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1、 万向节和传动轴设计指南一、万向节和传动轴的功能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替动力。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动，能可靠的传替动力；保证所连接两轴尽可能同步（等速）运转；允许相邻两轴存在一定角度；允许存在一定轴向移动。二、万向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） 。三、结构图1. 十字轴式刚性万向节如图所示：2. 球笼式等速万向节如图所示：3.
2、伸缩型球笼式万向节：四、工作原理十字轴式刚性万向节：单个十字轴万向节在有夹角时传动具有不等速性；实现两轴间的等角速传动须满足以下两个条件：第一万向节两轴间夹角 1 与第二万向节两轴间夹角 2 相等；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。等速万向节的基本原理是从结构上保证万向节在工作过程中，其传力点永远位于两轴交点的平分面上。五、基本的设计参数1 传动轴的布置要点以 A15CVT 的传动轴布置为例/* A15CVT 传动轴的布置一、右传动轴长度右传动轴移动节中心坐标为（-49.24,294.54,25.05 ） 。固定节中心坐标 固定节至移动节的距离 传动轴角度上极限 (-2.2
3、9,647.99,107.50) 365.97 14.6满载 (-2.29,647.99,29) 356.58 7.07半载 (-2.29,647.99,20.32) 356.59 7.13空载 (-2.29,647.99,1) 357.37 8.14下极限 (-2.29,647.99, -72.5) 369.66 17.00根据移矩-摆角图，从上表可以定出右传动轴移动节中心到固定节中心长度为 360mm。二、左传动轴长度左传动轴移动节中心坐标为（-57.03,-295.85,26.35）固定节中心坐标 固定节至移动节的距离 传动轴角度上极限 (-2.29,-647.99,107.50) 36
4、5.5 16.6满载 (-2.29,-647.99,29) 356.4 8.9半载 (-2.29,-647.99,20.32) 356.41 8.89空载 (-2.29,-647.99,1) 357.27 9.8下极限 (-2.29,-647.99, -72.5) 369.82 17.8根据移矩-摆角图，从上表可以定出左传动轴固定节中心到移动节中心长度为 360mm。*/2材料、热处理及加工要求用于轿车的球笼式万向节工作环境十分恶劣，要经受高温气候、低温气候的侵袭及老化，泥土、砂、灰尘、油脂的浸泡、腐蚀、冲击，长时间承受高强度、满负荷、高转速工作。因而要求选用优质材料、采用特种工艺，确保各零部
5、件性能，并能保证密封性。有足够的安全系数强度、韧性、刚度也要好，即具有可靠性和耐久性。润滑良好，使用能耐高温、低温、高气压低发挥，不易变质润滑油脂。使用过程不能有噪音。因而钟形壳选用 cf53，以提高耐磨性、抗扭强度。星形套、保持架材质为优质低碳合金渗碳钢 20CrMnTi。钢球采用 GCr15。轴选用优质碳素合金结构钢 40Gr。三销轴叉、轴承架选用优质低碳合金渗碳钢20CrMnTi。轴承外圈、滚针选用 GCr15。差动弹簧圈选用 65Mn。两端防尘罩根据运动情况,固定端采用聚脂防尘罩,移动端采用聚氯丁二烯橡胶，保证具有良好的机械性能，能耐高温、低温、酸、碱、油和耐老性，工艺加工性好，气密性
6、、减震性高。主要零部件中，钟形壳外花键的热处理变形对产品的使用性能有重要影响，因而一方面选用优质材料和稳定的正火预先热处理，另一方面花键采用无切削加工，引进国外花键冷轧机，并进行中频感应热处理。2 关键性能尺寸的确定传动轴中心距由传动轴总布置确定。确定方法见传动轴布置要点。固定节、移动节的其他尺寸根据接口(轮毂、半轴齿轮等 )尺寸、结构确定。3粗糙度和形位公差的确定移动节轴颈与变速箱油封配合处，为保证油封的密封效果，轴颈处粗糙度一般选0.8 或 0.63。移动节、固定节轴承配合端面垂直度取 0.05。形状和位置公差GB/T1182-ISO1302。 表面粗糙度符号按 GB/T131-ISO13
7、02。形状和位置的未注公差按 GB/T1184-k。线性尺寸和角度的未注公差按 GB/T1804-m。4 零件号要求传动轴组号为 22。前传动轴分组号 2201。中间传动轴分组号 2202。后传动轴组号2203。5 传动轴的主要结构参数与计算a) 万向节的选型和寿命计算以奇瑞公司 S21 项目传动轴万向节的选型和寿命计算为例：/*S21 车型驱动轴万向节的选型和寿命计算一、基本参数1 发动机相关参数（静功率测试状态）最大功率：65kw/6000rpm最大扭矩：118Nm/4500rpm断油点：7000rpm2 变速器的相关参数 档 档 档 档 档 R 档ig 3.636 1.667 1.226
8、 1.185 0.871 2.909io 3.762 4.647 4.647 3.762 3.762 4.647i 13.679 7.747 5.697 4.458 3.277 13.518传动效率 0.953 车轮相关参数采用 175/60 R14 轮胎 Rr0.275m4 整车相关参数前轴荷（Kg）后轴荷（Kg）轴距L（m）质心高度h（m）质心距前轮心距离b（m）空载 580 420满载 705 6702.34 0.572 1.25 驱动轴角度及 TJ 端运动距离参数BJ(L) TJ(L) BJ(R) TJ(R)上跳点 9.371 11.663 4.677 6.94满载点 5.768 5.
