汽車(chē)傳動(dòng)軸的布置指南

.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南59.第 4 章傳動(dòng)軸的布置4.1 概述傳動(dòng)軸的作用是連接差速器與輪胎以傳遞動(dòng)力,現(xiàn)多用萬(wàn)向傳動(dòng)軸。萬(wàn)向傳動(dòng)軸即在不同軸心的兩軸間甚至在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷變化的兩軸間傳遞動(dòng)力,傳動(dòng)軸布置要考慮傳動(dòng)軸平順有效地傳遞動(dòng)力,在各種極限工作狀態(tài)下,傳動(dòng)軸不至脫出動(dòng)力輸出端而失去動(dòng)力,也不至卡死而傳遞不良和發(fā)出嚴(yán)重的噪聲。本章講述的是發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)的乘用車(chē)傳動(dòng)軸的布置。4.2 布置流程4.2.1 布置原則1該布置的功能要求萬(wàn)向傳動(dòng)軸應(yīng)能適應(yīng)所聯(lián)兩軸夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)的不斷變化并且能可靠、穩(wěn)定、高效地傳遞動(dòng)力,保證所聯(lián)兩軸能等速旋轉(zhuǎn)。2該布置的顧客要求由于萬(wàn)向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)及噪聲等應(yīng)在允許范圍內(nèi),在使用車(chē)速范圍內(nèi)不應(yīng)有共振現(xiàn)象,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及維修方便。4.2.2 布置形式1差速器與輪胎距離較近時(shí),常采用兩個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)和一根可伸縮的傳動(dòng)軸；如下圖 4.1：右傳動(dòng)軸.左傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié).圖 4.12當(dāng)差速器與輪胎距離較遠(yuǎn),或與周邊可能發(fā)生干涉的應(yīng)將傳動(dòng)軸分成兩根或三根,且后面一根傳動(dòng)軸可伸縮,中間傳動(dòng)軸應(yīng)支承。.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南60.如下圖 4.2：左傳動(dòng)軸中間傳動(dòng)軸支承件萬(wàn)向節(jié)右傳動(dòng)軸.圖 4.2對(duì)于中間傳動(dòng)軸,要能補(bǔ)償傳動(dòng)軸的安裝誤差和適應(yīng)行駛中由于有彈性懸置發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車(chē)架變形引起的位移,而其軸承應(yīng)不受或少受由此產(chǎn)生的附加載荷。現(xiàn)在中間支承多采用單列球軸套的橡膠彈性元件。缺點(diǎn)是不能承受軸向力,因此要合理選擇支承剛度,避免在傳動(dòng)軸常用轉(zhuǎn)速內(nèi)產(chǎn)生共振和噪聲。4.2.3 布置步驟以 M11 的數(shù)據(jù)為例1布置設(shè)計(jì)輸入a>在常用工況下,即設(shè)計(jì)狀態(tài)下的前輪制動(dòng)器和車(chē)輛在各種姿態(tài)下的車(chē)輪輪心坐標(biāo)。注：根據(jù)所采用的懸架系統(tǒng)來(lái)定整車(chē)姿態(tài)時(shí)就可確定前后輪心坐標(biāo)并可以選擇制動(dòng)器。b>廠(chǎng)家提供移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)數(shù)據(jù)。如下圖 4.3：.固定節(jié)移動(dòng)節(jié).圖 4.3廠(chǎng)家一般有數(shù)種移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)的系列產(chǎn)品。