汽車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南.doc

目 錄第一章 傳動(dòng)軸1 簡要說明51.1萬向節(jié)和傳動(dòng)軸綜述51.2萬向的類型及適用范圍51.3結(jié)構(gòu)圖61.4 工作原理82 設(shè)計(jì)構(gòu)想92.1設(shè)計(jì)原則和開發(fā)流程92.2 基本的設(shè)計(jì)參數(shù)102.3 環(huán)境條件、材料、熱處理及加工要求263 臺(tái)架試驗(yàn)263.1 十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng)軸臺(tái)架試驗(yàn)263.2 等速萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)軸臺(tái)架試驗(yàn)274 圖紙模式274.1 尺寸公差274.2 文字說明28第一章 傳動(dòng)軸1 簡要說明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替動(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)變動(dòng)，能可靠的傳替動(dòng)力；保證所連接兩軸盡可能同步（等速）運(yùn)轉(zhuǎn)；允許相鄰兩軸存在一定角度；允許存在一定軸向移動(dòng)。1.2萬向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)，英文名稱Constant Velocity Universal Joint，簡稱等速節(jié)（CVJ）。CVJ的種類如下: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)，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變，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)。1.3結(jié)構(gòu)圖(1)十字軸式剛性萬向節(jié),如圖所示：(2)球籠式等速萬向節(jié),如圖所示：(3)伸縮型球籠式萬向節(jié)：(4)一般的Drive Shaft主要構(gòu)成零件以及機(jī)能【構(gòu)成零件及其機(jī)能】BJ Assy：允許夾角很大的等速的固定式TJ Assy：等速的Joint中心可以Slide的Intermediate shaft：從TJ Assy到BJ Assy方向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)力。Damper： 減小由于Intermediate Shaft的彎曲共振產(chǎn)生的振動(dòng)噪音。Boot(BJ)：滿足BJ Assy夾角較大時(shí)的回轉(zhuǎn)，且保持BJ潤滑用Grease。Boot(TJ)：滿足TJ Assy回轉(zhuǎn)及Joint中心的Slide，且保持BJ潤滑用GreaseBoot Clamp： 把Boot固定在Joint及Shaft上Circular Clip： 把TJ Assy固定在Differential側(cè)。 (5)Front Drive Shaft的支撐方法Drive Shaft的支撐方法，在BJ側(cè)，heel Bearing以及Hub壓入到Knuckle的Axle Housing內(nèi)，然后將Drive Shaft的側(cè)的Spline插入到Hub中用Nut固定。在DOJ 或者 TJ側(cè)，將DOJ 或 TJ的 Spline的前端插入到Differential側(cè)的Gear內(nèi)，然后用Circular Clip固定 。1.4 工作原理傳統(tǒng)的Universal Joint，Yoke和Yoke之間通過十字形的Joint連接，可以傳遞不同角度方向上的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖示的輸入軸軸在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)，軸從旋轉(zhuǎn)到位置（）時(shí)，b軸從 旋轉(zhuǎn)到位置（小于移動(dòng)的距離減?。?。a軸和b軸之間有一定的角度旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸從旋轉(zhuǎn)到X位置（）時(shí)，b軸從W旋轉(zhuǎn)到X位置（大于移動(dòng)的距離增大）。十字軸式剛性萬向節(jié)：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；實(shí)現(xiàn)兩軸間的等角速傳動(dòng)須滿足以下兩個(gè)條件：第一萬向節(jié)兩軸間夾角1與第二萬向節(jié)兩軸間夾角2相等；第一萬向節(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)。Joint夾角大的車的Drive Shaft使用Universal Joint時(shí)，回轉(zhuǎn)不圓滑，振動(dòng)噪音大，操舵感覺不好。所以Joint需要使用CVJ(Constant Velocity Joint)。