9、95 3.371 3.553空载点 6.848 7.232 3.956 4.315下跳点 10.372 12.795 5.277 7.606TJ 端运动距离（mm）17.307 17.993以满载与空载的均值作为工况点驱动轴角度系数 Ax=cos2（1-sin）满载与空载的均值 TJ Ax BJ Ax平均夹角 6.591 0.8736 6.308 0.87946 计算寿命目标值：100000km二、分析计算1、假定参数：1）1.0，振动系数 Ks1.2，承载系数 kt1.332）汽车以 1，Ks1.2 时最大扭矩起步，以发动机最大扭矩的 2/3 驱动且各档匀速，各档利用率分别为：1 ：5 ：2
10、7 ：40 ：27。2、 起步扭矩和附着扭矩计算应力，并以两者中较小值选取 CVJ 尺寸MN传动轴的额定扭矩； MB静态失效扭矩； Md动态额定扭矩；起步转矩：M A=1/2 KS MmaxMA 1/2 1.2 118 13.679=968.47（N m）(2 轮驱动)附着转矩：M H=1/2 KS G B/(L+h) RrMH =1/2 1.2 1375 9.8 1.2/(2.34+10.572) 0.275=920.02（N m）MN 依取 920.02 Nm 适取球笼式万向节的系列规格以 GKN 形式为 Base =0 /10 =0时的静态失效扭矩 =0 /10 TJ 取 GI 型 58
11、0 MN=1040 Nm MB=1900 Nm Md=220 Nm BJ 取 AC 75 MN=944 Nm Md=178 Nm 3、校核使用寿命TJ 端1 2 3 4 5Ax 0.01 0.05 0.27 0.4 0.27ix 13.679 7.747 5.697 4.458 3.277Nx 328.97 580.87 789.89 1009.42 1373.21 Vx 34.11 60.22 81.89 104.65 142.37 Mx 538.04 304.72 224.08 175.35 128.90 Lhx 40.75 161.57 340.26 613.99 1136.29 Mx=
12、1/2 2/3 Mm ix当 nx1000rpm 时 Lhx=25339/nx0.577 (AXMd/MX)3当 nx1000rpm 时 Lhx=470756/nx (AXMd/MX)31/Ln=0.01/40.75+0.05/161.57+0.27/340.26+0.40/613.99+0.27/1136.29Ln=446.93（h）vm=0.0134.11+0.0560.22+0.2781.89+0.4104.65+0.27142.37=105.76（km/h ）Ls=Ln Vm=47268.84再取 ETJ79（广州 NTN 裕隆公司生产的）Mn=1520 Nm Md317（Nm）由 L
13、s1/Ls2=(Md2/Md1)3 Ls2=(317/220)347268.84=141411（km ） ，满足使用的强度及耐久性要求。BJ 端1 2 3 4 5Ax 0.01 0.05 0.27 0.4 0.27ix 13.679 7.747 5.697 4.458 3.277nx 328.97 580.87 789.89 1009.42 1373.21 Vx 34.11 60.22 81.89 104.65 142.37 Mx 538.04 304.72 224.08 175.35 128.90 Lhx 22.02 87.30 183.85 331.75 613.96 1/Lh=0.01/
14、22.02+0.05/87.30+0.27/183.85+0. 40/331.75+0.27/613.96Lh=241.486（h）Ls=LhVm=25540.28（km）再取 BJ82（广州 NTN 裕隆公司生产的） Mn=1790 Nm， Md340Nm由 Ls1/Ls2=(Md2/Md1)3Ls2=(340/178)325540.28=177993（km ） ，满足使用的强度及耐久性要求。三、选取传动轴的结构形式按照分析计算的结果，S21 车型的驱动轴为广州 NTN 裕隆公司生产的 BJ82+ETJ79 型驱动轴。*/2.球笼式等速万向节花键轴直径的计算和钢球直径的选择以 S11+DA465 传动轴(S11-2203010/20GB) 球笼式等速万向节花键轴直径的计算和钢球直径的选择为例：/*S11+DA465 传动轴球笼式等速万向节花键轴直径的计算和钢球直径的选择一、发动机及变速箱参数发动机型号：LJ465Q-1ANE1额定功率：38.5KW/5200RPM最大扭矩：83N.m/3000-3500RPM档位 1 2 3 4 5 倒 主传动比传动比 3.41