廠(chǎng)家會(huì)根據(jù)我們對(duì)開(kāi)發(fā)車(chē)型的要求,包括所選擇車(chē)型定位所需性能要求和動(dòng)力總成空間等條件推薦移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)型號(hào),或者重新開(kāi)發(fā)。.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南61.c>動(dòng)力總成數(shù)據(jù)；d>前艙車(chē)身數(shù)據(jù)。2>布置過(guò)程a>初步確定傳動(dòng)軸位置。導(dǎo)入前艙車(chē)身數(shù)據(jù)和動(dòng)力總成數(shù)據(jù),先將動(dòng)力總成放入前艙中,并使其與前艙車(chē)身四周保持合適的間隙以及合適的離地間隙。如下圖 4.4：具體布置見(jiàn)動(dòng)力總成布置指南。圖 4.4b>方向盤(pán)轉(zhuǎn)角為 0度時(shí)前懸架上下跳動(dòng)情況初定傳動(dòng)軸長(zhǎng)度。依據(jù)傳動(dòng)軸與差速器和制動(dòng)器軸承配合關(guān)系,按廠(chǎng)家所提供的移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)數(shù)據(jù),可以確定出設(shè)計(jì)狀態(tài)、輪胎上下極限跳動(dòng)時(shí)的移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)的中心坐標(biāo)。下圖 4.5所示：零件配合關(guān)系差速器輸出端斷面?zhèn)鲃?dòng)軸移動(dòng)節(jié)斷面配合面圖 4.5.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南62.依據(jù)這種配合關(guān)系和輪胎上下極限跳動(dòng)中心點(diǎn),移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)中心線(xiàn)分別與配合端面垂直,因此從配合面到各中心的距離可做出中心點(diǎn),從而可確定中心點(diǎn)坐標(biāo)。如下圖 4.6所示設(shè)計(jì)載荷：設(shè)計(jì)載荷：汽車(chē)整備質(zhì)量和三個(gè)乘員<對(duì)于兩排五人座車(chē)輛,前排坐兩人,后排坐一人>右移動(dòng)節(jié)中心左移動(dòng)節(jié)中心.右固定節(jié)中心輪心圖 4.6又如下圖 4.7所示輪胎上下跳動(dòng)：右傳動(dòng)軸左傳動(dòng)軸圖 4.7左固定節(jié)中心.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南初定選擇右傳動(dòng)軸長(zhǎng)度為 735.2mm,左傳動(dòng)軸長(zhǎng)度為 406.6mm.c >從上作圖可得到固定節(jié)和移動(dòng)節(jié)坐標(biāo),見(jiàn)下表 4.1、表 4.2表 4.1表 4.263.d>校核,具體過(guò)程見(jiàn)后校核。.校核結(jié)果滿(mǎn)足要求,各萬(wàn)向節(jié)工作角度在允許范圍內(nèi),且角度行程圖在廠(chǎng)家所提供的梯形圖內(nèi),則如此布置的傳動(dòng)軸可行,將移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)中心坐標(biāo)提供給設(shè)計(jì)員進(jìn)行傳動(dòng)軸的細(xì)化設(shè)計(jì)。校核結(jié)果不能滿(mǎn)足要求,則需要調(diào)節(jié)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度或動(dòng)力總成姿態(tài)。調(diào)整后再校核,直到滿(mǎn)足要求為止。4.2.4 校核校核的標(biāo)準(zhǔn)：移動(dòng)節(jié)滑入或滑出的長(zhǎng)度和工作角度在一定范圍內(nèi)。此范圍由廠(chǎng)家所設(shè)計(jì)的移動(dòng)節(jié)系列產(chǎn)品根據(jù)多方面要素而確定的。一般由廠(chǎng)家提供。1>輪胎上下極限跳動(dòng)時(shí)的情況從初定傳動(dòng)軸長(zhǎng)度這一作圖過(guò)程中,已測(cè)量得各固定節(jié)和移動(dòng)節(jié)相應(yīng)坐標(biāo)值。.