汽車傳動軸的布置指南

1、整車技術部設計指南59第 4 章 傳動軸的布置4.1 概述傳動軸的作用是連接差速器與輪胎以傳遞動力，現(xiàn)多用萬向傳動軸。萬向傳動軸即在不同軸心的兩軸間甚至在工作過程中相對位置不斷變化的兩軸間傳遞動力，傳動軸布置要考慮傳動軸平順有效地傳遞動力，在各種極限工作狀態(tài)下,傳動軸不至脫出動力輸出端而失去動力，也不至卡死而傳遞不良和發(fā)出嚴重的噪聲。本章講述的是發(fā)動機前置前驅(qū)的乘用車傳動軸的布置。4.2 布置流程4.2.1 布置原則1）該布置的功能要求萬向傳動軸應能適應所聯(lián)兩軸夾角及相對位置在一定范圍內(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向節(jié)夾角而產(chǎn)生

2、的附加載荷、振動及噪聲等應在允許范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應有共振現(xiàn)象，結構簡單及維修方便。4.2.2 布置形式1）差速器與輪胎距離較近時，常采用兩個十字軸萬向節(jié)和一根可伸縮的傳動軸；如下圖 4.1：右傳動軸左傳動軸萬向節(jié)圖 4.12）當差速器與輪胎距離較遠，或與周邊可能發(fā)生干涉的應將傳動軸分成兩根或三根，且后面一根傳動軸可伸縮，中間傳動軸應支承。整車技術部設計指南60如下圖 4.2：左傳動軸中間傳動軸支承件萬向節(jié)右傳動軸圖 4.2對于中間傳動軸，要能補償傳動軸的安裝誤差和適應行駛中由于有彈性懸置發(fā)動機的竄動和車架變形引起的位移，而其軸承應不受或少受由此產(chǎn)生的附加載荷?，F(xiàn)在中間支承多采用單列球

3、軸套的橡膠彈性元件。缺點是不能承受軸向力，因此要合理選擇支承剛度，避免在傳動軸常用轉(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）布置設計輸入a)在常用工況下，即設計狀態(tài)下的前輪制動器和車輛在各種姿態(tài)下的車輪輪心坐標。注：根據(jù)所采用的懸架系統(tǒng)來定整車姿態(tài)時就可確定前后輪心坐標并可以選擇制動器。b)廠家提供移動節(jié)和固定節(jié)數(shù)據(jù)。如下圖 4.3：固定節(jié)移動節(jié)圖 4.3廠家一般有數(shù)種移動節(jié)和固定節(jié)的系列產(chǎn)品。廠家會根據(jù)我們對開發(fā)車型的要求，包括所選擇車型定位所需性能要求和動力總成空間等條件推薦移動節(jié)和固定節(jié)型號，或者重新開發(fā)。整車技術部設計指南61c)動力總成數(shù)據(jù)；d)前艙車身

4、數(shù)據(jù)。2) 布置過程a)初步確定傳動軸位置。導入前艙車身數(shù)據(jù)和動力總成數(shù)據(jù)，先將動力總成放入前艙中，并使其與前艙車身四周保持合適的間隙以及合適的離地間隙。如下圖 4.4：具體布置見動力總成布置指南。圖 4.4b)方向盤轉(zhuǎn)角為 0 度時前懸架上下跳動情況初定傳動軸長度。依據(jù)傳動軸與差速器和制動器軸承配合關系，按廠家所提供的移動節(jié)和固定節(jié)數(shù)據(jù)，可以確定出設計狀態(tài)、輪胎上下極限跳動時的移動節(jié)和固定節(jié)的中心坐標。下圖 4.5 所示：零件配合關系差速器輸出端斷面?zhèn)鲃虞S移動節(jié)斷面配合面圖 4.5整車技術部設計指南62依據(jù)這種配合關系和輪胎上下極限跳動中心點，移動節(jié)和固定節(jié)中心線分別與配合端面垂直，因此從配

