汽車傳動系統(tǒng)設(shè)計指南.doc

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目 錄 第一章 傳動軸 1 簡要說明 5 1.1萬向節(jié)和傳動軸綜述 5 1.2萬向的類型及適用范圍 5 1.3結(jié)構(gòu)圖 6 1.4 工作原理 8 2 設(shè)計構(gòu)想 9 2.1設(shè)計原則和開發(fā)流程 9 2.2 基本的設(shè)計參數(shù) 10 2.3 環(huán)境條件、材料、熱處理及加工要求 26 3 臺架試驗 26 3.1 十字軸式萬向節(jié)傳動軸臺架試驗 26 3.2 等速萬向節(jié)驅(qū)動軸臺架試驗 27 4 圖紙模式 27 4.1 尺寸公差 27 4.2 文字說明 28 第一章 傳動軸  1 簡要說明 1.1萬向節(jié)和傳動軸綜述 汽車上的萬向節(jié)傳動常由萬向節(jié)和傳動軸組成，主要用來在工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳替動力。萬向節(jié)傳動應(yīng)保證所連接兩軸的相對位置在預(yù)計范圍內(nèi)變動，能可靠的傳替動力；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。 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)動機(jī)前置后輪驅(qū)動（或全輪驅(qū)動）的汽車上，由于工作時懸架變形，驅(qū)動橋主減速器輸入軸與變速器（或分動器）輸出軸間經(jīng)常有相對運(yùn)動，普遍采用萬向節(jié)傳動。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，由于驅(qū)動輪又是轉(zhuǎn)向輪，左右半軸間的夾角隨行駛需要而變，這時多采用球叉式和球籠式等速萬向節(jié)傳動。當(dāng)后驅(qū)動橋為獨立懸架結(jié)構(gòu)時，也必須采用萬向節(jié)傳動。萬向傳動裝置除用于汽車的傳動系外，還可用于動力輸出裝置和轉(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ＣＶＪ TJ Assy：等速的Joint中心可以Slide的ＣＶＪ Intermediate shaft：從TJ Assy到BJ Assy方向傳動驅(qū)動力。 Damper： 減小由于Intermediate Shaft的彎曲共振產(chǎn)生的振動噪音。 Boot(BJ)：滿足BJ Assy夾角較大時的回轉(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Grease Boot 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)，Ｗheel Bearing以及Hub壓入到Knuckle的Axle Housing內(nèi)，然后將Drive Shaft的ＢＪ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。 圖示的輸入軸＝ａ軸在A平面上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。輸出軸＝ｂ軸在B平面上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 a軸和b軸在同一條直線上時，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，ａ軸從Ｖ旋轉(zhuǎn)到Ｗ位置（４５）時，b軸從 Ｖ旋轉(zhuǎn)到Ｗ位置（小于４５＝移動的距離減?。?。 a軸和b軸之間有一定的角度旋轉(zhuǎn)時，ａ軸從Ｗ旋轉(zhuǎn)到X位置（４５）時，b軸從W旋轉(zhuǎn)到X位置（大于４５＝移動的距離增大）。 十字軸式剛性萬向節(jié)：單個十字軸萬向節(jié)在有夾角時傳動具有不等速性；實現(xiàn)兩軸間的等角速傳動須滿足以下兩個條件：①第一萬向節(jié)兩軸間夾角α1與第二萬向節(jié)兩軸間夾角α2相等；②第一萬向節(jié)的從動叉與第二萬向節(jié)的主動叉處于同一平面內(nèi)。 Joint夾角大的ＦＦ車的Drive Shaft使用Universal Joint時，回轉(zhuǎn)不圓滑，振動噪音大，操舵感覺不好。所以Joint需要使用CVJ(Constant Velocity Joint)。 ＣＶＪ（Birfield Joint、Rzeppa Joint、Double Offset Joint、Tripod Joint）與Joint夾角沒有關(guān)系，它位于傳動鋼球的中心隨時發(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)動的傳動半徑）相同，2軸的回轉(zhuǎn)速度相同。 2 設(shè)計構(gòu)想 2.1設(shè)計原則和開發(fā)流程 對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋,前輪既是轉(zhuǎn)向輪又是驅(qū)動輪,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)動輪,則要求半軸在車輪偏轉(zhuǎn)過程中不間斷地把動力從差速器傳到車輪。