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1、. 整車技術(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)多用萬向傳動(dòng)軸。萬向傳動(dòng)軸即 在不同軸心的兩軸間甚至在工作過程中相對(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

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(dòng)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(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 萬向節(jié) . . 圖 4.1 2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

3、萬向節(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?，F(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)器和車輛在各種姿態(tài)下的車輪輪心坐標(biāo)。 注：根據(jù)所采用的懸架系統(tǒng)來定整車姿態(tài)時(shí)就可確定前后輪心坐標(biāo)并可以選擇制動(dòng) 器。 b>廠家提供移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)數(shù)據(jù)。如下圖

4、 4.3： . . 固定節(jié) 移動(dòng)節(jié) . . 圖 4.3 廠家一般有數(shù)種移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)的系列產(chǎn)品。廠家會(huì)根據(jù)我們對(duì)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(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 者重新開發(fā)。 . . 整車技術(shù)部設(shè)計(jì)指南 61 . . c>動(dòng)力總成數(shù)據(jù)； d>前艙車身數(shù)據(jù)。 2>布置過程 a>初步確定傳動(dòng)軸位置。 導(dǎo)入前艙車身數(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(dòng)力總成布置指南。 圖 4.4 b>方向盤轉(zhuǎn)角

5、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 傳動(dòng)軸移動(dòng) 節(jié)斷面 配合面 圖 4.5 . . 整車技術(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：汽車整備質(zhì)量和三個(gè)乘員<對(duì)于

6、兩排五人座車輛,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(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 4.8 a>對(duì)于右傳動(dòng)軸： 輪胎上下極限跳動(dòng)時(shí),找出相

8、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> <-

9、35.985,-25.237,55.947> . . 整車技術(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 Pt點(diǎn)垂 直于差速器輸出端平面的直線,Pt此直線上移動(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。 . . Pp Ppl Ppu Pt L

10、Ptl . . 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平動(dòng)。 . . 整車技術(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

11、4.4 c>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 廠家提供的范圍進(jìn)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(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 5.206 3.26° 3.87° 空載 0 4.612° 4.1° 下極限 -1.542 9.964° 4.2° 位置 移動(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 -3.334 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(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)行程過大,滑入過多,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)工作角度過大,傳動(dòng)軸工作易磨損發(fā)出噪聲。表明傳動(dòng)軸較短

13、,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,直到滿足要求為止。 2>對(duì)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(jì)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(jì)狀態(tài)下的移動(dòng)節(jié)和固定節(jié)坐標(biāo)。根據(jù) 4.2.4—1>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)

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(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 滿載 . . 整車技術(shù)部設(shè)計(jì)指南 68 . . 對(duì)于 M11,方向盤設(shè)計(jì)最大角度為±494度。初步確定傳動(dòng)軸長(zhǎng)度在方向盤轉(zhuǎn)角為 0 度時(shí)進(jìn)行的,所選長(zhǎng)度需在方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)±494度

15、同時(shí)輪胎處于上下跳動(dòng)極限進(jìn)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(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,將這些點(diǎn)輸入廠家提供的梯形圖進(jìn)行比較。 . . 整車技術(shù)部設(shè)計(jì)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(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

16、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 0.9g〔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(dòng) Jolt downwards at 4.5g.〔4.5g加速度向下晃動(dòng) 以上工況都需要在 ADA

17、MS里進(jìn)行模擬,得到一系列的曲線圖與廠家提供的梯形圖 進(jìn)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(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 各種校核滿足后,將方向盤轉(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 4.18 a>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

18、足要求。此處可達(dá) 41mm,故滿足要求。 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即可滿足要求,此處有 10mm以上的間隙, 因此滿足要求。 c>查看傳動(dòng)軸與副車架是否有干涉。如下圖 4.21： . . 左 右 . . 圖 4.21 傳動(dòng)軸與副車架間隙達(dá)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(yàn)值不符。 d>查看傳動(dòng)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(dòng)軸橡膠護(hù)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(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 足為止。對(duì)于沿用原有車型動(dòng)力總成的新車型,直接將原傳動(dòng)軸載入整車坐標(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。 .