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1、万向节和传动轴设计指南一、万向节和传动轴的功能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。二、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）。三、结构图1 .十字轴式刚性万向节如下图：2 .球笼式等速万向节如下图：3 .伸缩型球笼
2、式万向节：四、工作原理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：第一万向节两轴间夹角aI与第二万向节两轴间夹角a?相等；第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉处于同一平面内。等速万向节的根本原理是从结构上保证万向节在工作过程中，其传力点永远位于两轴交点的平分面上。五、根本的设计参数1 .传动轴的布置要点以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）O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
3、)365.9714.6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360mmo二、左传动轴长度左传动轴移动节中心坐标为（-57.03,-295.85,2635）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
4、(-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360mm。*/2 .材料、热处理及加工要求用于轿车的球笼式万向节工作环境十分恶劣，要经受高温气候、低温气候的侵袭及老化，泥土、砂、灰尘、油脂的浸泡、腐蚀、冲击，长时间承受高强度、满负荷、高转速工作。因而要求选用优质材料、采用特种工艺，确保各零部件性能，并能保证密封性。有足够的平安系数强度、韧性、刚度也要好，即具有可靠性和耐久性。润滑良好，使用能
5、耐高温、低温、高气压低发挥，不易变质润滑油脂。使用过程不能有噪音。因而钟形壳选用cf53,以提高耐磨性、抗扭强度。星形套、保持架材质为优质低碳合金渗碳钢20CrMnTi,钢球采用GCrl5。轴选用优质碳素合金结构钢40Gr。三销轴叉、轴承架选用优质低碳合金渗碳钢20CrMnTi。轴承外圈、滚针选用GCrI5。差动弹簧圈选用65Mn.两端防尘罩根据运动情况,固定端采用聚脂防尘罩,移动端采用聚氯丁二烯橡胶，保证具有良好的机械性能，能耐高温、低温、酸、碱、油和耐老性，工艺加工性好，气密性、减震性高。主要零部件中，钟形壳外花键的热处理变形对产品的使用性能有重要影响，因而一方面选用优质材料和稳定的正火预
6、先热处理，另一方面花键采用无切削加工，引进国外花键冷轧机，并进行中频感应热处理。2 .关键性能尺寸确实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、移动节的其他尺寸根据接口（轮毂、半轴齿轮等）尺寸、结构确定。3 .粗糙度和形位公差确实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0.05o形状和位置公差GBT1182-ISO1302o外表粗糙度符号按GBT131ISO1302形状和位置的未注公差按GB/T1184k线性尺寸和角度的未注公差按GBT1804-mo4 .零件号要求传动轴组号为22。前
7、传动轴分组号2201。中间传动轴分组号2202。后传动轴组号2203。5 .传动轴的主要结构参数与计算a）万向节的选型和寿命计算以奇瑞公司S21工程传动轴方向节的选型和寿命计算为例：S21车型驱动轴万向节的选型和寿命计算一、根本参数1.发动机相关参数（静功率测试状态）最大功率：65kw6000rpm最大扭矩：118Nm4500rpm断油点：700OrPm2.变速器的相关参数I档11档【II档IV档V档R档ig3.6361.6671.2261.1850.8712.909io3.7624.6474.6473.7623.7624.647i13.6797.7475.6974.4583.27713.51
8、8传动效率0.953.车轮相关参数采用175/60R14轮胎Rr=0.275m4.整车相关参数前轴荷(Kg)后轴荷(Kg)轴距L(m)质心高度him)质心距前轮心距离b(m)空载5804202.340.5721.2满载7056705.驱动轴角度及TJ端运动距离参数BJ(L)TJ(L)BJ(R)TJ(R)上跳点9.37111.66304.6776.94满载点5.7685.953.3713.553空载点6.8487.23203.9564.3150下跳点10.37212.7955.2777.606TJ端运动距离(mm)17.30717.993以满载与空载的均值作为工况点驱动轴角度系数Ax=COS2X
9、(1-sin)满载与空载的均值TJAxBJAx平均夹角6.5910.87366.3080.87946.计算寿命目标值：100OOOkm二、分析计算I、假定参数：1)=LO,振动系数Ks=1.2,承载系数kt=1.332)汽车以=l,KS=L2时最大扭矩起步，以发动机最大扭矩的2/3驱动且各档匀速，各档利用率分别为：1:1%II：5%III：27%IV：40%V：27%。2、起步扭矩和附着扭矩计算应力，并以两者中较小值选取CVJ尺寸MN-传动轴的额定扭矩；Mb-静态失效扭矩；Md-动态额定扭矩；起步转矩：Ma=1/2XKSXMmaxMa=1/21.2118X13.679=968.47(Nm)(2
10、轮驱动)附着转矩：Mh=1/2KSXGXB(L+h)XRrMh=1/21.21375X9.8X1.2/(234+10.572)X0.275=920.02(Nm)Mn依取920.02N-m适取球笼式万向节的系列规格以GKN形式为BaSe=010o=0o时的静态失效扭矩=010oTJ取GI型580Mn=1040NmMB=I900NmMd=220NmBJ取AC75Mn=944NmMd=I78Nm3、校核使用寿命TJ端12345Ax0.010.050.270.40.27ix13.6797.7475.6974.4583.277Nx328.97580.87789.891009.421373.21Vx34.