5、合面到各中心的距離可做出中心點，從而可確定中心點坐標。如下圖 4.6 所示（設計載荷）：設計載荷：汽車整備質(zhì)量和三個乘員(對于兩排五人座車輛,前排坐兩人,后排坐一人)右移動節(jié)中心左移動節(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）：右傳動軸左傳動軸圖 4.7左固定節(jié)中心整車技術部設計指南初定選擇右傳動軸長度為 735.2mm,左傳動軸長度為 406.6mm.c )從上作圖可得到固定節(jié)和移動節(jié)坐標，見下表 4.1、表 4.2表 4.1表 4.263d)校核，具體過程見后（ 校核）。校核結果滿足要求，各萬向節(jié)工作角度在允許范圍內(nèi)，且角度行程圖在廠家所提供的梯形圖內(nèi)，則如此布

6、置的傳動軸可行，將移動節(jié)和固定節(jié)中心坐標提供給設計員進行傳動軸的細化設計。校核結果不能滿足要求，則需要調(diào)節(jié)傳動軸長度或動力總成姿態(tài)。調(diào)整后再校核，直到滿足要求為止。4.2.4 校核校核的標準：移動節(jié)滑入或滑出的長度和工作角度在一定范圍內(nèi)。此范圍由廠家所設計的移動節(jié)系列產(chǎn)品根據(jù)多方面要素而確定的。一般由廠家提供。1) 輪胎上下極限跳動時的情況從初定傳動軸長度這一作圖過程中，已測量得各固定節(jié)和移動節(jié)相應坐標值。各點如下圖 4.8紅色圈點是移動節(jié)中心圖 4.8a)對于右傳動軸：輪胎上下極限跳動時，找出相應地移動節(jié)中心,求出移動節(jié)滑動距離和工作角度。如序號位置固定節(jié)中心坐標（左）固定節(jié)中心坐標（右）1

7、上極限(0.61，-702.596，98.642)(0.61，702.596，98.642)2設計載荷(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)序號位置移動節(jié)中心坐標（左）移動節(jié)中心坐標（右）1設計載荷(-36.824，-304.142，48.692)(-35.985，-25.237，55.947)整車技術部設計指南64下圖 4.9,Pp 為設計狀態(tài)下固定節(jié)中心點；Ppu 為輪胎上極限跳動對應固定節(jié)中心點； Ppl為為輪胎下極限跳動對應固定節(jié)中心；P

8、t 為設計狀態(tài)下移動節(jié)中心點；L 為經(jīng)過 Pt 點垂直于差速器輸出端平面的直線，Pt 此直線上移動。移動節(jié)中心 Pt 與固定節(jié)中心 Pp 間距一定， 當 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 的交點即為輪胎下極限跳動時對應的移動節(jié)中心 Ptl。PpPplPpuPtLPtl圖 4.9此時，如下圖 4.10 測得，移動節(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同上步驟可測得輪胎上極限跳動時，移動節(jié)滑動長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

9、時，固定節(jié)中心與輪胎中心連線平動。整車技術部設計指南65則對于右傳動軸，測得如下表 4.3 中的數(shù)據(jù)：表 4.3固定節(jié)的工作角度<40°即可滿足傳動軸運行要求。b)對于左傳動軸：如上同右傳動軸方法，測得如下表 4.4 數(shù)據(jù)：表 4.4c)將上表中的內(nèi)容以移動節(jié)滑移距離為橫坐標，以工作角度為縱坐標標出各點，并與廠家提供的范圍進行比較。廠家將提供類似下圖 4.11 的輸入：角度移距圖 4.11把上圖所示和移動節(jié)滑移距離及工作角度轉(zhuǎn)化到 CATIA 中，如下圖 4.12，位置移動節(jié)滑動長度（以滑出為正）移動節(jié)工作角度固定節(jié)工作角度上極限5.2063.26°3.87°

10、;空載04.612°4.1°下極限-1.5429.964°4.2°位置移動節(jié)滑動長度（以滑出為正）移動節(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°整車技術部設計指南66圖 4.12如上圖可看出，輪胎上下跳動時，傳動軸所選擇長度合適。如果出現(xiàn)如下圖 4.13 情況：一點超出區(qū)域圖 4.13此點行程過大，滑入過多，易卡死在差速器里。表明傳動軸較長，需稍縮短其長度。整車技術部設計指南67如果出現(xiàn)以下圖 4.14 情況：一

