汽車傳動軸的布置指南

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1、. 整車技術(shù)部設(shè)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(yīng)能適應(yīng)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

2、,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)生的附加載荷、振動及噪聲等應(yīng)在允許范圍內(nèi),在使用車速范 圍內(nèi)不應(yīng)有共振現(xiàn)象,結(jié)構(gòu)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 4.1 2當差速器與輪胎距離較遠,或與周邊可能發(fā)生干涉的應(yīng)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(yīng)支承。 . . 整車技術(shù)部設(shè)計指南 60 . . 如下圖 4.2： 左傳動軸 中間傳動軸支承件

3、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(yīng)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(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(shè)計輸入 a>在常用工況下,即設(shè)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、 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(shù)部設(shè)計指南 61 . . c>動力總成數(shù)據(jù)； d>前艙車身數(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 4.4 b>方向盤轉(zhuǎn)角

5、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(guān)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(shè)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(guān)系 差速器 輸出端 斷面 傳動軸移動 節(jié)斷面 配合面 圖 4.5 . . 整車技術(shù)部設(shè)計指南 62 . . 依據(jù)這種配合關(guān)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(shè)計載荷： 設(shè)計載荷：汽車整備質(zhì)量和三個乘員<對于

6、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(shù)部設(shè)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 4.2 63 . . d>校核,具體過程見后〔 校核。 . . 校核結(jié)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

7、的梯形圖內(nèi),則如此布置的傳動軸可行,將移動節(jié)和固定節(jié)中心坐標提供給設(shè)計員進 行傳動軸的細化設(shè)計。 校核結(jié)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(shè)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(yīng)坐標值。 . . 各點如下圖 4.8 紅色圈點是 . . 移動節(jié)中心 圖 4.8 a>對于右傳動軸： 輪胎上下極限跳動時,找出相

8、應(yīng)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 上極限 <0.61,-702.596,98.642> <0.61,702.596,98.642> 2 設(shè)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(shè)計載荷 <-36.824,-304.142,48.692> <-

9、35.985,-25.237,55.947> . . 整車技術(shù)部設(shè)計指南 64 . . 下圖 4.9,Pp為設(shè)計狀態(tài)下固定節(jié)中心點；Ppu為輪胎上極限跳動對應(yīng)固定節(jié)中心點； Ppl 為為輪胎下極限跳動對應(yīng)固定節(jié)中心；Pt為設(shè)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(yīng)的移動節(jié)中心 Ptl。 . . Pp Ppl Ppu Pt L

10、Ptl . . 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時,固定節(jié)中心與輪胎中心連線平動。 . . 整車技術(shù)部設(shè)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

11、4.4 c>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： 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 5.206 3.26° 3.87° 空載 0 4.612° 4.1° 下極限 -1.542 9.964° 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 -3.334 10

12、.144° 8.3° 空載 0 5.72° 6.5° 下極限 2.793 13.435° 5.5° . . 整車技術(shù)部設(shè)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(shù)部設(shè)計指南 67 . . 如果出現(xiàn)以下圖 4.14情況： 一點超出 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

13、,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 4.2.3—2> —b>中所述方法確定各自載荷在設(shè)計狀態(tài)下的移動節(jié)和固定節(jié)坐標。根據(jù) 4.2.4—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 如上所測

14、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(shè)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(shù)部設(shè)計指南 68 . . 對于 M11,方向盤設(shè)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

15、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 ADAMS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(shù)部設(shè)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(shè)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

16、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. 〔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 ADA

17、MS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(shè)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)模空間校核 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(shù)部設(shè)計指南 70 . . 中心坐標提供給設(shè)計員進行詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)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 4.18 a>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

18、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(shù)部設(shè)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

19、涉。如下圖 4.22 圖 4.22 傳動軸橡膠護套與排氣系統(tǒng)間隙為 50mm即可滿足要求。此處間隙為 49.168mm,與 經(jīng)驗值接近。 e>對于法蘭面連接,用螺栓緊固的傳動軸,在移動節(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 整車技術(shù)部設(shè)計指南 緊固氣動 工具 72 復緊手動工具 . . 圖 4.23 如果傳動軸與其他件發(fā)生干涉,需局部改動傳動軸結(jié)構(gòu)。 校核如有不滿足情況,在傳動軸長度和動力總成姿態(tài)調(diào)整后均需重新校核,直到滿 足為止。對于沿用原有車型動力總成的新車型,直接將原傳動軸載入整車坐標系中進行 校核。依據(jù)校核情況進行傳動軸長度的調(diào)整或動力總成姿態(tài)的調(diào)整。 .