轿车等速万向节驱动轴总成的设计分析.
等速万向节的设计
第二章 等速万向节的设计 ......................... 8
2.1 等速万向节的等速原理 ............................ 8 2.2 共轭曲面的解析 .................................. 9 2.3 结构设计 ....................................... 10 2.4 装球球窝的设计 ................................. 16 2.5 沟缘倒角的设计 ................................. 19 2.6 椭圆沟道的设计 ................................. 19 2.7 设计计算实例 ................................... 23 2.8 符号说明 ....................................... 26
1.1.1 不等速万向节 十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的 最大交角为 15°~20°，具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角不 为零的情况下，不能传递等角速转动。 当满足传动轴两端万向节叉处于同一平面内且第一万向节两轴间夹角与 第二万向节两轴间夹角相等的条件时，可以实现由变速器的输出驱动桥的输入 轴的等角速传动。但因为在车辆行驶时，驱动桥要相对于变速器跳动，不可能 在任何时候都有夹角相等，实际上只能做到变速器到驱动桥的近似等速传动。 在以上传动装置中，轴间交角越大，传动轴的转动越不均匀，产生的附加交变 载荷也越大，对机件使用寿命越不利，还会降低传动效率，所以在总体布置上 应尽量减小这些轴间角。
等速驱动轴设计方法研究分析
万向节 (驱动轴)
DOJ EDJ AC-TJ 往复式万向节 FTJ SFJ LJ
通槽式万向节
9811
等速万向节分类（日本NTN）
推动轴用
固定式 万向节
BJ
固定球式
万向节
等速万向节 (驱动轴)
DOJ
双偏置式万向节 角接触三球式万向节 通槽式万向节
往复式 万向节
AC-TJ LJ HLJ
高速通槽式万向节
B
C
9811
UJ : 过切削自由式万向节
MAX D ANGLE JOINT SERIES UJ68 UJ71 UJ75 UJ79 UJ82 T O UJ87 UJ92 UJ95 UJ100 UJ104 UJ109 UJ117 FIN @ PRODUCTION DIMENSION(mm) A B C R44.0 Ó 69.0 Ó 17.0 R45.8 Ó 72.6 Ó 18.0 R47.7 Ó 76.3 Ó 19.0 R49.5 Ó 79.9 Ó 20.1 R51.3 Ó 83.6 Ó 21.2 R53.2 Ó 87.4 Ó 22.2 R54.5 Ó 90.0 Ó 23.3 R56.9 Ó 94.7 Ó 24.0 R59.1 Ó 99.2 Ó 25.4 R61.1 Ó 103.2 Ó 26.5 R63.1 Ó 107.2 Ó 27.6 R65.1 Ó 111.2 Ó 29.7 FPROTOTYPE
◎:IN PRODUCTION ○:PROTOTYPE
9811
等速万向节分类（德国）
AC
椭圆截面 圆形截面 尖拱形截面
固定式 万向节
RF UF
等速万向节 (驱动轴)
电动轿车等速万向节驱动轴设计与验证探究
电动轿车等速万向节驱动轴设计与验证探究作者：***来源：《专用汽车》2022年第08期摘要：随着经济的不断发展，我国汽车生产量逐渐增加，人均汽车数量也随之提高。
因此，研究如何保障汽车安全运行十分必要。
基于此，从设计端入手，分析电动轿车等速万向节驱动轴的设计方案并提出对应的验证方法，以期为电动轿车同行的相关研究提供参考。
关键词：电动轿车;等速万向节;驱动轴;设计;验证中图分类号：U463收稿日期：2022-07-05DOI：10.19999/ki.1004-0226.2022.08.0201 前言针对等速万向节驱动轴所展开的研究较多，足以证明在电动轿车行业想要占据主导地位应更新相应零部件技术，给出更优的设计方案。