11、1160.2281.89104.65142.37Mx538.04304.72224.08175.35128.90Lhx40.75161.57340.26613.991136.29Mx=1/22/3Mmix当nxV100Orpm时Lhx=25339nx0577(AxMdMx)i当nx100Orpm时Lhx=47075611X(AxMdMx)3lLn=0.0140.75+0.05161.57+0.27340.260.40613.99+0.27l136.291.n=446.93(hvm=0.0134.11+0.0560.22+0.2781.89+0.4104.65+0.27X142.37=105.7
12、6(km/h)1.s=LnVm=47268.84再取ETJ79(广州NTN裕隆公司生产的)Mn=1520NmMd317(Nm)由LslLs2=(Md2Mdl)31.s2=(317/220)347268.84=141411(km),满足使用的强度及耐久性要求。BJ端12345Ax0.010.050.270.40.27ix13.6797.7475.6974.4583.277nx328.97580.87789.891009.421373.21Vx34.1160.2281.89104.65142.37Mx538.04304.72224.08175.35128.90Lhx22.0287.30183.85
13、331.75613.96lLh=0.0122.02+0.0587.30+0.27183.85+0.40/331.75+0.27/613.961.h=241.486(h)1.s=LhVm=25540.28(km)再取BJ82(广州NTN裕隆公司生产的)Mn=1790Nm,Md340Nm由LslLs2=(Md2MdI)31.s2=(340/178)325540.28=177993(km),满足使用的强度及耐久性要求。三、选取传动轴的结构形式按照分析计算的结果，S21车型的驱动轴为广州NTN裕隆公司生产的BJ82+ETJ79型驱动轴。*/2.球笼式等速万向节花键轴直径的计算和钢球直径的选择以S11+
14、DA465传动轴(Sll-2203010/2OGB)球笼式等速万向节花键轴直径的计算和钢球直径的选择为例：/*S11+DA465传动轴球笼式等速万向节花键轴直径的计算和钢球直径的选择一、发动机及变速箱参数发动机型号：LJ465Q-IANEl额定功率：38.5KW/5200RPM最大扭矩：83N.m3OOO-35OORPM档位12345倒主传动比传动比3.4161.8941.2800.9410.7573.8184.388二、设计计算发动机输出最大扭矩：对于这种变速箱有：如上图所示对于花键轴局部S有其中MmaX为车轮打滑扭矩(kgfm)SF为使用因素，考虑几种不便于精确计算的变量对万向节寿命的影响
15、因素。使用因素与平安系数相似。对使用扭矩而言，它的值越大，允许负荷就越小。使用因素推荐如下，SF = 1理想传动无振动轻微振动中等振动Sf=1.7-2.0在这里考虑到MmaX为车轮打滑扭矩，而MmaX为发动机输出的最大扭矩，max.nax所以他们之间就已经存在一点平安系数了。对MmaX=Mma2=695.27N.m=70.95Kgf.m取S为1有S=J7SIM=20.Imm1 O.(X)872然后根据S的值查表可得钢球的直径D=15.Imm*/3 .十字轴万向节强度校核在设计十字轴万向节时，应保证十字轴颈有足够的抗弯强度。设诸滚针对十字轴颈作用力的合力为F,那么：式中T一传动轴计算扭矩，取按两
16、种情况计算的转矩(按发动机最大扭矩、变速器一档和按满载驱动轮附着系数为0.8计算)的较小者；r一合力作用线与十字轴中心间的距离；一万向节的最大夹角；十字轴颈根部的弯曲应力为：式中小一十字轴轴颈直径；d2一十字轴油道孔直径；S-力作用点到轴颈根部的距离。弯曲应力应不大于250350Nmm20十字轴轴颈的剪应力：剪应力应不大于80-120Nmm2o滚针轴承的接触应力：式中d一滚针直径，d为mm；1.一滚针工作长度，L为mm;di如前所述，di为mm；Fn一在力F作用下一个滚针所受的最大载荷，FJ为N式中i一滚针列数；Z一每列中的滚针数。当滚针和十字轴轴颈外表硬度在HRC58以上时，许用接触应力为3
17、0003200Nmm204 .传动轴临界转速的计算在选择传动轴长度和断面尺寸时，应考虑使传动轴有足够高的临界转速。假设传动轴断面为均匀一致、两端自由支承的弹性梁，由机械振动理论可知，对应其弯曲振动的一阶固有频率的临界转速为：式中以一临界转速，n为r/min；1.传动轴长度，即两万向节中心之间的距离，L为mm；D、d一传动轴轴管的外径和内径，它们的单位为mm。临界转速与最大转速之比为平安系数：5 .传动轴轴管扭转强度的计算轴管的扭转应力：式中，T传动轴计算扭矩；D、d如前所述。按上式算出的扭转应力不应大于300Nmm206 .传动轴扭转振动的校核万向节的角加速度过大时，会引起过大的惯性力矩，从而可能引起传动系的扭转振动，为不致引起可感觉的振动，一般要求万向节的最大角加速度小于IOoorad/S?,也可写成万向节夹角与角速度3乘积小于31.6。7 .传动轴伸缩花键齿侧挤压应力Tii=7yrj(NZmm2)J(罕利卜J式中：Z一花键齿数；1.一键齿有效长度，mm;*一许用挤压应力，当花键齿面硬度大于HRC35时，伸缩花键取=2550Nmn?,非滑动花键取bj=50100Nmm20
