1、 传动轴设计及校核作业指导书 编制： 日期： 审核： 日期： 批准： 日期： 发布日期：年 月 日 实施日期：年 月 日 1 1 前 言 为使本中心传动轴设计及校核规范化，参考国内外汽车设计的技术规范，结 合公司标准和已开发车型的经验，编制本作业指导书。意在对本公司设计人员在 设计过程中起到指导操作的作用，提高设计的效率和成效。本作业指导书将在本 中心所有车型开发设计中贯彻，并在实践中进一步提高完善。 本标准于 2011 年 XX 月 XX 日起实施。 本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院提出。 本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院负责归 口管理。
2、本标准主要起草人：张士华 2 2 一、传动系概述 . 3 1.1 传动系功能 . 3 1.2 传动系布置形式 . 3 1.3 传动系的构成 . 7 1.4 传动轴的主要结构形式 . 8 1.5 驱动半轴的紧固方式 . 12 二、传动轴的设计流程 . 15 2.1 传动轴的主要设计流程 . 15 2.2 传动轴的设计过程及要求 . 17 三传动轴的校核过程 . 22 3.1 设计校核输入 . 22 3.2 传动轴校核 . 24 3.3 结论及分析 . 25 3.4 传动轴跳动校核 . 26 3.5 技术文件的编制 . 26 3.6 传动轴图纸确认 . 26 四试制装车及生产中经常出现的问题 .
3、28 五参考文献 . 28 3 3 一、传动系概述 1.1 传动系功能 A、保证汽车在各种行驶条件下所必需的牵引力与车速，使它们之间能协调变化 并有足够的变化范围。 B、使汽车具有良好的动力性和燃油经济性。 C、保证汽车能倒车及左右车轮能适应差速要求。 D、使动力传递能根据需要而顺利接合与分离 1.2 传动系的布置形式 前置后驱动 前置前驱动 后置后驱动 四轮驱动 中置发动机后轮驱动 部分高级轿车也采用前置后驱布置 前置后驱 整体桥 4 4 前轮驱动的优点： 1、前轮驱动在制造和安装方面都比后轮驱动成本要低很多。它没有通过驾驶舱 下面的驱动轴，也不用制造后桥壳，变速器和差速器被装配在一个壳体中
4、，这样 所需的零部件就更少。可以方便的在汽车底部安装其他部件，比如制动系统，燃 油供给系统和排气系统。 前置前驱，应用最多 前置前驱，应用最多 5 5 2、减轻整车的重量，减轻车重后可以提高加速性，制动性和燃油经济性。由于 前轮驱动的汽车的驱动轮承受着发动机和驱动桥的重量，可以增加驱动轮的附着 力，这对于在湿滑路面上行驶的汽车将会有很大的帮助。 3、可以拥有大的室内空间，驾驶室内不会因为有驱动轴通过而有一个大的凸起。 同时，没有了后差速器，行李箱的空间也会得到增大。 后置后驱，多用于跑车 后置后驱，多用于跑车 6 6 四轮驱动，多用于 SUV 及越野车 四轮驱动，多用于 SUV 及越野车 7
5、7 1.3 传动系的构成 因目前所涉及车型仅限于前置前驱及四驱车型，因此本文只针对上述两种 车型进行介绍。 1.3.1 前置前驱 8 8 1.3.2 前置四驱车型 1.4 传动轴的主要结构形式 1.4.1 驱动半轴 传动轴应适应所连两轴夹角及相对位置在一定范围内的不断变化且能可靠 而稳定地传递动力，保证所连两轴能等速旋转，并且由于万向节夹角而产生的附 加载荷、振动及噪声等应在允许范围内。在使用车速范围内不应有共振现象。还 要求传动效率高、使用寿命长、结构简单、制造方便及维修容易等。 9 9 驱动半轴半剖图 外端万向节内部结构（车轮端，球笼式） 10 10 CHB021 驱动半轴图纸 外端万向节
6、截图 内端万向节内部结构（变速器端，三球销式） 11 11 CHB021 驱动半轴图纸 内端万向节截图 此外还有驱动半轴与变速器（差速器）连接不采用花键卡环式连接，而采用 法兰盘连接。如下图所示为 04 款 RAV4 四驱车型后传动轴： 1.4.2 中间传动轴 前置发动机后轮驱动（包含四轮驱动）的汽车在行驶过程中，由于悬架的不 断变形，变速器与驱动桥的相对位置也在不断变化。在它们之间需要用可伸缩的 万向传动轴连接。这时当连接的距离较近时，常采用两个十字轴万向节和一根可 伸缩的传动轴；当距离较远且传动轴的长度超过 1.5m 时，则应将传动轴分为两 根或三根，用 3 个或 4 个万向节，且后一根传