由于等速万向节驱动轴设计中受到多种因素的影响，需要对整车的布置和车型进行深入研究。
电动轿车在运行的过程中常出现异响的情况，这将严重影响其安全性能，因而在设计前要对等速万向节驱动轴总成的结构特性和发生异响的原因加以分析，以此完善设计工作，并通过验证证明设计的合理性。
2 电动轿车等速万向节驱动轴的结构特性2.1 等速万向节驱动轴总成目前所生产的电动轿车基本上利用相似的驱动轴总成结构，设置独立悬架，保证驱动装置能够在左右都带有等速万向节驱动轴的结构下实现轿车运转。
常见的结构形式是以伸缩型等速万向节、驱动轴、固定式等速万向节联用的方式，分别作用于不同的位置。
在车轮附近设置固定型等速万向节，连接与前轮毂渐开线内花键与外花键，在变速箱上设置伸缩型等速万向节，使得差速器半轴齿轮内花键与渐开线外花键相连。
按照以上所阐述的总成结构（见图1，其中1～11分别表示球笼式等速万向节、钢丝挡圈、固定端大卡箍、固定端密封罩、固定端小卡箍、驱动轴、伸缩端小卡箍、伸缩端密封罩、伸缩端大卡箍、挡圈（GB/T 894.1）、双偏置式等速万向节）设计电动轿车驱动轴，能够提升转矩和变速箱运动的平稳程度，将运动状态传递到轮毂驱动处，进而达到转向、行驶的目的（2）。
等速万向节总成的设计方法
图 １ 中心 固定 型 等 速 万 向 节
使用性能不同 ， 结构也有所不同。
１１ 前驱 半轴 种 类及特 点 ． 前 驱 半轴 总成 由中心 固定 型等 速万 向节 、 、 轴
１ １２ 伸 缩型等 速 万向节 ．．
伸 缩型 等速 万 向节 按 结 构 分 为 ： 轴 向移 动 可 的球 笼等 速万 向节 （ Ｏ 型 ） 交 叉滚 道 球 笼 等 速 ＤＪ 、 万 向节 （ Ｉ ） 三球 销式万 向节 （Ｊ ） Ｌ型 及 Ｔ型 。 可 轴 向移 动 的球 笼 等 速 万 向节 见 图 ２ 是 由 ， 星形套 、 外套 、 持架 和钢球 组成 ， 形套 、 套 沟 保 星 外
关键词 ： 等速万向节 ； 结构 ； 能 ； 性 选型 ； 动 振 中图分 类号： Ｈ ３ ．；Ｈ１２ Ｔ １３４Ｔ ２ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：００ ７２２０ ）９ ０ ３ —０ １０ —３６ （０ ６０ — ０ ７ ３
等速 万 向节 总 成 是 轿 车 动 力 系 中 的 一 个 组
置 变化 。
道按轴线方 向排列 ， 由保持架控 制钢球运动。保 持架 内、 外球面中心相对窗口中心呈对称分布 ， 以 此 来 实现 轴 间 角 的运 动 ， 此类 产 品 具有 滑 移 阻 力
１１１ 中心 固定 型等速 万 向节 （Ｊ ） ．． Ｂ型 中心 固定 型等 速万 向节 是 由星形套 、 外套 、 保 持架 和钢 球 组 成 ， 图 １ 由于 外 套 内球 面 和 保 见 。 持架外 球 面 以及 保持 架 内球 面 和星形 套 外球 面这
运 动 。在 预加 载 荷 时 ， 球具 钢
有旋转运动 ， 并有高速运行能 力， 在作 轴 向运 动 时滑 移 阻 力 比可 轴 向 移 动 的 等 速 万 向 节
等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计
等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计一、引言在汽车、机械设备等领域中，等速万向节传动轴总成是一种重要的传动装置，其性能对整个系统的稳定性和效率起着至关重要的作用。
对等速万向节传动轴总成的结构主参数进行最优化设计具有重要意义。
本文将对等速万向节传动轴总成的结构主参数进行深入探讨，并提出最优化设计的相关建议。
二、等速万向节传动轴总成的概述等速万向节传动轴总成是一种能够实现转动轴的等速传动和角偏差补偿的重要装置。
它通常由内套管、外套管、滚珠、保持架、密封圈等部件组成。
其中，内外套管的长度、直径，滚珠的数量和尺寸，保持架的结构等都是决定传动轴总成性能的关键参数。
