驱动轴设计指南.docx

编者：何迅奇瑞汽车工程研究院底盘部1简要说明1.1万向节和传动轴综述汽车上的万向节传动常由万向节和传动轴组成，主要用来在工作过程中相对 位置不断改变的两根轴间传替动力万向节传动应保证所连接两轴的相对位置在 预计范围内变动，能可靠的传替动力；保证所连接两轴尽可能同步(等速)运转； 允许相邻两轴存在一定角度；允许存在一定轴向移动1.2万向的类型及适用范围万向节按其在扭转方向上是否由明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向 节刚性万向节又可分为不等速万向节(常用的十字轴式)，准等速万向节(双 联式、三销轴式等)和等速万向节(球叉式、球笼式等)等速万向节，英文名 称 Constant Velocity Universal Joint,简称等速节(CVJ)等速万向节根据是否可以轴向移动可分为固定万向节(Fixed Join t)和移 动万向节(Plunging Joint)而根据结构的不同，固定节可分为RJ (Rzeppa Joint)和BJ(Birfield Joint), RJ结构复杂带导向机构，目前已逐渐被淘汰;BJ 不带导向机构,结构结单有效,为目前常用结构型式移动节常用结构型式有 D0J(Double Offset Joint)、三销式万向节(TJ:Tripod Joint)和斜滚道万向节 (VL).在发动机前置后轮驱动(或全轮驱动)的汽车上,由于工作时悬架变形,驱 动桥主减速器输入轴与变速器(或分动器)输出轴间经常有相对运动,普遍采用 万向节传动。

在转向驱动桥中,由于驱动轮又是转向轮,左右半轴间的夹角随行 驶需要而变,这时多采用球叉式和球笼式等速万向节传动当后驱动桥为独立悬 架结构时,也必须采用万向节传动万向传动装置除用于汽车的传动系外,还可 用于动力输出装置和转向操纵机构1.3结构图及其他(1)万向节结构①、十字轴式刚性万向节，如图所示：等速驱动轴结构简图:弓M = 俐」t刚件打向心】-轴戒善，■?户 _ [ , rf.1 曙 * . Jlhmff，.1-』’KJ&ff .—七△凶.1、固定端万向节；2、轴杆；3、阻尼块；4、移动端万向节③、固定球笼式等速万向节，如图所示：246131、ABS 齿圈；2、钟形壳；3、保持架；4、星形套；5、钢球；6、挡圈341、筒形壳；2、保持架；3、钢球；4、星形套 5、挡圈⑤、三球销式万向节:1、三销架；2、挡圈；3、滚针保持圈；4、滚针外圈；5、滚针；6、滑套⑥、斜滚道万向节:24131、外球壳；2、钢球；3、保持架；4、星形套（2）一般的驱动轴主要构成零件以及机能：固定端万向节（FJ Assy）：允许夹角很大的等速的固定式万向节；移动端万向节（PJ Assy）：可轴向移动的等速万向节；中间轴（Intermediate shaft）：传递移动节到固定节的驱动力；阻尼（Damper）：衰减由于中间轴的弯曲共振产生的振动和噪音。

固定端万向节护套（Boot（BJ））：满足固定端万向节夹角较大时的回转，且容纳润滑万向节用的润滑油脂；移动端万向节护套（Boot（TJ））：满足万向节的回转及滑移，且保持万向节润滑用的油脂；卡箍 （Clamp）： 把护套固定在万向节及中间轴上；卡簧（Circular Clip）：将移动端万向节固定在差速器内JInteraediate ShaftRoot GlaipCircular Cl ipBwt ClaapHutorCABS)Boot(TJ)BcutCBJ)Du per（5）前驱车辆驱动轴的支撑方法将移动端万向节插入差速器内，卡簧进入装配位置膨胀卡紧；固定端万向节插入轮毂轴承内，再用螺母垫片拧紧固定如下图所示：簧螺母、垫片转向节移动端万向固定端万向节差速器端轮毂轴承车轮端1.4 工作原理传统的十字轴万向节，轴和轴之间通过十字形的万向节连接，可以传递不同 角度方向上的回转运动图示的输入轴轴在A平面上作旋转运动输出轴= b轴在B平面上作旋转运动a轴和b轴在同一条直线上时，a轴和b轴的转速 相同a轴和b轴之间有一定的角度旋转时，d轴从V旋转到W位置（4 5°） 时，b轴从V旋转到W'位置（小于4 5°=移动的距离减小）。

a轴和b轴之间有一定的角度旋转时，d轴从W旋转到X位置（4 5° ）时, b轴从W'旋转到X’位置（大于4 5°=移动的距离增大）as as十字轴式刚性万向节：单个十字轴万向节在有夹角时传动具有不等速性；实 现两轴间的等角速传动须满足以下两个条件：①第一万向节两轴间夹角a与第1 二万向节两轴间夹角a相等；②第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉处 2 于同一平面内夹角大的前置前驱车的驱动轴如果使用十字轴万向节，回转不圆滑，振动噪 音大，操舵感觉不好所以需要使用等速万向节CVJ (Birfield Joint、Rzeppa Joint、Double Offset Joint、Tripod Joint)与 Joint 夹角没有关系，它位于 传动钢球的中心随时发生变化的输入轴和输出轴的二等分面上，因此，2 轴的中 心到中心的距离(旋转运动的传动半径)相同，2 轴的回转速度相同2 设计构想2.1设计原则和开发流程对于转向驱动桥,前轮既是转向轮又是驱动轮,作为转向轮,要求它能在最大 转角范围内任意偏转到某一角度 ;作为驱动轮,则要求半轴在车轮偏转过程中不 间断地把动力从差速器传到车轮因此转向驱动桥的半轴不能制成整体而要分段,中间用万向节连接,以适应汽车行驶时半轴各段的交角不断变化的需要。