7、动轴可伸缩，中间传动轴应有支撑。 对于后桥传动轴万向节所连的两轴之间的夹角，一般货车不应超过 15-20， 12 12 短轴距的 4*4 越野汽车最大可达 30。 1.4.2.1 典型中间传动轴实例一 KZ17 中间传动轴采用三个十字轴，两端法兰盘连接，带中央支撑，前端可 伸缩。 1.4.2.2 典型中间传动轴实例二 RAV4 中间传动轴方式两端十字轴，前端滑动叉与变速器连接，后端法兰盘 与后差速器连接，带中央支撑，中间布置挠性万向节。 1.5 驱动半轴紧固方式 驱动半轴紧固方式主要有四种形式 1.5.1 锁销式 十字轴 十字轴 十字轴 中央支撑前端伸缩 十字轴 滑动叉 中央支撑 挠性万向节
8、十字轴 13 13 锁销式锁止方式：传动轴车轮端预留过孔，锁紧 螺母外侧增加一个螺母护罩（其结构类似于开槽 螺母），调整螺母护罩，使开口销顺利穿过传动轴， 防止螺母转动，达到锁止目的。 此种结构操作简单，安装及拆解较为方便，但增 加螺母护套及开口销，成本较高。 1.5.2 螺母压扁式 螺母压扁式：传动轴车轮端加 工时预留一限位槽， 锁紧螺母紧固到位后，使用錾 子等尖锐工具将凹槽 处螺母壁破坏，防止转动，达到锁止目的。 此种方式结构简单，但螺母为破坏性使用（一次性）， 安装时需使用工具将螺母破坏 ，且拆解时螺母不易 取下。 14 14 1.5.3 椭圆螺母式 1.5.4 螺栓式 上述四种紧固方式
9、中，锁销式及螺母压扁式应用较多较为常见，椭圆螺 母式及螺栓式相对较少。 15 15 二、传动轴的设计流程 2.1 传动轴的主要设计流程 2.1.1 项目启动 根据双方签订合同，启动项目。 2.1.2 概念设计 根据设计任务书，分析具体设计任务，分析市场成熟车型类似结构尺寸传动 系统，实验获得标杆车传动系统相关参数，分析可借用件、改制件、重新设计件， 最后拆车、测量、扫描点云。 2.1.3 工程设计 包括计算报告匹配、性能描述书的编制，方案报告编制，数模设计，硬点确 定，明细表编制，二次开发件供应商交流及最终方案确定，工艺数模的确定，NC 数模的确定，试制问题整改，道路试验及生产问题整改。 标
10、杆 车对比分析 标杆车传动系统参数测量 拆车、扫描点云 零部件试验及检测 系统逆向建模 项目启动 编制逆向明细表 16 16 设计车整车传动相关参数初步设定 主要零部件参数获得 二次开发件图纸制作及确认 试制及试验 问题 整改 NC 数模 PT SOP 零部件性能描述书 数模校核，计算报告确认 设计车传动轴校核报告（初稿） ET 设计车传动系统相关布置 传动系统零部件开发方式确定 工艺数模与厂家沟通确认 17 17 2.2 传动轴的设计过程及要求 因传动轴内部结构及相关零件设计由供 应商完成，此处只针对传动轴初步 设计进行讨论 2.2.1、前后传动轴的设计 在动力总成及车轮位置确定后，进行传动
11、轴的设计，目前传动轴多采用如下 结构：变速箱端采用球面滚轮万向节，车轮端采用球笼式万向节。此两端数模均 可选用已有产品数模。在此基础上可得到传动轴初步数模。 万向节角度（推荐值）：球笼式万向节总成不小于 45，三球销式万向节不 小于 23。 以 CH071 传动轴初步设计为例 A、 根据总布置输入，确定动力总成及转向节（车轮）半载状态。 B、 初步确定车轮端轮毂轴承及变速器端两端花键参数 厂家提供或参考其他平台，对比其他车型传动轴花键查看是否可以借用。 CH071 项目 SZ08 车型搭载 4G15T+5MT 车型，变速器花键与 JZ08 车型变速器 花键参数相同。可以借用 JZ08 传动轴与
12、变速器连接部分。 车轮端轮毂轴承对比 KZ16 车型轮毂轴承，经与商工及桥业确认初步考虑借 用 KZ16 轮毂轴承，因此考虑借用 KZ16 传动轴与转向节连接部分。 18 18 C、 建立传动轴中心连线。 分别选取 JZ08 传动轴变速器连接部分及 KZ16 传动轴转向节端连接 部分，使之保持传动轴轴肩与 SZ08 变速器及转向节配合关系，可初步确 定传动轴两端万向节中心点，可得传动轴轴管长度。 D、 参考对比车型传动轴直径（需校核）建立传动轴基础数模 19 19 E、 传动轴初版数模与厂家交流确认。 F、 根据厂家提供传动轴细化数模及图纸进行校核确认。 2.2.2、中间传动轴的设计 中间传动