（Birfield Joint、Rzeppa Joint、Double Offset Joint、Tripod Joint）與Joint夾角沒有關(guān)系，它位于傳動(dòng)鋼球的中心隨時(shí)發(fā)生變化的輸入軸和輸出軸的二等分面上，因此，2軸的中心到中心的距離（旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)半徑）相同，2軸的回轉(zhuǎn)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,要求它能在最大轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)到某一角度;作為驅(qū)動(dòng)輪,則要求半軸在車輪偏轉(zhuǎn)過程中不間斷地把動(dòng)力從差速器傳到車輪。因此轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的半軸不能制成整體而要分段,中間用萬向節(jié)連接,以適應(yīng)汽車行駛時(shí)半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)。傳動(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)(1) 傳動(dòng)軸的布置要點(diǎn)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)的角度變化，同時(shí)從Differential 到heel 的長度，即傳動(dòng)軸的長度發(fā)生變化。2 1。為了對(duì)應(yīng) Shaft的長度的變化，、固定式的的Birfield Joint（）或者 Rzeppa Joint(）等在軸向方向要有可以滑動(dòng)的 Double Offset Joint ()或者Tripod Joint（）。通常車，車輪側(cè)使用固定式的Joint，Differential側(cè)使用Slide式的Joint。下面以某車型的傳動(dòng)軸布置為例。一、右傳動(dòng)軸長度右傳動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)中心坐標(biāo)為（-49.24,294.54,25.05）。固定節(jié)中心坐標(biāo)固定節(jié)至移動(dòng)節(jié)的距離傳動(dòng)軸角度上極限(-2.29,647.99,107.50)365.9714.6滿載(-2.29,647.99,29)356.587.07半載(-2.29,647.99,20.32)356.597.13空載(-2.29,647.99,1)357.378.14下極限(-2.29,647.99, -72.5)369.6617.00根據(jù)移矩-擺角圖，從上表可以定出右傳動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)中心到固定節(jié)中心長度為360mm。二、左傳動(dòng)軸長度左傳動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)中心坐標(biāo)為（-57.03,-295.85,26.35）固定節(jié)中心坐標(biāo)固定節(jié)至移動(dòng)節(jié)的距離傳動(dòng)軸角度上極限(-2.29,-647.99,107.50)365.516.6滿載(-2.29,-647.99,29)356.48.9半載(-2.29,-647.99,20.32)356.418.89空載(-2.29,-647.99,1)357.279.8下極限(-2.29,-647.99, -72.5)369.8217.8根據(jù)移矩-擺角圖，從上表可以定出左傳動(dòng)軸固定節(jié)中心到移動(dòng)節(jié)中心長度為360mm。(2) 關(guān)鍵性能尺寸的確定傳動(dòng)軸中心距由傳動(dòng)軸總布置確定。確定方法見傳動(dòng)軸布置要點(diǎn)。固定節(jié)、移動(dòng)節(jié)的裝配尺寸根據(jù)接口(輪轂、半軸齒輪等)尺寸、結(jié)構(gòu)確定，主要結(jié)構(gòu)參數(shù)參見2.2.5 傳動(dòng)軸的主要結(jié)構(gòu)與計(jì)算。(3) 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或0.63。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-ISO1302。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。(4) 零件號(hào)要求傳動(dòng)軸組號(hào)為22。前傳動(dòng)軸分組號(hào)2201。中間傳動(dòng)軸分組號(hào)2202。后傳動(dòng)軸組號(hào)2203。(5) 傳動(dòng)軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與計(jì)算 a) 關(guān)于的主要尺寸 表示CVJ強(qiáng)度區(qū)分的Size表示法和Layout設(shè)計(jì)時(shí)重要的CVJ尺寸（下圖：D1D3 L1L3）,根據(jù)各個(gè)Vendor不同而不同。在研究Drive shaft的強(qiáng)度及Layout實(shí)施前，首先要與委托生產(chǎn)Drive shaft的Vendor聯(lián)系，確認(rèn)Drive shaft的允許強(qiáng)度及主要尺寸。（下圖：D1D3，L1L3）這對(duì)提高設(shè)計(jì)效率非常重要。理由如下：扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及耐久壽命由各Vendor的CVJ的具體設(shè)計(jì)規(guī)格決定。各Vendor把Drive shaft的主要尺寸都標(biāo)準(zhǔn)化（下圖：D1D3，L1L3），這樣可以達(dá)到縮短 Drive shaft的開發(fā)期間及降低成本。