傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)指南

萬向節(jié)和傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)指南萬向節(jié)和傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)指南#移動(dòng)節(jié)擺角和移距關(guān)系曲線：以左 GI節(jié)為例steeringwhiMlan^lfr■0 StMriiigMl洌1anglfr■-494deg Stwringvvheel =*494de烏Itry//藥° Gearbox-sideAnglevs.Pumping-LeftWheel20.015.010.05.0-0<20.0 ' -15.0 ' -100 ' -5.0 'O.'O' 50 ' 100 ' 15.0 ' 20.0tothedifferential<-punnpingleft[mm]->tottiewheel§2.2.5十字軸萬向節(jié)的強(qiáng)度校核在設(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,貝T2rcos: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；r—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：32dfs

二（d：-d；）式中di—十字軸軸頸直徑；d2—十字軸油道孔直徑；s—力作用點(diǎn)到軸頸根部的距離。彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于250?350N/mm2。十字軸軸頸的剪應(yīng)力：

4F4 4兀（di-d2）剪應(yīng)力應(yīng)不大于80?120N/mm2。滾針軸承的接觸應(yīng)力：式中d—滾針直徑（mr）L—滾針工作長度（mr）di—如前所述（mr）Fn—在力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷（N）4.6FiZ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3000?3200N/mm2。2?傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算在選擇傳動(dòng)軸長度和斷面尺寸時(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：nK=1.210nK=1.2108,D2dL2式中nK—臨界轉(zhuǎn)速（r/min）；L—傳動(dòng)軸長度，即兩萬向節(jié)中心之間的距離（mr）Dd—傳動(dòng)軸軸管的外徑和內(nèi)徑（mr）臨界轉(zhuǎn)速與最大轉(zhuǎn)速之比為安全系數(shù)：6nKnmax3.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：干_16DT：D4-d4式中，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 300N/mm2。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 1000rad/s2，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Tj 2-j [二j]（N/mm）j DiD2Di—D2zljI4八2丿式中：Z—花鍵齒數(shù)；L—鍵齒有效長度，mm;[ -j]—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[-j]=25?50N/mm2,非滑動(dòng)花鍵取[；.]=50?100N/mm2?！?.2.6NVH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?！?.2.6.1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。so. O4O40 I | 】 I 1000 2000 3QM 4000 5000 6QW岌請(qǐng)機(jī)輔速Erpm)圖1減振圈的作用效果與傳動(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。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。⑴減震圈的質(zhì)量減震圈的質(zhì)量，通常用其與傳動(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：0Lr30201?0Lr30201?Q I ■? ■ 」 1000 20003000 50006000rpm?圖2質(zhì)量比的作用效杲對(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 1/8。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。⑵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，如圖3所示：501000 200G 3000 40005000 6000（rpm）圖3調(diào)諧比的作用效果從圖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。⑶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0.1?0.15。增大減震圈的耗散因子可以減小傳動(dòng)軸的共振峰值，女口圖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)， 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。

1020102020003000^00050006000rpm)圖4阻尼比的作用效果⑷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。6001000 2000 3000WOO5000600發(fā)勒機(jī)報(bào)建(rpm)圖5跆離比的作用效杲從圖5可以看出，當(dāng)減震圈安裝在傳動(dòng)軸中部1/3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1/3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1/3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。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。軸管**檬膠件鋼圏実輸夾豪徹膠件知ffl6內(nèi)置式減振圈裝笛軸管**檬膠件鋼圏実輸夾豪徹膠件知ffl6內(nèi)置式減振圈裝笛圖7外置式減振圈袋置§2.262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?！?.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)或者國標(biāo)來制定，也可以與萬向節(jié)生產(chǎn)廠家共同制定?！?.3.1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)可參考奇瑞公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/SQR.04.279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。§2.3.2十字軸式萬向節(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(JB3741)。試驗(yàn)項(xiàng)目如下：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。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。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。扭轉(zhuǎn)間隙試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，一端固定，另一端施加規(guī)定扭矩，測(cè)量其周向間隙。靜扭轉(zhuǎn)剛性試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，測(cè)定其靜扭轉(zhuǎn)剛度。靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，測(cè)定它的靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，測(cè)定其沖擊強(qiáng)度。扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，測(cè)定其扭轉(zhuǎn)疲勞壽命。萬向節(jié)磨損試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，使其傳動(dòng)，確定其耐磨性及擦傷性?；瑒?dòng)花鍵磨損試驗(yàn)將傳動(dòng)軸安裝在試驗(yàn)裝置上，使滑動(dòng)花鍵滑動(dòng)，確定其耐磨性及耐擦傷性?！?材料及加工用于轎車的等速萬向節(jié)工作環(huán)境十分惡劣，要經(jīng)受高溫氣候、低溫氣候的侵襲及老化、泥土、砂石、灰塵、油脂的浸泡、腐蝕和沖擊，長時(shí)間承受高強(qiáng)度、滿負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速工作。因而要求選用①優(yōu)質(zhì)材料、采用特種工藝，確保各零部件性能，并能保證密封性。②有足夠的安全系數(shù)強(qiáng)度、韌性、剛度要好，即具有可靠性和耐久性。③潤滑良好，使用能耐高溫、低溫、高氣壓低揮發(fā)，不易變質(zhì)的潤滑油脂。④工作過程中不能產(chǎn)生噪音和異響。因而鐘形殼選用cf53或55號(hào)鋼，以提高耐磨性、抗扭強(qiáng)度。星形套、保持架材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)低碳合金滲碳鋼20CrMnTi。鋼球采用GCr15軸桿所用棒料選用優(yōu)質(zhì)碳素合金結(jié)構(gòu)鋼40Gr。三銷軸叉、軸承架選用優(yōu)質(zhì)低碳合金滲碳鋼 20CrMnTi。軸承外圈、滾針選用GCr15差動(dòng)彈簧圈選用65Mn兩端防塵罩根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況,固定端采用聚脂防塵罩（TPEE,移動(dòng)端采用聚氯丁二烯橡膠（CR），保證具有良好的機(jī)械性能，能耐高溫、低溫、酸、堿、油和耐老化性，工藝加工性好，氣密性、減震性高。主要零部件中，鐘形殼外花鍵的熱處理變形對(duì)產(chǎn)品的使用性能有重要影響， 因而一方面選用優(yōu)質(zhì)材料和穩(wěn)定的正火預(yù)先熱處理，另一方面花鍵采用無切削加工，引進(jìn)國外花鍵冷軋機(jī)，并進(jìn)行中頻感應(yīng)熱處理?！?圖紙模式§4.1尺寸公差形狀和位置的未注公差按GB/T1184-k,線性尺寸的未