因此轉(zhuǎn)向驅(qū)動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)汽車行駛時半軸各段的交角不斷變化的需要。若采用獨立懸架,則在靠近差速器處也需要有萬向節(jié);若采用非獨立懸架,只需要在轉(zhuǎn)向輪附近裝一個萬向節(jié)。 傳動軸設(shè)計開發(fā)流程見下圖： 2.2 基本的設(shè)計參數(shù) (1) 傳動軸的布置要點 在結(jié)構(gòu)上，由于懸掛系統(tǒng)的上下運(yùn)動，使萬向節(jié)的角度變化，同時從Differential 到Ｗheel 的長度，即傳動軸的長度發(fā)生變化。ｒ2 ＞ｒ1。為了對應(yīng) Shaft的長度的變化，、固定式的ＣＶＪ的Birfield Joint（ＢＪ）或者 Rzeppa Joint(ＲＪ）等在軸向方向要有可以滑動的 Double Offset Joint (ＤＯＪ)或者Tripod Joint（ＴＪ）。 通常ＦＦ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軸布置為例。 一、右傳動軸長度 右傳動軸移動節(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)至移動節(jié)的距離 傳動軸角度 上極限 (-2.29,647.99,107.50) 365.97 14.6 滿載 (-2.29,647.99,29) 356.58 7.07 半載 (-2.29,647.99,20.32) 356.59 7.13 空載 (-2.29,647.99,1) 357.37 8.14 下極限 (-2.29,647.99, -72.5) 369.66 17.00 根據(jù)移矩-擺角圖，從上表可以定出右傳動軸移動節(jié)中心到固定節(jié)中心長度為360mm。 二、左傳動軸長度 左傳動軸移動節(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)至移動節(jié)的距離 傳動軸角度 上極限 (-2.29,-647.99,107.50) 365.5 16.6 滿載 (-2.29,-647.99,29) 356.4 8.9 半載 (-2.29,-647.99,20.32) 356.41 8.89 空載 (-2.29,-647.99,1) 357.27 9.8 下極限 (-2.29,-647.99, -72.5) 369.82 17.8 根據(jù)移矩-擺角圖，從上表可以定出左傳動軸固定節(jié)中心到移動節(jié)中心長度為360mm。 (2) 關(guān)鍵性能尺寸的確定 傳動軸中心距由傳動軸總布置確定。確定方法見傳動軸布置要點。固定節(jié)、移動節(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 傳動軸的主要結(jié)構(gòu)與計算。 (3) 粗糙度和形位公差的確定 移動節(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) 零件號要求 傳動軸組號為22。前傳動軸分組號2201。中間傳動軸分組號2202。后傳動軸組號2203。 (5) 傳動軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與計算 a) 關(guān)于ＣＶＪ的主要尺寸 表示CVJ強(qiáng)度區(qū)分的Size表示法和Layout設(shè)計時重要的CVJ尺寸（下圖：D1～D3 L1～L3）,根據(jù)各個Vendor不同而不同。在研究Drive shaft的強(qiáng)度及Layout實施前，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：D1～D3，L1～L3）這對提高設(shè)計效率非常重要。 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)計規(guī)格決定。 ?各Vendor把Drive shaft的主要尺寸都標(biāo)準(zhǔn)化（下圖：D1～D3，L1～L3），這樣可以達(dá)到縮短 Drive shaft的開發(fā)期間及降低成本。 b)ＣＶＪ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項中的CVJ的耐久壽命。 c)Ｗheel側(cè)CVJ的耐久壽命的預(yù)測 關(guān)于Ｗheel側(cè)CVJ的耐久壽命的預(yù)測，為了提高精度，應(yīng)該包括實車的操舵頻度在內(nèi)，研究CVJ的壽命，設(shè)定CVJ的Size。 【CVJ壽命研討概要】 （１）FF車（Front Engine & Front Drive ）的Drive Shaft，在 Ｗheel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Ｗheel側(cè)BJ的載荷容量要比Differential側(cè)TJ的載荷容量大。 ＜參考例：NTN會社＞ BJ82: T100＝245Nm DOJ82: T100＝230Nm T100 的基本Torque ：CVJ夾角θ＝3 N＝100rpm時，壽命時間為1500hr,對應(yīng)的Torque可以查圖表得到。 (２)CVJ的耐久性主要是由Torque(T)、轉(zhuǎn)速(N)、夾角(θ)決定，同時還受溫度（潤滑）的影響。 （3）實車的CVJ的損壞一般是由于應(yīng)該設(shè)有載荷余量的BJ側(cè)的Flaking?Pitching 等的CVJ的耐久性不足引起的。推測原因主要是Ｗheel側(cè)的BJ在操舵時，一時使用大夾角而導(dǎo)致CVJ的損壞。 （4）把實車的操舵頻度列入到壽命計算的輸入項目中，計算BJ的損壞值，選定BJ的最佳Size。 ①BJ損傷值計算：參考Birfild會社的 CVJ 壽命計算方式。 ②操舵頻度：25～40的操舵頻度使用一般車在Cross-country路面行駛時的數(shù)據(jù)5倍以上的數(shù)據(jù)。 ③BJ溫度預(yù)測：根據(jù)下記F值及實車溫度實際測量 Date進(jìn)行預(yù)測。 F＝(T*D*θ*N＾0.577)／(T100 *AX) 【計算理論】 （１）Birfild會社的CVJ壽命計算方式 （Ball軌道面產(chǎn)生Pitching摩擦為止的壽命） ?ＮＸ＜1000rpm時 Ｌ＝21,400＊（Ｔ１００３＊ＡＸ３／ＴＸ３＊ＮＸ＾ ０．５７７）（hour） ?ＮＸ＞1000rpm時 Ｌ＝396,580＊（Ｔ１００＾３＊ＡＸ＾３／ＴＸ＾３＊ＮＸ）（hour） 在此 Ｔ１００ ＾３：基本Torque ＡＸ：角度系數(shù) ＢＪ：ＡＸ＝（１－Sin Θ）＊Cos Θ＾２ ＤＯＪ可以查表 ＴＸ：CVJ的載荷Torque ＮＸ：CVJ的轉(zhuǎn)速 （２）ＢＪ溫度預(yù)測法 根據(jù)下記Ｆ值及溫度實際測量數(shù)據(jù)預(yù)測。 Ｆ＝（Ｔ＊Ｄ＊Θ＊Ｎ＾0.577）／（Ｔ１００ ＊ＡX） Ｄ：ＣＶＪ的Pitch Circle Diameter （３）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，給定Torque（Tn)、轉(zhuǎn)速(Nn)、夾角(θn）時，這一載荷條件下的壽命Ｌn可以通過Birfild會社的計算公式求出來。因此，由損傷值Dn的給定公式「 Ｄn＝Ｈn／Ｌn 」可知，全壽命時間Ln中，只有在運(yùn)轉(zhuǎn)時間Ｈn內(nèi)，才會產(chǎn)生壽命的消耗。 從No.1到No.n 的損傷為線形累積，損傷值的合計為： Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２＋------＋Ｄｎ＝∑Ｈi／Ｌi 通常當(dāng)這一累積損傷值達(dá)到「Ｄ＝１」時，CVJ就會發(fā)生「 Pitching 」，達(dá)到壽命期限。 驅(qū)動軸萬向節(jié)的選型和壽命計算 一、基本參數(shù) 1． 發(fā)動機(jī)相關(guān)參數(shù)（靜功率測試狀態(tài)） 最大功率：65kw/6000rpm 最大扭矩：118Nm/4500rpm 斷油點：7000rpm 2． 變速器的相關(guān)參數(shù) Ⅰ檔 Ⅱ檔 Ⅲ檔 Ⅳ檔 Ⅴ檔 R檔 ig 3.636 1.667 1.226 1.185 0.871 2.909 io 3.762 4.647 4.647 3.762 3.762 4.647 i 13.679 7.747 5.697 4.458 3.277 13.518 傳動效率 0.95 3． 車輪相關(guān)參數(shù) 采用175/60 R14輪胎Rr＝0.275m 4． 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 580 420 2.34 0.572 1.2 滿載 705 670 5． 驅(qū)動軸角度及TJ端運(yùn)動距離參數(shù) BJ(L) TJ(L) BJ(R) TJ(R) 上跳點 9.371 11.663 4.677 6.94 滿載點 5.768 5.95 3.371 3.553 空載點 6.848 7.232 3.956 4.315 下跳點 10.372 12.795 5.277 7.606 TJ端運(yùn)動距離（mm） 17.307 17.993 以滿載與空載的均值作為工況點 驅(qū)動軸角度系數(shù)Ax=cos2β（1-sinβ） 滿載與空載的均值 TJ Ax BJ Ax 平均夾角 6.591 0.8736 6.308 0.8794 6． 計算壽命目標(biāo)值：100000km 二、分析計算 1、假定參數(shù)：1）φ＝1.0，振動系數(shù)Ks＝1.2，承載系數(shù)kt＝1.33 2）汽車以μ＝1，Ks＝1.2時最大扭矩起步，以發(fā)動機(jī)最大扭矩的2/3驅(qū)動且各檔勻速，各檔利用率分別為：Ⅰ：1％ Ⅱ：5％ Ⅲ：27％ Ⅳ： 40％ Ⅴ：27％。 