b)的靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 根據(jù)從Vendor得到的各Size的允許強(qiáng)度和下表計(jì)算得出的CVJ的輸入扭矩，選定CVJ的SIZE.另外也要考慮 2-1-3項(xiàng)中的CVJ的耐久壽命。c)heel側(cè)CVJ的耐久壽命的預(yù)測(cè)關(guān)于heel側(cè)CVJ的耐久壽命的預(yù)測(cè)，為了提高精度，應(yīng)該包括實(shí)車的操舵頻度在內(nèi)，研究CVJ的壽命，設(shè)定CVJ的Size?！綜VJ壽命研討概要】（）FF車（Front Engine & Front Drive ）的Drive Shaft，在 heel側(cè)使用BJ,在Differentia側(cè)使用TJ或者DOJ、一般情況下，組合使用同Size的CVJ。一般情況下，代表等速Joint 自身的強(qiáng)度耐久性的指標(biāo)用Size來表示。同Size的CVJ、設(shè)定時(shí)heel側(cè)BJ的載荷容量要比Differential側(cè)TJ的載荷容量大。參考例：NTN會(huì)社BJ82: T100245NmDOJ82: T100230NmT100 的基本Torque ：CVJ夾角3N100rpm時(shí)，壽命時(shí)間為1500hr,對(duì)應(yīng)的Torque可以查圖表得到。()CVJ的耐久性主要是由Torque(T)、轉(zhuǎn)速(N)、夾角()決定，同時(shí)還受溫度（潤滑）的影響。（3）實(shí)車的CVJ的損壞一般是由于應(yīng)該設(shè)有載荷余量的BJ側(cè)的FlakingPitching 等的CVJ的耐久性不足引起的。推測(cè)原因主要是heel側(cè)的BJ在操舵時(shí)，一時(shí)使用大夾角而導(dǎo)致CVJ的損壞。（4）把實(shí)車的操舵頻度列入到壽命計(jì)算的輸入項(xiàng)目中，計(jì)算BJ的損壞值，選定BJ的最佳Size。BJ損傷值計(jì)算：參考Birfild會(huì)社的 CVJ 壽命計(jì)算方式。操舵頻度：2540的操舵頻度使用一般車在Cross-country路面行駛時(shí)的數(shù)據(jù)5倍以上的數(shù)據(jù)。BJ溫度預(yù)測(cè)：根據(jù)下記F值及實(shí)車溫度實(shí)際測(cè)量 Date進(jìn)行預(yù)測(cè)。F(T*D*N0.577)(T100 *AX) 【計(jì)算理論】（）Birfild會(huì)社的CVJ壽命計(jì)算方式（Ball軌道面產(chǎn)生Pitching摩擦為止的壽命）1000rpm時(shí)21,400（ ）（hour）1000rpm時(shí)396,580（）（hour）在此 ：基本Torque ：角度系數(shù) ：（Sin ）Cos 可以查表：CVJ的載荷Torque ：CVJ的轉(zhuǎn)速（）溫度預(yù)測(cè)法根據(jù)下記值及溫度實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)。（0.577）（ X）：的Pitch Circle Diameter（）線形累積損傷值（Miner值）CVJ在某一期間內(nèi)按下表的頻度使用時(shí)，給定Torque（Tn)、轉(zhuǎn)速(Nn)、夾角(n）時(shí)，這一載荷條件下的壽命n可以通過Birfild會(huì)社的計(jì)算公式求出來。因此，由損傷值Dn的給定公式 nnn 可知，全壽命時(shí)間Ln中，只有在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間n內(nèi)，才會(huì)產(chǎn)生壽命的消耗。從No.1到No.n 的損傷為線形累積，損傷值的合計(jì)為：-ii通常當(dāng)這一累積損傷值達(dá)到時(shí)，CVJ就會(huì)發(fā)生 Pitching ，達(dá)到壽命期限。驅(qū)動(dòng)軸萬向節(jié)的選型和壽命計(jì)算一、基本參數(shù)1 發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)（靜功率測(cè)試狀態(tài)）最大功率：65kw/6000rpm最大扭矩：118Nm/4500rpm斷油點(diǎn)：7000rpm2 變速器的相關(guān)參數(shù) 檔檔檔檔檔R檔ig3.6361.6671.2261.1850.8712.909io3.7624.6474.6473.7623.7624.647i13.6797.7475.6974.4583.27713.518傳動(dòng)效率0.953 車輪相關(guān)參數(shù)采用175/60 R14輪胎Rr0.275m4 整車相關(guān)參數(shù) 前軸荷（Kg）后軸荷（Kg）軸距L（m）質(zhì)心高度h（m）質(zhì)心距前輪心距離b（m）空載5804202.340.572 1.2滿載7056705 驅(qū)動(dòng)軸角度及TJ端運(yùn)動(dòng)距離參數(shù) BJ(L)TJ(L)BJ(R)TJ(R)上跳點(diǎn)9.37111.6634.6776.94滿載點(diǎn)5.7685.953.3713.553空載點(diǎn)6.8487.2323.9564.315下跳點(diǎn)10.37212.7955.2777.606TJ端運(yùn)動(dòng)距離（mm）17.30717.993以滿載與空載的均值作為工況點(diǎn)驅(qū)動(dòng)軸角度系數(shù)Ax=cos2（1-sin）滿載與空載的均值TJAxBJAx平均夾角6.5910.87366.3080.87946 計(jì)算壽命目標(biāo)值：100000km二、分析計(jì)算1、假定參數(shù)：1）1.0，振動(dòng)系數(shù)Ks1.2，承載系數(shù)kt1.33 2）汽車以1，Ks1.2時(shí)最大扭矩起步，以發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的2/3驅(qū)動(dòng)且各檔勻速，各檔利用率分別為：1 ：5 ：27 ：40 ：27。