)式耦合噪

29、聲和刺耳的尖叫聲音。此問題可以通過在傳動(dòng)軸上安裝減震圈來解決。如圖1所示，可以看出安裝減震圈后明顯的改變和調(diào)控了傳動(dòng)軸的振動(dòng)特性曲線。與傳動(dòng)軸一樣，由鋼鐵質(zhì)量、橡膠彈簧組成的減震圈也是一個(gè)具有本身故有頻率的振動(dòng)系統(tǒng)。減震圈與傳動(dòng)軸構(gòu)成的組合系統(tǒng)將具有兩個(gè)共振頻率，分別位于原傳動(dòng)軸的共振點(diǎn)兩側(cè)，而且組合系統(tǒng)的兩個(gè)新共振頻率及振幅可以通過減震圈的質(zhì)量、固有頻率和阻尼系數(shù)來調(diào)制。1. 減震圈的特征參數(shù)可以優(yōu)化調(diào)節(jié)的減震圈特性參數(shù)包括：鋼圈質(zhì)量、共振頻率、阻尼系數(shù)及安裝位置。在這些參數(shù)中，只有鋼圈質(zhì)量可以隨意選取，其余參數(shù)應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)化算法來確定。減震圈的質(zhì)量減震圈的質(zhì)量，通常用其與傳

30、動(dòng)軸等效質(zhì)量之比來表示。該質(zhì)量比控制著傳動(dòng)軸減震圈系統(tǒng)的兩個(gè)共振頻率之間的距離，一般情況下質(zhì)量比越大兩共振峰值相距越遠(yuǎn)。如圖2所示：對(duì)于一階彎曲模態(tài)來說，傳動(dòng)軸的等效質(zhì)量近似等于中間軸桿質(zhì)量的一半。舉例來說，質(zhì)量比為0.25意味著減震圈的質(zhì)量大約為傳動(dòng)軸中間軸桿質(zhì)量的。從圖2可以看出，質(zhì)量比大，可以在較大的帶寬內(nèi)發(fā)揮減震圈的抑制傳動(dòng)軸振動(dòng)的作用，但是實(shí)際上減震圈質(zhì)量的大小要受到成本、重量及安裝空間的制約，不可能太大。減震圈的共振頻率減震圈的共振頻率與汽車傳動(dòng)軸共振頻率之比稱為調(diào)諧比。調(diào)諧比的變化不但影響兩峰值點(diǎn)的軸向位置，而且影響兩峰值點(diǎn)的相對(duì)大小。兩峰值點(diǎn)的間距由質(zhì)量比決定，基本保持不變，如

31、圖3所示：從圖3可以看出，當(dāng)調(diào)諧比大于1時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)特性曲線向高頻段移動(dòng)，高端峰值減小，低端峰值增大；當(dāng)調(diào)諧比小于1時(shí)，結(jié)果正好相反；當(dāng)調(diào)諧比等于1時(shí)，理論上可以取得最大的汽車傳動(dòng)軸振動(dòng)響應(yīng)抑制作用。但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，路噪和風(fēng)噪相對(duì)較強(qiáng)，所以實(shí)際上我們通常選取的減震圈調(diào)諧比總是小于1。減震圈的阻尼特性減震圈的阻尼大小對(duì)其使用效果起著舉足輕重的作用，通常用耗散因子表示阻尼的大小。汽車傳動(dòng)軸本身的阻尼主要來源于等速萬向節(jié)內(nèi)部的摩擦損耗，其一階彎曲模態(tài)的耗散因子一般為0.10.15。增大減震圈的耗散因子可以減小傳動(dòng)軸的共振峰值，如圖4所示。當(dāng)減震圈的耗散因子等于或小于傳動(dòng)軸本身的耗散因子時(shí)，

32、組合系統(tǒng)的一個(gè)或兩個(gè)共振峰值將非常接近原傳動(dòng)軸的一階共振峰值。因此，減震圈的耗散因子不能小于0.12，最好大于0.2。減震圈的安裝位置從理論上來說最佳安裝位置在傳動(dòng)軸中部，但實(shí)際上由于周圍空間的限制，減震圈通常安裝在固定節(jié)附近，如圖5所示，表示不同安裝位置的減震圈傳動(dòng)軸系統(tǒng)傳遞給輪轂的作用力大小。從圖5可以看出，當(dāng)減震圈安裝在傳動(dòng)軸中部區(qū)域時(shí)，其作用效果并無多大差異；當(dāng)減震圈安裝位置超出傳動(dòng)軸中部區(qū)域時(shí)，其改善作用顯著降低。不過，如果減震圈必須安裝在傳動(dòng)軸中部以外的區(qū)域，我們可以通過顯著加大質(zhì)量比、改變調(diào)諧比等措施強(qiáng)化減震圈的作用效果。2. 減震系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式按照配置方式，分為內(nèi)置式和外置式兩

33、種，如圖6、7所示。內(nèi)置式減震圈通常位于軸管式傳動(dòng)軸內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但裝配工藝較為復(fù)雜。外置式減震圈通常用于中間軸是實(shí)心軸或者直徑較小的空心軸上，裝配工藝簡(jiǎn)單，但減震圈的結(jié)構(gòu)尺寸及安裝位置往往受到底盤空間的制約。2.2.6.2 空心管傳動(dòng)軸為了提高傳動(dòng)軸的故有頻率，可以將實(shí)心軸桿換成空心軸如下圖所示，其計(jì)算公式在2.2.2中模態(tài)計(jì)算已經(jīng)有所講解。2.3 臺(tái)架試驗(yàn)根據(jù)2.2計(jì)算得出的萬向節(jié)性能參數(shù)需要依靠臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以確保理論計(jì)算與實(shí)際試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果相一致。試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)可以參照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者國(guó)標(biāo)來制定，也可以與萬向節(jié)生產(chǎn)廠家共同制定。等速萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)軸臺(tái)架試驗(yàn)等速萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)軸臺(tái)架試驗(yàn)可參

34、考奇瑞公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及奇瑞等速驅(qū)動(dòng)軸總成技術(shù)條件。試驗(yàn)項(xiàng)目如下：性能試驗(yàn)包括靜扭強(qiáng)度試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)、耐久性磨損壽命試驗(yàn)、護(hù)套常溫性能試驗(yàn)、護(hù)套高溫性能試驗(yàn)、護(hù)套低溫性能試驗(yàn)、護(hù)套旋轉(zhuǎn)膨脹量試驗(yàn)、表面防護(hù)試驗(yàn)及中性鹽霧試驗(yàn)等；功能試驗(yàn)包括圓周扭轉(zhuǎn)間隙試驗(yàn)、軸向間隙試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)力矩試驗(yàn)、擺動(dòng)力矩試驗(yàn)、擺角試驗(yàn)、位移量試驗(yàn)、滑移線試驗(yàn)、移動(dòng)力試驗(yàn)等。十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng)軸臺(tái)架試驗(yàn)十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng)軸總成臺(tái)架試驗(yàn)可參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T523 (JB 3741)。試驗(yàn)項(xiàng)目如下：(1) 靜態(tài)跳動(dòng)量試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，用手或其它方法慢速旋轉(zhuǎn)，測(cè)量其相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸心跳動(dòng)量。(2) 剩余不平衡量將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，按規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，測(cè)量其剩余不平衡量。(3) 臨界轉(zhuǎn)速試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，使它旋轉(zhuǎn)或激振，測(cè)量臨界轉(zhuǎn)速或共振頻率。(4) 扭轉(zhuǎn)間隙試驗(yàn)將