2、 起步扭矩和附著扭矩計算應(yīng)力，并以兩者中較小值選取CVJ尺寸 MN—傳動軸的額定扭矩； MB—靜態(tài)失效扭矩； Md—動態(tài)額定扭矩； 起步轉(zhuǎn)矩：MA=1/2 KS Mmax MA＝1/2 1.2 118 13.679=968.47（Nm）(2輪驅(qū)動) 附著轉(zhuǎn)矩：MH=1/2 KS G B/(L+μh) Rr MH =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 β=0 /10 β=0時的靜態(tài)失效扭矩 β=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 1 2 3 4 5 Ax 0.01 0.05 0.27 0.4 0.27 ix 13.679 7.747 5.697 4.458 3.277 Nx 328.97 580.87 789.89 1009.42 1373.21 Vx 34.11 60.22 81.89 104.65 142.37 Mx 538.04 304.72 224.08 175.35 128.90 Lhx 40.75 161.57 340.26 613.99 1136.29 Mx=1/2 2/3 Mm ix 當(dāng)nx＜1000rpm 時 Lhx=25339/nx0.577 (AXMd/MX)3 當(dāng)nx＞1000rpm 時 Lhx=470756/nx (AXMd/MX)3 1/Ln=0.01/40.75+0.05/161.57+0.27/340.26+0.40/613.99+0.27/1136.29 Ln=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 Md≈317（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 1 2 3 4 5 Ax 0.01 0.05 0.27 0.4 0.27 ix 13.679 7.747 5.697 4.458 3.277 nx 328.97 580.87 789.89 1009.42 1373.21 Vx 34.11 60.22 81.89 104.65 142.37 Mx 538.04 304.72 224.08 175.35 128.90 Lhx 22.02 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+0.27/613.96 Lh=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， Md≈340Nm 由 Ls1/Ls2=(Md2/Md1)3 Ls2=(340/178)325540.28=177993（km），滿足使用的強(qiáng)度及耐久性要求。 三、選取傳動軸的結(jié)構(gòu)形式 1.按照分析計算的結(jié)果，該車型的驅(qū)動軸為廣州NTN裕隆公司生產(chǎn)的BJ82+ETJ79型驅(qū)動軸。 d) 球籠式等速萬向節(jié)花鍵軸直徑的計算和鋼球直徑的選擇 一、發(fā)動機(jī)及變速箱參數(shù) 發(fā)動機(jī) 型號：LJ465Q-1ANE1 額定功率：38.5KW/5200RPM 最大扭矩：83N.m/3000-3500RPM 檔位 1 2 3 4 5 倒 主傳動比 傳動比 3.416 1.894 1.280 0.941 0.757 3.818 4.388 二、設(shè)計計算 發(fā)動機(jī)輸出最大扭矩: 對于這種變速箱有： 如上圖所示對于花鍵軸部分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算的變量對萬向節(jié)壽命的影響因素。 使用因素與安全系數(shù)相似。對使用扭矩而言，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——無振動　　　　　　　　　　　　?。剑? 輕微振動　　　　　　　　　　　　　　　　　?。剑?２~１.５ 中等振動　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝１.７~２.０ 在這里考慮到為車輪打滑扭矩，而為發(fā)動機(jī)輸出的最大扭矩，，所以他們之間就已經(jīng)存在一點安全系數(shù)了。 對＝＝695.27N.m＝70.95Kgf.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=15.1mm e).十字軸萬向節(jié)強(qiáng)度校核 在設(shè)計十字軸萬向節(jié)時，應(yīng)保證十字軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度。設(shè)諸滾針對十字軸頸作用力的合力為F，則： 式中T—傳動軸計算扭矩，取按兩種情況計算的轉(zhuǎn)矩（按發(fā)動機(jī)最大扭矩、變速器一檔和按滿載驅(qū)動輪附著系數(shù)為0.8計算）的較小者； r—合力作用線與十字軸中心間的距離； α—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： 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，[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作用下一個滾針?biāo)艿淖畲筝d荷，[Fn]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，許用接觸應(yīng)力為3000~3200N/mm2。 