各點(diǎn)如下圖 4.8紅色圈點(diǎn)是.移動(dòng)節(jié)中心圖 4.8a>對(duì)于右傳動(dòng)軸：輪胎上下極限跳動(dòng)時(shí),找出相應(yīng)地移動(dòng)節(jié)中心,求出移動(dòng)節(jié)滑動(dòng)距離和工作角度。如序號(hào)位置固定節(jié)中心坐標(biāo)左固定節(jié)中心坐標(biāo)右1上極限<0.61,-702.596,98.642><0.61,702.596,98.642>2設(shè)計(jì)載荷<0.98,-708.405,27.201><0.98,708.405,27.201>3下極限<1.512,-700.155,-47.436><1.512,700.155,-47.436>序號(hào)位置移動(dòng)節(jié)中心坐標(biāo)左移動(dòng)節(jié)中心坐標(biāo)右1設(shè)計(jì)載荷<-36.824,-304.142,48.692><-35.985,-25.237,55.947>.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南64.下圖 4.9,Pp為設(shè)計(jì)狀態(tài)下固定節(jié)中心點(diǎn)；Ppu為輪胎上極限跳動(dòng)對(duì)應(yīng)固定節(jié)中心點(diǎn)； Ppl為為輪胎下極限跳動(dòng)對(duì)應(yīng)固定節(jié)中心；Pt為設(shè)計(jì)狀態(tài)下移動(dòng)節(jié)中心點(diǎn)；L為經(jīng)過(guò) Pt點(diǎn)垂直于差速器輸出端平面的直線(xiàn),Pt此直線(xiàn)上移動(dòng)。移動(dòng)節(jié)中心 Pt與固定節(jié)中心 Pp間距一定,當(dāng) Pp下跳到 Ppl,以 Ppl為球心,以 Pp至 Pt間距 735.2為半徑作一球,此球體與 L的交點(diǎn)即為輪胎下極限跳動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)節(jié)中心 Ptl。.PpPplPpuPtLPtl.圖 4.9此時(shí),如下圖 4.10 測(cè)得,移動(dòng)節(jié)滑入 1.542mm,工作角度 9.964°,固定節(jié)工作角度4.137°。固定節(jié)中心圖 4.10同上步驟可測(cè)得輪胎上極限跳動(dòng)時(shí),移動(dòng)節(jié)滑動(dòng)長(zhǎng)度及工作角度和固定節(jié)的工作角度。單是輪胎上下極限跳動(dòng)時(shí),固定節(jié)中心與輪胎中心連線(xiàn)平動(dòng)。.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南65.則對(duì)于右傳動(dòng)軸,測(cè)得如下表 4.3中的數(shù)據(jù)：表 4.3固定節(jié)的工作角度<40°即可滿(mǎn)足傳動(dòng)軸運(yùn)行要求。b>對(duì)于左傳動(dòng)軸：如上同右傳動(dòng)軸方法,測(cè)得如下表 4.4數(shù)據(jù)：表 4.4c>將上表中的內(nèi)容以移動(dòng)節(jié)滑移距離為橫坐標(biāo),以工作角度為縱坐標(biāo)標(biāo)出各點(diǎn),并與廠(chǎng)家提供的范圍進(jìn)行比較。廠(chǎng)家將提供類(lèi)似下圖 4.11的輸入：圖 4.11把上圖所示和移動(dòng)節(jié)滑移距離及工作角度轉(zhuǎn)化到 CATIA中,如下圖 4.12,位置移動(dòng)節(jié)滑動(dòng)長(zhǎng)度以滑出為正移動(dòng)節(jié)工作角度固定節(jié)工作角度上極限5.2063.26°3.87°空載04.612°4.1°下極限-1.5429.964°4.2°位置移動(dòng)節(jié)滑動(dòng)長(zhǎng)度以滑出為正移動(dòng)節(jié)工作角度固定節(jié)工作角度上極限-3.33410.144°8.3°空載05.72°6.5°下極限2.79313.435°5.5°.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南66.圖 4.12如上圖可看出,輪胎上下跳動(dòng)時(shí),傳動(dòng)軸所選擇長(zhǎng)度合適。