传动轴设计指南介绍

奇瑞汽车有限公司

乘研三院底盘部设计指南

编制：梁晋

审核：吕波涛

批准：冯贺平

目录

§1 概述 (2)

§1.1万向节和传动轴综述 (2)

§1.2万向节的类型及适用范围 (2)

§1.3万向节结构及工作原理 (2)

§2 设计构想 (8)

§2.1设计原则和开发流程 (8)

§2.2 基本的设计参数制定 (9)

§2.3 台架试验 (25)

§3 材料及加工 (26)

§4 图纸模式 (27)

§4.1 尺寸公差 (27)

§4.1 文字说明 (27)

§1 概述

§1.1万向节和传动轴综述

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递动力。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化时，能可靠的传递动力；保证所连接两轴尽可能同步（等转速）运转；允许相邻两轴存在一定的角度；允许存在一定轴向的移动。

§1.2万向节的类型及适用范围

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）。等速万向节，其英文名称为Constant Velocity Universal Joint，简称等速节（CVJ）。

CVJ的分类如下（德国分类）:

Fixed Joint(固定端万向节)——AC：椭圆截面滚道

——RF: 圆形截面滚道

——UF：尖拱形截面滚道

Plunging Joint(移动端万向节)——DOJ：双偏置式万向节

——GI: 三球销式万向节

——VLJ：斜滚道球笼万向节

以上是乘用车常用等速节的英文及德文缩写，对应着不同的结构与性能，这在下边的章节中会提到。

在发动机前置后轮驱动（或全轮驱动）的汽车上，由于工作时悬架变形，驱动桥主减速器输入轴与变速器（或分动器）输出轴间经常有相对运动，因此普遍采用万向节传动。在转向驱动桥中，由于驱动轮又是转向轮，左右半轴间的夹角随行驶需要而不断变化，这时多采用球叉式和球笼式等速万向节传动。当后驱动桥为独立悬架结构时，也必须采用万向节传动。万向传动装置除用于汽车的传动系外，还可用于动力输出装置和转向操纵机构。因为轿车普遍采用等速万向节，所以本设计指南重点介绍等速节驱动轴。

§1.3万向节结构及工作原理

§1.3.1万向节结构

§1.3.1.1十字轴式刚性万向节,如下图所示：

§1.3.1.2固定端球笼式等速万向节,如下图所示（AC/RF/UF仅钢球滚道截面形状不同）：

§1.3.1.3移动端球笼式等速万向节（DOJ）,如下图所示：

§1.3.1.4移动端球笼式等速万向节（GI）,如下图所示：

§1.3.1.5移动端球笼式等速万向节（VL）：

§1.3.1.6等速驱动轴结构

上图所示为常见的轿车等速驱动轴结构，包括固定端万向节与移动端万向节及中间花键轴杆，万向节由防尘罩进行密封，内部充入润滑油脂，防尘罩通过卡箍联接固定到万向节与轴杆上，轴杆上装有阻尼减震圈，其作用是在工作中衰减轴杆的振动，从而降低噪声，这个效果也可以通过将轴杆制成空心来实现。驱动轴两侧的花键与轮毂和差速器分别配合联接。传动系的动力经过移动节、轴杆传递到固定节，移动节具有可轴向伸缩的功能，但允许的轴间角度较小；固定节不可以轴向伸缩，但具有较大的轴间角度,以适应转向要求。

§1.3.2等速驱动轴的安装方法

以奇瑞公司S12+1.3L 车型为例，如下所示：

固定节 防尘罩 卡箍 阻尼减震圈 防尘罩 移动节 差速弹簧圈

花键 螺纹 花键 轴杆

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将左等速节驱动轴总成2的内球笼花键插入变速箱输出端。依靠弹性挡圈涨开与变

速箱限位固定。如图A所示。

将左等速节驱动轴总成2的外球笼花键插入左前转向节带盘式制动器总成3的前轮毂的花键槽中，如图B所示，通过驱动轴锁紧螺母4将驱动轴总成与前轮毂相连，螺母锁紧力矩270±10N·m。

使用工具对准驱动轴外球笼槽口处将驱动轴锁紧螺母4外缘砸入最终锁紧。

安装过程中注意对防尘罩的保护，避免被尖锐外物划伤。右等速节驱动轴总成1的安装同左等速节驱动轴总成2的装配方式。

§1.3.3万向节的工作原理

§1.3.3.1十字轴万向节的工作原理

差速弹簧圈

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A 变速箱端连接示意图

B 前轮毂端连接示意图

传统型式的万向节，主动轴（即动力输入轴）与从动轴（即动力输出轴）之间通过十字形的关节联接，可以传递不同角度方向上的回转运动。其数学模型如下图所示，输入轴＝ａ轴在A 平面上作旋转运动。输出轴＝ｂ轴在B 平面上作旋转运动。a 轴和b 轴在同一条直线上时，a 轴和b 轴的转速相同。a 轴和b 轴之间有一定的角度旋转时，当ａ轴从V 旋转到W 位置（转角为45°）时，b 轴从 V ´旋转到W ´位置（转角大于45°）。当ａ轴从W 继续旋转到X 位置（转角为45°）时，b 轴从W´旋转到X ´位置（小于45°）。在此90°区间内，从动轴转速大于主动轴转速，且先加速后减速，当a 轴转到90°时，b 轴也转到90°。

当ａ轴从X 旋转到Y 位置（转角为45°）时，b 轴从 X ´旋转到Y ´位置（转角小于45°）。当ａ轴从Y 继续旋转到Z 位置（转角为45°）时，b 轴从Y ´旋转到Z ´位置（大于45°）。在此90°区间内，从动轴转速小于主动轴转速，且先减速后加速，当a 轴转到90°时，b 轴也转到90°。下一个180°的运动情况重复上述过程。

由此可见，主动轴以等角速转动时，从动轴转动则是时快时慢，即指单个十字轴万向节在有夹角时传动具有不等速性。这里所谓的“传动的不等速性”，是指从动轴在运转一周的过程中角速度不均而言，而主、从动轴的平均转速是相等的，即主动轴转过一周，从动轴也转过一周。

单个十字轴万向节在有夹角时传动具有不等速性，将使从动轴及与其相连的传动部件产生扭转振动，从而产生附加的交变载荷，会影响传动系零部件寿命。为了实现两轴间的等角速传动必须使用两个十字节，并且满足以下两个条件：①第一万向节两轴间夹角1α与第二万向节两轴间夹角2α相等；②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。这样，第一个十字节的不等速效应就会被第二个十字节的不等速效应所抵消，最终取得两轴等速的效果。

在双十字节使用中，针对每一个十字节而言，只要存在轴间夹角1α或2α，万向节在工作过程中内部零件之间就有相对运动，因而导致摩擦损失，降低传动效率。夹角越大，则效率越低。

§1.3.3.2等速万向节的工作原理