13、轴的布置以动力总成位置及后差速器的位置为依据，中间传动轴多 是以十字轴万向节连接的，布置时需注意十字轴万向节两轴的夹角不易过大，下 表为十字轴万向节夹角允许角度。 万向节安装位置或相连两总成 不大于 离合器- 变速器；变速器- 分动器 （相联两总成均装在车架上） 13 驱动桥传动轴 汽车满载 静止时 一般汽车 6 越野汽车 12 行驶中的 极限夹角 一般汽车 15 20 短轴距越野汽车 30 而部分采用挠性万向节的传动轴其两轴夹角不得大于 5。 中间传动轴当量夹角的计算： 测量各万向节之间的夹角，中间传动轴的当量夹角按如下公式计算： 式中 1 、 2 、 3 为各转向节的夹角 式中正负号确定方
14、法：当第一万向节的主动叉处在各轴轴线所在的平面内， 注意密封位置 注意密封位置 20 20 在其余的万向节中，如果其主动叉平面与此平面重合定义为正，与此平面垂直定 义为负。 中间传动轴中央支撑设计还需考虑碰撞因素，例如 06 款 RAV4 传动轴中央支 撑处设计：与车身连接处，在满足 Z 向固定要求强度基础上，X 向前端进行特殊 削弱设计。在整车碰撞后，传动轴因与发动机相连，相对车身 X 向移动，此时支 架削弱区域断裂。此种设计满足碰撞要求，从而得到较好的车体变形和车体加速 度曲线。 中央支撑固定点 采用削弱设计 21 21 2.2.3、传动轴相关间隙要求 序号 传动轴状态 技术要求 1 左传
15、动轴在车辆传动轴位于下极限且车轮右转到极限位置时，移动节夹角 2326 2 右传动轴在车辆传动轴位于下极限且车轮左转到极限位置时，移动节夹角 2326 3 左传动轴在车辆传动轴位于下极限且车轮左转向到极限位置时，固定节角度最大值 4245 4 右传动轴在车辆传动轴位于下极限且车轮右转向到极限位置时，固定节角度最大值 4245 5 右传动轴在下极限且车轮左转向到极限位置时与副车架最小间隙 5mm 6 右传动轴在上极限且车轮右转向到极限位置时与发动机本体最小间隙 20mm 7 右传动轴护套据排气歧管间隙 50mm 8 右传动轴在下极限位置且车轮左转向到极限位置时与稳定杆的最小间隙 5mm 9 左传
16、动轴在下极限位置且车轮不转向时与减震器的最小间隙 5mm 10 中间传动轴与前消声器最小间隙 25mm 11 中间传动轴与车身地板最小间隙 20mm 12 中间传动轴与油箱最小间隙 40mm 22 22 三传动轴的校核过程 因目前传动轴设计方面我们主要工作是负责传动轴长度确定及位置布置，而 对于传动轴本身参数是由供应商完成制作，其 主要参数的确定需要详细计算校 核，主要包括： 1) 确定传动轴的直径、 2) 校核传动轴的临界转速、 3) 轴管的扭转应力、 4) 传动轴花键齿侧挤压应力 5) 传动轴滑移曲线 6) 传动轴的跳动校核 通过详细计算确定供应商所提供的传动轴参数是否满足设计车的性能要求
17、。 3.1 设计校核输入 根据参考样车和总布置的要求，发动机、变速器等参数如下：（KZ17） 表 1 发动机与变速器基本参数 发动机型号 GW4D20 变速器各档速比 一档 i g1 3.438 二档 i g2 1.960 三档 i g3 1.229 四档 i g4 0.907 五档 i g5 0.949 六档 i g6 0.791 倒档 i gr 4.029 主减速比 i 0 3.95(1-4 档) 主减速比 i 01 3.038(5.6 倒档) 变速器后轴减速比 i 1 18/41 最大功率时发动机转速 n e (r/min) 4000 发动机最大转矩 T emax (Nm) 310 23
18、 23 （前）左/右传动轴长度 L 前左 /L 前右 (mm) 360.4/479.8 （后）左/右传动轴长度 L 后左 /L 后右 (mm) 531.2/593.4 前传动轴内径 d 前 (mm) 0 前传动轴外径 D 前 (mm) 28.1 后传动轴内径 d 后 (mm) 0 后传动轴外径 D 后 (mm) 21.8 中间传动轴长度 L 前/后 ( mm) 816.4/1236.6 中间传动轴内径 d 中 （mm） 66.4 中间传动轴外径 D 中 （mm） 70 表 2 传动轴花键参数 名称 数值 传动轴花键轴 (变速箱端) 花键的外径 D 1变 (mm) 28.35/28.10 花键的