如果出現(xiàn)如下圖 4.13情況：一點(diǎn)超出區(qū)域圖 4.13此點(diǎn)行程過(guò)大,滑入過(guò)多,易卡死在差速器里。表明傳動(dòng)軸較長(zhǎng),需稍縮短其長(zhǎng)度。.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南67.如果出現(xiàn)以下圖 4.14情況：一點(diǎn)超出區(qū)域圖 4.14此點(diǎn)工作角度過(guò)大,傳動(dòng)軸工作易磨損發(fā)出噪聲。表明傳動(dòng)軸較短,需稍加長(zhǎng)其長(zhǎng)度。如果加減傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度后仍不能滿(mǎn)足要求,則需要調(diào)整動(dòng)力總成的姿態(tài)。每次調(diào)整后都需要進(jìn)行上述校核,直到滿(mǎn)足要求為止。2>對(duì)于處于空載和滿(mǎn)載的情況下也需要校核。空載：汽車(chē)裝有完整廠(chǎng)家配置,能夠正常駕駛,加注規(guī)定量的冷卻液體,以及至少有 90%的燃油。滿(mǎn)載：指裝載至最大允許額定質(zhì)量。由空載和滿(mǎn)載所規(guī)定的質(zhì)量和懸架剛度計(jì)算出前后輪中心上下偏移距離,從而由4.2.32> b>中所述方法確定各自載荷在設(shè)計(jì)狀態(tài)下的移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)坐標(biāo)。根據(jù)4.2.41>所述方法測(cè)出移動(dòng)節(jié)滑動(dòng)長(zhǎng)度及工作角度和固定節(jié)的工作角度。如下表 4.5表 4.5如上所測(cè)量數(shù)據(jù)仍需輸入到廠(chǎng)家提供的梯形圖中,以校核是否滿(mǎn)足要求。與中所述的三種狀態(tài)<空載、滿(mǎn)載、設(shè)計(jì)載荷>一起進(jìn)行傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的調(diào)整或發(fā)動(dòng)機(jī)姿態(tài)的調(diào)整。3>車(chē)輪轉(zhuǎn)向時(shí)進(jìn)行校核對(duì)于前置前驅(qū),前輪既是驅(qū)動(dòng)輪也是轉(zhuǎn)向輪。輪胎轉(zhuǎn)向且處于輪胎上下極限跳動(dòng)時(shí),對(duì)傳動(dòng)軸的工作角度影響很大。狀態(tài)移動(dòng)節(jié)滑動(dòng)長(zhǎng)度以滑出為正移動(dòng)節(jié)工作角度固定節(jié)工作角度空載滿(mǎn)載.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南68.對(duì)于 M11,方向盤(pán)設(shè)計(jì)最大角度為±494度。初步確定傳動(dòng)軸長(zhǎng)度在方向盤(pán)轉(zhuǎn)角為 0度時(shí)進(jìn)行的,所選長(zhǎng)度需在方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)±494度同時(shí)輪胎處于上下跳動(dòng)極限進(jìn)行校核。在這過(guò)程中,輪胎中心和固定節(jié)中心需要用軟件 ADAMS或 CATIA運(yùn)動(dòng)仿真模擬進(jìn)行確定。加上所有約束后如下圖 4.15：圖 4.15固定節(jié)中心運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖 4.16：圖 4.16用初選的傳動(dòng)軸長(zhǎng)度進(jìn)行校核,將移動(dòng)節(jié)中心坐標(biāo)及工作角度和固定節(jié)中心點(diǎn)坐標(biāo)分別測(cè)量出來(lái),將這些點(diǎn)輸入廠(chǎng)家提供的梯形圖進(jìn)行比較。.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南69.如下圖 4.17：圖 4.17如有不滿(mǎn)足要求情況,根據(jù)三種狀態(tài)<空載、滿(mǎn)載、設(shè)計(jì)載荷>一起進(jìn)行傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的調(diào)整或發(fā)動(dòng)機(jī)姿態(tài)的調(diào)整。