11、點超出區(qū)域圖 4.14此點工作角度過大，傳動軸工作易磨損發(fā)出噪聲。表明傳動軸較短，需稍加長其長度。如果加減傳動軸的長度后仍不能滿足要求，則需要調(diào)整動力總成的姿態(tài)。每次調(diào)整后都需要進行上述校核，直到滿足要求為止。2) 對于處于空載和滿載的情況下也需要校核。空載：汽車裝有完整廠家配置，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。滿載：指裝載至最大允許額定質(zhì)量。由空載和滿載所規(guī)定的質(zhì)量和懸架剛度計算出前后輪中心上下偏移距離，從而由2) b)中所述方法確定各自載荷在設計狀態(tài)下的移動節(jié)和固定節(jié)坐標。根據(jù)1)所述方法測出移動節(jié)滑動長度及工作角度和固定節(jié)的工作角度。如下表 4.5表 4.5

12、如上所測量數(shù)據(jù)仍需輸入到廠家提供的梯形圖中，以校核是否滿足要求。與 中所述的三種狀態(tài)(空載、滿載、設計載荷)一起進行傳動軸長度的調(diào)整或發(fā)動機姿態(tài)的調(diào)整。3)車輪轉(zhuǎn)向時進行校核對于前置前驅(qū)，前輪既是驅(qū)動輪也是轉(zhuǎn)向輪。輪胎轉(zhuǎn)向且處于輪胎上下極限跳動時，對傳動軸的工作角度影響很大。狀態(tài)移動節(jié)滑動長度（以滑出為正）移動節(jié)工作角度固定節(jié)工作角度空載滿載整車技術部設計指南68對于 M11，方向盤設計最大角度為±494 度。初步確定傳動軸長度在方向盤轉(zhuǎn)角為 0度時進行的，所選長度需在方向盤轉(zhuǎn)動±494 度同時輪胎處于上下跳動極限進行校核。在這過程中，輪胎中心和固定節(jié)中心需要用軟件 ADA

13、MS 或 CATIA 運動仿真模擬進行確定。加上所有約束后如下圖 4.15：圖 4.15固定節(jié)中心運動軌跡如下圖 4.16：圖 4.16用初選的傳動軸長度進行校核，將移動節(jié)中心坐標及工作角度和固定節(jié)中心點坐標分別測量出來，將這些點輸入廠家提供的梯形圖進行比較。整車技術部設計指南69如下圖 4.17：圖 4.17如有不滿足要求情況，根據(jù)三種狀態(tài)(空載、滿載、設計載荷)一起進行傳動軸長度的調(diào)整或發(fā)動機姿態(tài)的調(diào)整。4)其他工況校核Braking at 0.9g.（0.9g 的減速度制動）Right turn at 0.9g.（0.9g 的加速度向右轉(zhuǎn)彎）Left turn at 0.9g（0.9g

14、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 3.5g（3.5g 加速度向上晃動）Jolt downwards at 4.5g.（4.5g 加速度向下晃動）以上工況都需要在 ADAMS 里進行模擬，得到一系列的曲線圖與廠家提供的梯形圖進行比較。如有不滿足要求情況，根據(jù)三種狀態(tài)(空載、滿載、設計載荷)一起進行傳動軸長度的調(diào)整或動力總成姿態(tài)的調(diào)整。5)實體數(shù)?？臻g校

15、核各種校核滿足后,將方向盤轉(zhuǎn)動 0 度時空載、輪胎上下極限跳動時的移動節(jié)和固定節(jié)整車技術部設計指南70中心坐標提供給設計員進行詳細的結構設計。設計好后，再以實體數(shù)模進行空間校核。完整的實體數(shù)模如下圖 4.18：圖 4.18a)載入數(shù)模查看傳動軸與左右縱梁是否有干涉。如下圖 4.19圖 4.19輪胎跳動時與縱梁間隙為 25mm 即可滿足要求。此處可達 41mm，故滿足要求。b)查看傳動軸是否與動力總成外殼是否有干涉。如下圖 4.20：圖 4.20整車技術部設計指南71傳動軸與動力總成外殼間隙達到 10mm 即可滿足要求，此處有 10mm 以上的間隙，因此滿足要求。c)查看傳動軸與副車架是否有干涉。如下圖 4.21：左右圖 4.21傳動軸與副車架間隙達到 25mm 即可滿足要求。此處分別為 14.138mm 和 38.917mm，因此左端滿足要求，右端與經(jīng)驗值不符。d)查看傳動軸橡膠套是否與排氣系統(tǒng)有干涉。如下圖 4.22三元催化器圖 4.22傳動軸橡膠護套與排氣系統(tǒng)間隙為