2、 起步扭矩和附著扭矩計(jì)算應(yīng)力，并以兩者中較小值選取CVJ尺寸 MN傳動(dòng)軸的額定扭矩； MB靜態(tài)失效扭矩； Md動(dòng)態(tài)額定扭矩；起步轉(zhuǎn)矩：MA=1/2 KS MmaxMA1/2 1.2 118 13.679=968.47（Nm）(2輪驅(qū)動(dòng))附著轉(zhuǎn)矩：MH=1/2 KS G B/(L+h) RrMH =1/2 1.2 1375 9.8 1.2/(2.34+10.572) 0.275=920.02（Nm）MN依取920.02 Nm適取球籠式萬向節(jié)的系列規(guī)格以GKN形式為Base =0 /10 =0時(shí)的靜態(tài)失效扭矩 =0 /10 TJ取 GI型580 MN=1040 Nm MB=1900 Nm Md=220 Nm BJ 取 AC 75 MN=944 Nm Md=178 Nm 3、校核使用壽命TJ端12345Ax0.010.050.270.40.27ix13.6797.7475.6974.4583.277Nx328.97 580.87 789.89 1009.42 1373.21 Vx34.11 60.22 81.89 104.65 142.37 Mx538.04 304.72 224.08 175.35 128.90 Lhx40.75 161.57 340.26 613.99 1136.29 Mx=1/2 2/3 Mm ix當(dāng)nx1000rpm 時(shí) Lhx=25339/nx0.577 (AXMd/MX)3當(dāng)nx1000rpm 時(shí) Lhx=470756/nx (AXMd/MX)31/Ln=0.01/40.75+0.05/161.57+0.27/340.26+0.40/613.99+0.27/1136.29Ln=446.93（h）vm=0.0134.11+0.0560.22+0.2781.89+0.4104.65+0.27142.37=105.76（km/h）Ls=Ln Vm=47268.84再取ETJ79（廣州NTN裕隆公司生產(chǎn)的）Mn=1520 Nm Md317（Nm）由 Ls1/Ls2=(Md2/Md1)3 Ls2=(317/220)347268.84=141411（km），滿足使用的強(qiáng)度及耐久性要求。BJ端12345Ax0.010.050.270.40.27ix13.6797.7475.6974.4583.277nx328.97 580.87 789.89 1009.42 1373.21 Vx34.11 60.22 81.89 104.65 142.37 Mx538.04 304.72 224.08 175.35 128.90 Lhx22.02 87.30 183.85 331.75 613.96 1/Lh=0.01/22.02+0.05/87.30+0.27/183.85+0. 40/331.75+0.27/613.96Lh=241.486（h）Ls=LhVm=25540.28（km）再取BJ82（廣州NTN裕隆公司生產(chǎn)的） Mn=1790 Nm， Md340Nm由 Ls1/Ls2=(Md2/Md1)3Ls2=(340/178)325540.28=177993（km），滿足使用的強(qiáng)度及耐久性要求。三、選取傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)形式1.按照分析計(jì)算的結(jié)果，該車型的驅(qū)動(dòng)軸為廣州NTN裕隆公司生產(chǎn)的BJ82+ETJ79型驅(qū)動(dòng)軸。d) 球籠式等速萬向節(jié)花鍵軸直徑的計(jì)算和鋼球直徑的選擇一、發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：LJ465Q-1ANE1額定功率：38.5KW/5200RPM最大扭矩：83N.m/3000-3500RPM檔位12345倒主傳動(dòng)比傳動(dòng)比3.4161.8941.2800.9410.7573.8184.388二、設(shè)計(jì)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大扭矩:對(duì)于這種變速箱有：如上圖所示對(duì)于花鍵軸部分S有其中為車輪打滑扭矩(kgf.m)為使用因素，考慮幾種不便于精確計(jì)算的變量對(duì)萬向節(jié)壽命的影響因素。使用因素與安全系數(shù)相似。對(duì)使用扭矩而言，它的值越大，允許負(fù)荷就越小。使用因素推薦如下，理想傳動(dòng)無振動(dòng)輕微振動(dòng).中等振動(dòng).在這里考慮到為車輪打滑扭矩，而為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大扭矩，所以他們之間就已經(jīng)存在一點(diǎn)安全系數(shù)了。 對(duì)695.27N.m70.95Kgf.m取為1有20.1mm然后根據(jù)S的值查表可得鋼球的直徑D=15.1mme).十字軸萬向節(jié)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，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；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：式中d1十字軸軸頸直徑；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250350N/mm2。