三、等速万向节传动轴总成结构主参数的优化设计1. 内外套管长度和直径的优化内外套管的长度和直径直接影响着传动轴的承载能力和稳定性。
在进行最优化设计时，需要综合考虑传动轴总成的实际工作环境和使用要求，通过有限元分析等方法确定内外套管的最佳尺寸，以确保其在工作中具有良好的耐久性和稳定性。
2. 滚珠数量和尺寸的优化滚珠的数量和尺寸直接影响着传动轴的传动效率和扭矩传递能力。
在最优化设计中，需要通过仿真计算和试验验证等手段确定最佳的滚珠数量和尺寸，以实现传动轴在工作时的平稳传动和良好的功率输出。
3. 保持架结构的优化保持架作为传动轴总成中的重要部件，其结构设计对于传动轴的使用寿命和性能起着关键作用。
在最优化设计中，需要考虑保持架的材料、形状和加工工艺等因素，以确保其具有良好的刚性和耐磨性，同时尽量减小其重量和功耗。
四、个人观点和理解在进行等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计时，我认为需要充分考虑传动轴总成的工作环境和使用要求，以及材料和加工工艺的实际条件。
通过综合运用计算机辅助设计、有限元分析、试验验证等方法，可以实现对传动轴总成结构主参数的科学、合理和有效的优化设计。
五、总结与回顾通过对等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计进行深入探讨，我们可以得出以下结论：内外套管的长度和直径、滚珠数量和尺寸、保持架结构等参数的最优化设计，能够显著提高传动轴总成的稳定性、传动效率和使用寿命，从而为相关设备和系统的性能提升提供有力支持。
汽车设计-第4章 万向节传动轴设计
第二节 万向节结构方案分析
一、十字轴万向节 典型的十字轴万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶 密封件等组成。 目前常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式(图4—1a、b)、卡环式(图4—1c、d)、瓦盖 固定式(图4—1e)和塑料环定位式(图4—1f)等。
盖板式轴承轴向定位方式的一般结构(图4—1a)是用螺栓1和盖板3将套筒5固定在万向 节叉4上，并用锁片2将螺栓锁紧。它工作可靠、拆装方便，但零件数目较多。有时将弹性盖 板6点焊于轴承座7底部(图4—1b)，装配后，弹性盖板对轴承座底部有一定的预压力，以免 高速转动时由于离心力作用，在十字轴端面与轴承座底之间出现间隙而引起十字轴轴向窜 动，从而避免了由于这种窜动造成的传动轴动平衡状态的破坏。卡环式可分为外卡 式(图 4—1c)和内卡式(图4—1d)两种。它们具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点。 瓦盖固定式结构(图4—1e)中的万向节叉与十字轴轴颈配合的圆孔不是一个整 体， 而是分成 两半用螺钉联接起来。这种结构具有拆装方便、使用可靠的优点，但加工工艺较复杂。塑料 环定位结构(图4—1f)是在轴承碗外圆和万向节叉的轴承孔中部开一环形槽，当滚针轴承动
直槽滚道型球叉式万向节(图4—6b)， 两个球叉上的直槽与轴的中心线倾斜相同的角度， 彼此对称。在两球叉间的槽中装有四个钢球。由于两球叉中的槽所处的位置是对称的，这便 保证了四个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。 这种万向节加工比较容易， 允许的轴间夹 角不超过20°，在两叉间允许有一定量的轴间滑动。 圆弧槽型球叉式万向节主要应用于轻、 中型越野车的转向驱动桥中。 直槽型球叉式万向 节主要应用于断开式驱动桥中， 当半轴摆动时， 用它可补偿半轴的长度变化而省去滑动花键。 圆弧槽型球叉式万向节作为转向驱动桥的传力构件时， 万向节旋转轴线应与车桥的轴线 相重合，以避免发生万向节的摆动现象。为了不至于在万向节转角接近最大值时，放置传力 钢球的主、 从动叉的交叉槽趋于平行位置导致钢球无法约束而自动散开， 造成万向节装配关 系的破坏， 在设计时应使两叉的最大夹角大于车轮的最大转角， 同时万向节中心应位于转向 主销轴线上。另外，应保证在万向节处于最大转角时，各传力钢球与定心钢球之间不接触， 至少使传力钢球与定心钢球在此情况下的间隙不小于5mm，且使各钢球与万向节轴头均匀地 预紧在一起， 使得在任意方向旋转时能通过万向节的两个传力钢球来传递转矩， 避免靠一个 钢球来传递，从而防止产生过载现象。