19、内径 D 2变 (mm) 26.95/26.85 花键齿数 Z 前变 37 键齿有效长度 L 变 (mm) 31.349/31.377 模数 0.75 压力角 （） 45 分度圆直径 (mm) 27.75 传动轴花键轴 (车轮端) 花键的外径 D 1 轮 (mm) 30.433/30.683 花键的内径 D 2轮 (mm) 28.321 花键齿数 Z 前轮 28 键齿有效长度 L 前轮 (mm) 32.992/33.024 模数 1.05833 压力角 （） 45 分度圆直径 (mm) 29.633 24 24 3.2 传动轴校核（详见传动系统计算报告） 3.2.1 前传动轴校核 a) 传动轴
20、管直径选择及临界转速校核 b) 传动轴的扭转应力计算 c) 传动轴花键挤压应力的计算 d) 传动轴滑移线图分析 汽车在行驶过程中，传动轴的长度和角度是经常变化的。 根据 CAE 分析的传动轴在半载不转向位置，上极限左转、右转最大转向位置， 下极限左、右最大转向位置，上、下极限不转向位置时的数模状态。设传动轴轴 线与球面滚轮万向节轴线夹角为，传动轴轴 线与球笼式万向节轴线的夹角为 ，传动轴轴线与球面滚轮万向节轴线交点为 A，传动轴轴线与球笼式万向节轴 线交点为 B，具体位置见下图所示示： 传动轴夹角示意图 1）1 为球笼式万向节轴线； 2）2 为传动轴轴线； 3）3 为球面滚轮万向节轴线，与 Y
21、 轴平行； 4）点 A 为传动轴轴线与球面滚轮万向节轴线交点； 5）点 B 为传动轴轴线与球笼式万向节轴线交点。 25 25 通过测量移动节中心与移动节基准点的 位移、移动节轴线和驱动轴轴杆的 夹角，得到多个特征点的位移-夹角（即滑移行程-夹角）数值。在滑移曲线中， 找到特征点的位置，绘制到滑移曲线中。特征点应考虑包括转向在内的全工况， 其中包括悬架反跳、空载、半载、满载、上跳以及车轮转向到最大等情况。 绘制出的特征点应在滑移曲线允许范围 内，并要求特征点向外侧（左侧） 滑出 5mm 以上仍不超出滑移曲线允许范围，如下图所示： 从传动轴滑移线图可以看出，各值均落在传动轴厂家提供的滑移线图范围内
22、，并 且有足够的余量，所以选用传动轴满足要求。 3.2.2 中间传动轴的计算校核 a) 中间轴管直径选择及临界转速校核 b) 中间传动轴的扭转应力计算 3.2.3 后传动轴校核 步骤同前传动轴校核 3.3 结论及分析 通过对传动轴的临界转速、传动轴花键齿侧挤压应力校核和计算，供应商提 供传动轴参数值满足设计计算，选定的传动轴满足要求。 26 26 3.4 传动轴跳动校核 1）传动轴上下跳动的极限位置及最大夹角是否符合设计要求； 2）传动轴移动节的伸缩量，检查传动轴移动节是否可能脱开或顶死； 3）传动轴在车辆行驶过程中与周围部件是否干涉及最小间隙是否满足技术要求。 详见传动轴跳动校核报告 间隙要
23、求详见 2.2.3 3.5 技术文件的编制 1. 性能描述书 2. 明细表 3. 计算报告 4. 安装点断面 5. 一次开发件图纸（如右前传动轴支架） 6. 装置图 7. 体系文件 3.6 传动轴图纸确认 等速万向节传动轴图纸上的说明包括技术要求、万向节花键参数、零部件明 细表、移距摆角曲线图四部分。技术要求的内容应包含: 1. 产品外观 2. 表面处理 3. 万向节最大摆角 4. 总成旋转间隙 5. 总成屈服强度、总成静扭强度、总成疲劳强度 6. 润滑脂的种类、加注位置及加注量 7. 标记标识 27 27 附：某厂家传动轴图纸技术要求 28 28 四试制装车及生产中经常出现的问题 五参考文献 1.汽车设计刘维信 2.汽车工程手册-设计篇 序号 问题 原因 对策 1 传动轴脱开 传动轴长度偏短 校核时考虑多种工 况及极限 位置工况 2 传动轴顶死 传动轴长度过长 校核时考虑多种工 况及极限 位置工况 3 启动或制动时传 动系统异响 传动轴花键螺旋角过小，花 键配合间隙大，冲击异响 统一花键螺旋角为 18，厂 家图纸确认时注意是否符合 4 实车振动大 传动轴动不平衡量过大 传动轴剩余动不平 衡量超出 约定范围（GB/T9239-2006 5 传动轴锁紧螺母 不易变形，无法 锁紧 锁紧螺母锁止部位过厚达 2mm 将锁止螺母锁止部位壁厚减 薄至 1.5mm 6 7