十字軸軸頸的剪應(yīng)力：剪應(yīng)力應(yīng)不大于80120N/mm2。滾針軸承的接觸應(yīng)力：式中d滾針直徑，d為mm；L滾針工作長度，L為mm;d1如前所述，d1為mm；Fn在力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷，F(xiàn)n為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30003200N/mm2。f)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： 式中nk臨界轉(zhuǎn)速，nK為r/min；L傳動(dòng)軸長度，即兩萬向節(jié)中心之間的距離，L為mm；D、d傳動(dòng)軸軸管的外徑和內(nèi)徑，它們的單位為mm。臨界轉(zhuǎn)速與最大轉(zhuǎn)速之比為安全系數(shù)：g)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。h)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。i)傳動(dòng)軸伸縮花鍵齒側(cè)擠壓應(yīng)力 （N/mm2）式中：Z花鍵齒數(shù); L鍵齒有效長度，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=2550N/mm2,非滑動(dòng)花鍵取=50100N/mm2。j)Damp的設(shè)定 （1）Shaft彎曲固有振動(dòng)頻率設(shè)計(jì)后記的Dynamic dumper時(shí)，以及研討Drive Shaft的彎曲共振引起的振動(dòng)噪音問題時(shí)，必須要推定 Shaft的彎曲固有振動(dòng)頻率。在此，就 Drive Shaft的固有振動(dòng)頻率的計(jì)算方法作以解說。簡易計(jì)算方法：假定Shaft為均一斷面時(shí)，固有振動(dòng)頻率按下式計(jì)算 (L2)(/A)0.20210DeDe(Dd) L： Shaft長 ：彎曲剛性：重力加速度 ：比重 ：斷面面積 ：外徑. d：內(nèi)徑多段斷面Shaft直徑的差有很大段差時(shí)的Shaft，使用 Rayleigh method等可以得到比較正確的近似固有振動(dòng)頻率。 （2）Dynamic Dumper的設(shè)計(jì)設(shè)定 Dynamic dumper的目的是為了降低Drive Shaft的彎曲共振產(chǎn)生的Booming Noise、Differential Gear Noise 、Beat Noise等。設(shè)定Dynamic dumper的特性時(shí)，基本上要最大限度的降低Shaft的共振，但是因?yàn)閷?duì)振動(dòng)特性也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，所以最終要根據(jù)實(shí)車試驗(yàn)設(shè)定最佳值。在此，關(guān)于基本規(guī)格設(shè)計(jì)法進(jìn)行說明。設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)學(xué)模型二自由度強(qiáng)制振動(dòng)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算 Mass weight (M2)的設(shè)定M20.15M1 0.30.493(等價(jià)值量)固有振動(dòng)頻率(Fn2)的設(shè)定基本尺寸、按照下式設(shè)定。（1+） Fn2Fn1 loss factor (Lf)的設(shè)定 38(1+) Lf2上式為理論公式，實(shí)際計(jì)算時(shí)要根據(jù)橡膠的特性計(jì)算?！?Natural Rubber (NR)：Lf=0.1 ，Butyl Rubber (IIR)：Lf= 0.4 】效果確認(rèn) 安裝Dumper 時(shí)進(jìn)行計(jì)算，繪制如下的圖形，來確認(rèn)衰減效果2.3 環(huán)境條件、材料、熱處理及加工要求用于轎車的球籠式萬向節(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、灰塵、油脂的浸泡、腐蝕、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。有足夠的安全系數(shù)強(qiáng)度、韌性、剛度也要好，即具有可靠性和耐久性。潤滑良好，使用能耐高溫、低溫、高氣壓低發(fā)揮，不易變質(zhì)潤滑油脂。使用過程不能有噪音。因而鐘形殼選用cf53，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,移動(dòng)端采用聚氯丁二烯橡膠，保證具有良好的機(jī)械性能，能耐高溫、低溫、酸、堿、油和耐老性，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。3 臺(tái)架試驗(yàn)3.1 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)可見行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T5231999(JB 3741-84)。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。