轿车等速万向节驱动轴总成的设计分析
界转速。
等速万向节驱动轴总成可以简化为两端自由
支承的等断面的简支梁, 其临界转速 n 可按下式 计算:
n = 1. 2 @ 108 @
D2 + d2 L2
式中 n 临界转速, rPmin
D 轴管外径, mm d 轴管内径, mm
L 支承点长度( 可取两万向节中心之
距) , mm
计算出来的临界转速的安全系数( 临界转速 n 与发动机最高转速 n发 之比) 不得低于 1. 5, 或 n 应比 n发 高出 70% ~ 80% 。这是因为在制造中
叙词: 深沟球轴承 振动 动态特性
葛世东, 张建 伟, 刘宏 业. 陶瓷 球和 钢 混合 轴承 的 典 型力学性能分析. 轴承, 2000( 5) : 4~ 6
用一个计算实例较详细地分 析了用 陶瓷球 替换钢 球 后的轴承内部 受力 的变 化情 况, 表 明简 单地 用陶 瓷球 替 换钢球并不一 定能 延长 轴承 的使 用 寿命, 陶 瓷球 轴承 需 要专门的设 计才能发挥 其优越 性。附图 8 幅, 表 1 个, 参 考文献 2 篇。
的动 平衡质量 和使用后 的磨损, 都会使 n 值下 降。
3 等速万向节驱动轴的受力及扭矩
容量的确定
等速万向节驱动轴总成, 除承受图纸要求的 一定量值的轴向滑移力外, 主要是承受扭转力矩。 其转矩的确定可按下式计算。
按发动机最大扭矩计算时
Mj = 0. 6Memax ik i0 按最大附着力计算时
式中 Mj
# 44 #
庞启兴, 许雪 飞, 张晶 霞. 水泵 轴连 轴 承外 圈端 面 磨 削工艺改进. 轴承, 2000( 5) : 23~ 24
叙词: 轴连轴承 外圈 端面切削 双端面磨床
乘用车等速驱动轴总成技术条件及试验方法
标题：乘用车等速驱动轴总成技术条件及试验方法1. 概述乘用车等速驱动轴总成是车辆动力传输系统的核心部件之一，它承担着将发动机的动力传输至车轮的重要职责。
其技术条件及试验方法对于车辆的动力性能、安全性能和可靠性能具有重要意义。
本文将从技术条件和试验方法两个方面对乘用车等速驱动轴总成进行详细阐述。
2. 乘用车等速驱动轴总成技术条件乘用车等速驱动轴总成的技术条件包括以下几个方面：2.1 动力传输性能乘用车等速驱动轴总成的动力传输性能是评价其性能优劣的重要指标之一。
该性能包括动力传递效率、扭矩传递可靠性等。
动力传递效率是指在动力传输过程中由驱动轴传递至车轮的动力损失与发动机输出的动力之比，扭矩传递可靠性是指在各种工况下等速驱动轴总成承受扭矩的能力。
2.2 结构强度和刚度乘用车等速驱动轴总成的结构强度和刚度是保证其在各种工况下正常工作和传递动力的重要保障。
结构强度包括轴承、轴管等部件的承载能力，刚度包括轴承、齿轮传动件等部件在受力状态下的变形情况。
2.3 使用寿命乘用车等速驱动轴总成的使用寿命是评价其可靠性的重要指标之一。
使用寿命受到材料、制造工艺、装配工艺等多种因素影响，因此需要在技术条件中对其使用寿命进行详细规定。
3. 乘用车等速驱动轴总成试验方法乘用车等速驱动轴总成的试验方法包括以下几个方面：3.1 动力传输性能试验动力传输性能试验是对乘用车等速驱动轴总成动力传输性能进行评价的重要手段。
通过搭建试验台，利用电机模拟发动机输出动力，驱动轴总成带动车轮，测量动力传递效率和扭矩传递可靠性等性能参数。
3.2 结构强度和刚度试验结构强度和刚度试验是对乘用车等速驱动轴总成结构强度和刚度进行评价的重要手段。
通过在试验台上加载各种工况下的载荷，观察轴承、齿轮传动件等部件在受力状态下的变形情况，进行结构强度和刚度的评估。
3.3 使用寿命试验使用寿命试验是对乘用车等速驱动轴总成使用寿命进行评价的重要手段。
通过设置不同的工况和载荷，模拟实际车辆运行条件，对轴承、齿轮传动件等部件进行长期的疲劳试验，以评估其使用寿命。
等速万向节的设计
等速万向节的设计等速万向节是一种常见的机械传动装置，它具有传递动力和改变传动方向的功能。