若采用 独立悬架,则在靠近差速器处也需要有万向节;若采用非独立悬架,只需要在转向 轮附近装一个万向节传动轴设计开发流程见下图：DRIVE SHAFT的设计开发流程基本尺寸圏• E/ROON LAYOUT设计构想书-Power Plan七出力车辆各部尺寸•车辆重量Specif icat i cin 的设定评价方法改艮万案的具体化改良效泉的确认2.2 基本的设计参数(1) 传动轴的布置要点在结构上，由于悬挂系统的上下运动，使万向节的角度变化，同时差速器到 轮胎距离，即传动轴的长度也发生变化，如下图所示f2 >r1o为了对应传动 轴的长度变化，通常前置前驱车，车轮侧使用固定式的万向节，变速箱侧使用移 动式万向节P lunpinp Joint"F ixed Joint'―C V J (X旳)(Constant Veracity Joint)1n... /. _ x// fTp7// 创JPr ive flraft上下运动轮胎的跳动和万向节的滑移Different i alFront Ti reF面以我公司A15CVT的传动轴布置为例A15 + CVT传动轴的布置一、右传动轴长度右传动轴移动节中心坐标为(-49.24,294.54,25.05)。

固定节中心坐标固定节至移动节的距离传动轴角度上极限(-2.29,647.99,107.50)365.9714.6、卄+卜 满载(-2.29,647.99,29)356.587.07半载(-2.29,647.99,20.32)356.597.13空载(-2.29,647.99,1)357.378.14下极限(-2.29,647.99, -72.5)369.6617.00根据移矩-摆角图，从上表可以定出右传动轴移动节中心到固定节中心长度为360mm二、左传动轴长度左传动轴移动节中心坐标为(-57.03,-295.85,26.35)固定节中心坐标固定节至移动节的距离传动轴角度上极限(-2.29,-647.99,107.50)365.516.6满载(-2.29,-647.99,29)356.48.9半载(-2.29,-647.99,20.32)356.418.89空载(-2.29,-647.99,1)357.279.8下极限(-2.29,-647.99, -72.5)369.8217.8根据移矩-摆角图，从上表可以定出左传动轴固定节中心到移动节中心长度为360mm2) 关键性能尺寸的确定传动轴中心距由传动轴总布置确定。

确定方法见传动轴布置要点固定节、 移动节的装配尺寸根据接口(轮毂、半轴齿轮等)尺寸、结构确定，主要结构参数 参见2.2.5传动轴的主要结构与计算3) 粗糙度和形位公差的确定移动节轴颈与变速箱油封配合处，为保证油封的密封效果，轴颈处粗糙度 一般选0.8或0.63移动节、固定节轴承配合端面垂直度取0.05形状和位置 公差GB/T1182-IS01302表面粗糙度符号按GB/T131-IS01302形状和位置的 未注公差按GB/T1184-k,线性尺寸的未注公差按GB/T1804-m,角度的未注公差按 GB/T11335-m4) 零件号要求传动轴组号为22前传动轴分组号2201中间传动轴分组号2202后传动 轴组号22035) 传动轴的主要结构参数与计算a)关于CVJ的主要尺寸 表示CVJ强度区分的Size表示法和Layout设计时重要的CVJ尺寸(下图：D1〜D3L1〜L3),根据各个Vendor不同而不同 在研究Drive shaft的强度及Layout实施前，首先要与委托生产Drive shaft 的Vendor联系，确认Drive shaft的允许强度及主要尺寸下图：D1〜D3, L1 〜L3 ）这对提高设计效率非常重要。

理由如下：•扭转强度及耐久寿命由各Vendor的CVJ的具体设计规格决定•各Vendor把Drive shaft的主要尺寸都标准化（下图：D1〜D3, L1〜L3）, 这样可以达到缩短Drive shaft的开发期间及降低成本mD2L2AYL1le—:ElT J - A S S Yb）cv J的静扭转强度根据从Vendor得到的各Size的允许强度和下表计算得出的CVJ的输入 扭矩，选定CVJ的SIZE•另外也要考虑2-1-3项中的CVJ的耐久寿命Uri.E ShaftCCTJ =0 Bee-)(CTJ AncLe Det JM/TSpec.T帖夹純启动时输入粗矩旳西劇 產収Th Toe申最小的一金To虽* *占直斟［|胖Sf g 口十锻理比 口才违诫淫辻 Hi： St® =0.55 酥驱肋他瓯 TC=匚lutein量駄2辰堂疥 痕=和齊吋計［圻一旳耐-申 M = CLn-tcli Fac i ncjSI® 10= FariiLt■畀程 ri： 內轻r=押力To饰声 恥踏轮Rt= Iitr动韭筈M T= Tier昴艾劭糠拯数。