(6) 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。(7) 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)定它的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。(8) 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。(9) 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。(10) 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。(11) 滑動(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。3.2 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)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)、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)，功能試驗(yàn)包括圓周間隙試驗(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)。4 圖紙模式4.1 尺寸公差形狀和位置的未注公差按GB/T1184-k，線性尺寸的未注公差按GB/T1804-m，角度的未注公差按GB/T11335-m,表面粗糙度符號(hào)按GB/T131-ISO1302,形狀和位置公差按GB/T1182-ISO1101。4.2 文字說明十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng)軸技術(shù)要求可參照QC/T 29082-92。等速萬向節(jié)傳動(dòng)軸圖紙上的說明包括技術(shù)要求、萬向節(jié)花鍵參數(shù)、零部件明細(xì)表、移距擺角曲線圖4部分。技術(shù)要求的內(nèi)容應(yīng)包含:1. 產(chǎn)品外觀2. 表面處理3. 萬向節(jié)最大擺角4. 總成旋轉(zhuǎn)間隙5. 總成屈服強(qiáng)度、總成靜扭強(qiáng)度、總成疲勞強(qiáng)度6. 潤滑脂的種類、加注位置及加注量7. 標(biāo)記標(biāo)識(shí)附件：驅(qū)動(dòng)軸CAE分析一、驅(qū)動(dòng)軸零部件強(qiáng)度分析1、萬向節(jié)最大承受載荷扭矩Tjmax= Nm 2、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 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)力分析模型截圖二、驅(qū)動(dòng)軸角度和移距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、CV節(jié)、發(fā)動(dòng)機(jī)、差速器、GI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)：CV節(jié)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： 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于設(shè)計(jì)位置； 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)加速度為0.9g時(shí)的位置； 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； 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； 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于一檔行駛時(shí)位置； 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； 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于倒檔行駛時(shí)的位置； 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)車輛和動(dòng)力總成懸掛的反作用力時(shí)的位置； 發(fā)動(dòng)機(jī)處于25g加速度后碰撞條件下的位置； 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； 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+2.0LC+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 (1)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于設(shè)計(jì)位置GI節(jié)中心坐標(biāo) ReboundBumpRB CV節(jié)擺角和車輪行程關(guān)系曲線：以左輪為例 BR移動(dòng)節(jié)擺角和移距關(guān)系曲線：以左GI節(jié)為例 （2）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) GI節(jié)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