f)傳動軸臨界轉(zhuǎn)速的計算 在選擇傳動軸長度和斷面尺寸時，應(yīng)考慮使傳動軸有足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。假設(shè)傳動軸斷面為均勻一致、兩端自由支承的彈性梁，由機(jī)械振動理論可知，對應(yīng)其彎曲振動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—傳動軸長度，即兩萬向節(jié)中心之間的距離，[L]為mm； D、d—傳動軸軸管的外徑和內(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)傳動軸軸管扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的計算 軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 式中，T—傳動軸計算扭矩； 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)傳動軸扭轉(zhuǎn)振動的校核 萬向節(jié)的角加速度過大時，會引起過大的慣性力矩，從而可能引起傳動系的扭轉(zhuǎn)振動， 為不致引起可感覺的振動，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α與角速度ω乘積小于31.6。 i)傳動軸伸縮花鍵齒側(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，伸縮花鍵取[]=25~50N/mm2,非滑動花鍵取[]=50~100N/mm2。 j)Damp的設(shè)定 （1）Shaft彎曲固有振動頻率 設(shè)計后記的Dynamic dumper時，以及研討Drive Shaft的彎曲共振引起的振動噪音問題時，必須要推定 Shaft的彎曲固有振動頻率。 在此，就 Drive Shaft的固有振動頻率的計算方法作以解說。 ①簡易計算方法 ： 假定Shaft為均一斷面時，固有振動頻率按下式計算 ｆｎ＝(π／２L2)＊(ＥＩｇ/γA)１／２≒0.202＊10７＊De／Ｌ２ De＝(D２＋d２)１／２ L： Shaft長 ＥＩ：彎曲剛性 ｇ：重力加速度 γ：比重 Ａ：斷面面積 Ｄ：外徑. d：內(nèi)徑 ②多段斷面Shaft 直徑的差有很大段差時的Shaft，使用 Rayleigh method等可以得到比較正確的近似固有振動頻率。 （2）Dynamic Dumper的設(shè)計 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，基本上要最大限度的降低Shaft的共振，但是因為對振動特性也會產(chǎn)生很大的影響，所以最終要根據(jù)實車試驗設(shè)定最佳值。 在此，關(guān)于基本規(guī)格設(shè)計法進(jìn)行說明。 ①設(shè)計計算數(shù)學(xué)模型 二自由度強(qiáng)制振動數(shù)學(xué)模型的計算 ②Mass weight (M2)的設(shè)定 M2≧0.15＊M1 └0.3＊0.493(等價值量) ③固有振動頻率(Fn2)的設(shè)定 基本尺寸、按照下式設(shè)定ｆｎ。 ｆ＝１／（1+μ） Fn2＝ｆ＊Fn1 ④loss factor (Lf)的設(shè)定 ζ２＝3μ／8(1+μ)３ Lf＝ζ＊2 上式為理論公式，實際計算時要根據(jù)橡膠的特性計算。 【 Natural Rubber (NR)：Lf=0.1 ，Butyl Rubber (IIR)：Lf= 0.4 】 ⑤效果確認(rèn) 安裝Dumper 時進(jìn)行計算，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、剛度也要好，即具有可靠性和耐久性。③潤滑良好，使用能耐高溫、低溫、高氣壓低發(fā)揮，不易變質(zhì)潤滑油脂。④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。差動彈簧圈選用65Mn。兩端防塵罩根據(jù)運(yùn)動情況,固定端采用聚脂防塵罩,移動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 臺架試驗 3.1 十字軸式萬向節(jié)傳動軸臺架試驗 十字軸式萬向節(jié)傳動軸總成臺架試驗可見行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T523—1999(JB 3741-84)。 試驗項目如下： (1) 靜態(tài)跳動量試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，用手或其它方法慢速旋轉(zhuǎn)，測量其相對旋轉(zhuǎn)軸心跳動量。 (2) 剩余不平衡量 將傳動軸安裝在試驗裝置上，按規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，測量其剩余不平衡量。 (3) 臨界轉(zhuǎn)速試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，使它旋轉(zhuǎn)或激振，測量臨界轉(zhuǎn)速或共振頻率。 (4) 扭轉(zhuǎn)間隙試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，一端固定，另一端施加規(guī)定扭矩，測量其周向間隙。 (6) 靜扭轉(zhuǎn)剛性試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，測定其靜扭轉(zhuǎn)剛度。 (7) 靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，測定它的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 (8) 沖擊強(qiáng)度試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，測定其沖擊強(qiáng)度。 (9) 扭轉(zhuǎn)疲勞試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，測定其扭轉(zhuǎn)疲勞壽命。 (10) 萬向節(jié)磨損試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，使其傳動，確定其耐磨性及擦傷性。 (11) 滑動花鍵磨損試驗 將傳動軸安裝在試驗裝置上，使滑動花鍵滑動，確定其耐磨性及耐擦傷性。 3.2 等速萬向節(jié)驅(qū)動軸臺架試驗 等速萬向節(jié)驅(qū)動軸臺架試驗試驗項目如下：性能試驗包括靜扭強(qiáng)度試驗、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗、壽命試驗、護(hù)套常溫性能試驗、護(hù)套高溫性能試驗、護(hù)套低溫性能試驗、護(hù)套旋轉(zhuǎn)膨脹量試驗、表面防護(hù)試驗，功能試驗包括圓周間隙試驗、軸向間隙試驗、旋轉(zhuǎn)力矩試驗、擺動力矩試驗、擺角試驗、位移量試驗、滑移線試驗、移動力試驗。 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)傳動軸技術(shù)要求可參照QC/T 29082-92。等速萬向節(jié)傳動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 附件：驅(qū)動軸CAE分析 一、驅(qū)動軸零部件強(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)動軸角度和移距CAE分析輸出數(shù)據(jù) 1、驅(qū)動軸角度和移距CAE分析輸入數(shù)據(jù)： ⑴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 。 ⑵車輪中心、CV節(jié)、發(fā)動機(jī)、差速器、GI節(jié)中心坐標(biāo) 2、驅(qū)動軸角度和移距CAE分析輸出數(shù)據(jù)： ⑴CV節(jié)擺角和車輪行程關(guān)系曲線； ⑵移動節(jié)擺角和移距關(guān)系曲線。以上曲線請考慮以下工況： ⑴當(dāng)發(fā)動機(jī)處于設(shè)計位置； ⑵當(dāng)發(fā)動機(jī)處于制動加速度為0.9g時的位置； ⑶當(dāng)發(fā)動機(jī)處于向心加速度為0.9g右側(cè)轉(zhuǎn)向時的位置； ⑷當(dāng)發(fā)動機(jī)處于向心加速度為0.9g左側(cè)轉(zhuǎn)向時的位置； ⑸當(dāng)發(fā)動機(jī)處于一檔行駛時位置； ⑹當(dāng)發(fā)動機(jī)處于一檔行駛時位置同時考慮地面對懸架的驅(qū)動力時的位置； ⑺當(dāng)發(fā)動機(jī)處于倒檔行駛時的位置； ⑻當(dāng)發(fā)動機(jī)處于倒檔行駛時同時考慮地面對車輛和動力總成懸掛的反作用力時的位置； ⑼發(fā)動機(jī)處于25g加速度后碰撞條件下的位置； ⑽發(fā)動機(jī)位置處于以3.5g的加速度向上擺動條件下的位置； ⑾發(fā)動機(jī)位置處于以4.5g的加速度向下擺動條件下的位置。 3、驅(qū)動軸角度和移距CAE分析輸出曲線例子：以M11+2.0LC+QR519當(dāng)發(fā)動機(jī)處于設(shè)計位置和處于制動加速度為0.9g時位置輸出曲線為例 (1)當(dāng)發(fā)動機(jī)處于設(shè)計位置 (1)當(dāng)發(fā)動機(jī)處于設(shè)計位置 GI節(jié)中心坐標(biāo) Rebound Bump R B CV節(jié)擺角和車輪行程關(guān)系曲線：以左輪為例 B R 移動節(jié)擺角和移距關(guān)系曲線：以左GI節(jié)為例 （2）當(dāng)發(fā)動機(jī)處于(2)當(dāng)發(fā)動機(jī)處于制動加速度為0.9g時位置 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 移動節(jié)擺角和移距關(guān)系曲線：以左GI節(jié)為例