4>其他工況校核Braking at 0.9g.0.9g的減速度制動(dòng)Right turn at 0.9g.0.9g的加速度向右轉(zhuǎn)彎Left turn at 0.9g0.9g的加速度向左轉(zhuǎn)彎Driving away in first gear.一檔起步Driving away in rear gear.倒檔起步Rear crash at 25g. <only for USA market>25g加速度后碰Jolt upwards at 3.5g3.5g加速度向上晃動(dòng)Jolt downwards at 4.5g.4.5g加速度向下晃動(dòng)以上工況都需要在 ADAMS里進(jìn)行模擬,得到一系列的曲線(xiàn)圖與廠(chǎng)家提供的梯形圖進(jìn)行比較。如有不滿(mǎn)足要求情況,根據(jù)三種狀態(tài)<空載、滿(mǎn)載、設(shè)計(jì)載荷>一起進(jìn)行傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的調(diào)整或動(dòng)力總成姿態(tài)的調(diào)整。5>實(shí)體數(shù)?？臻g校核各種校核滿(mǎn)足后,將方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng) 0度時(shí)空載、輪胎上下極限跳動(dòng)時(shí)的移動(dòng)節(jié)和固定節(jié).整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南70.中心坐標(biāo)提供給設(shè)計(jì)員進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)好后,再以實(shí)體數(shù)模進(jìn)行空間校核。完整的實(shí)體數(shù)模如下圖 4.18：圖 4.18a>載入數(shù)模查看傳動(dòng)軸與左右縱梁是否有干涉。如下圖 4.19圖 4.19輪胎跳動(dòng)時(shí)與縱梁間隙為 25mm即可滿(mǎn)足要求。此處可達(dá) 41mm,故滿(mǎn)足要求。b>查看傳動(dòng)軸是否與動(dòng)力總成外殼是否有干涉。如下圖 4.20：圖 4.20.整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南71.傳動(dòng)軸與動(dòng)力總成外殼間隙達(dá)到 10mm即可滿(mǎn)足要求,此處有 10mm以上的間隙,因此滿(mǎn)足要求。c>查看傳動(dòng)軸與副車(chē)架是否有干涉。如下圖 4.21：.左右.圖 4.21傳動(dòng)軸與副車(chē)架間隙達(dá)到 25mm即可滿(mǎn)足要求。此處分別為 14.138mm和 38.917mm,因此左端滿(mǎn)足要求,右端與經(jīng)驗(yàn)值不符。d>查看傳動(dòng)軸橡膠套是否與排氣系統(tǒng)有干涉。如下圖 4.22圖 4.22傳動(dòng)軸橡膠護(hù)套與排氣系統(tǒng)間隙為 50mm即可滿(mǎn)足要求。此處間隙為 49.168mm,與經(jīng)驗(yàn)值接近。e>對(duì)于法蘭面連接,用螺栓緊固的傳動(dòng)軸,在移動(dòng)節(jié)后端不能有防礙擰緊工具的障礙物。如下圖 4.23.緊固螺栓整車(chē)技術(shù)部設(shè)計(jì)指南緊固氣動(dòng)工具72復(fù)緊手動(dòng)工具.圖 4.23如果傳動(dòng)軸與其他件發(fā)生干涉,需局部改動(dòng)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)。校核如有不滿(mǎn)足情況,在傳動(dòng)軸長(zhǎng)度和動(dòng)力總成姿態(tài)調(diào)整后均需重新校核,直到滿(mǎn)足為止。對(duì)于沿用原有車(chē)型動(dòng)力總成的新車(chē)型,直接將原傳動(dòng)軸載入整車(chē)坐標(biāo)系中進(jìn)行校核。依據(jù)校核情況進(jìn)行傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的調(diào)整或動(dòng)力總成姿態(tài)的調(diào)整。.