它被广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
本文将从设计原理、结构特点以及应用领域等方面来介绍等速万向节。
一、设计原理等速万向节能够保持输入和输出轴的转速一致，实现无滑差的传动。
它的设计原理基于两个关键部件：内外球和万向销。
内外球是等速万向节的核心部件，它们由滚动轴承组成，能够实现球与球座之间的滚动。
内球与输入轴相连，外球与输出轴相连。
当输入轴转动时，内球也会跟随转动，通过滚动轴承与外球传递动力。
外球与输出轴相连，将动力传递给输出轴。
万向销是连接内外球的关键部件，它能够使内球和外球之间的转动轴线保持一致。
当内球和外球之间的转动轴线发生偏离时，万向销会自动调整位置，以保持内外球之间的同心度。
二、结构特点等速万向节的结构相对简单，主要由内外球、万向销、弹簧等构成。
内外球由滚动轴承组成，可以实现球与球座之间的滚动，从而实现动力传递和转动。
万向销由弯曲弹簧材料制成，可以调整内外球之间的相对位置，保持转动轴线一致。
等速万向节具有以下结构特点：1. 结构紧凑：等速万向节的结构紧凑，体积小巧，适用于空间有限的场合。
2. 传动平稳：等速万向节能够实现输入和输出轴的转速一致，传动平稳，无滑差。
3. 负载能力强：等速万向节能够承受较大的负载，并且具有较高的传动效率。
4. 调整方便：万向销可以自动调整位置，使内外球之间的转动轴线保持一致，调整方便。
三、应用领域等速万向节在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 汽车行业：等速万向节被广泛应用于汽车传动系统中，用于传递动力和改变传动方向。
它可以使驱动轴与转向轴之间实现无滑差的传动，提高汽车的行驶稳定性和操控性能。
2. 航空航天领域：等速万向节在航空航天领域中也有重要应用。
它可以用于飞机的起落架系统、飞行控制系统等，能够实现飞机在起飞、降落和飞行过程中的转向和动力传递。
3. 机械制造：等速万向节在机械制造领域中被广泛应用，例如机床、工程机械等。
等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计
等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计（原创实用版）目录1.等速万向节传动的概述2.等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计2.1 传动轴总成结构的主要参数2.2 优化设计方法2.3 最优化设计的验证正文一、等速万向节传动的概述等速万向节传动是一种在传动过程中，使得输出轴和输入轴的角速度始终相等的传动方式。
这种传动方式广泛应用于汽车驱动轴、船舶推进器等领域。
等速万向节传动能够保证传动过程中的平稳性和可靠性，从而提高整个传动系统的工作效率和性能。
二、等速万向节传动轴总成结构主参数的最优化设计2.1 传动轴总成结构的主要参数在等速万向节传动轴总成结构中，主要的参数包括：万向节的类型、尺寸和材料；传动轴的直径、长度和材料；轴承的类型、尺寸和材料；以及密封件的类型和材料等。
这些参数对等速万向节传动的性能和可靠性有着重要的影响。
2.2 优化设计方法为了提高等速万向节传动轴总成结构的性能和可靠性，需要对其主要参数进行最优化设计。
最优化设计方法可以分为两类：一类是基于数学模型的优化设计，另一类是基于实验数据的优化设计。
基于数学模型的优化设计，主要是通过建立等速万向节传动轴总成结构的数学模型，然后运用数学方法和数值计算方法进行优化求解。
这种方法的优点是计算精度高，缺点是需要建立准确的数学模型，并对模型的参数进行精确的数值计算。
基于实验数据的优化设计，主要是通过进行大量的实验测试，然后运用统计方法和数据挖掘方法进行优化求解。
这种方法的优点是实验数据准确，缺点是实验过程耗费时间和资源。
2.3 最优化设计的验证最优化设计完成后，需要对其进行验证。
验证的主要方法有：模拟仿真验证、实验验证和实际应用验证。
模拟仿真验证主要是通过数学模型进行仿真实验，验证最优化设计的正确性和有效性；实验验证主要是通过实验设备进行实验测试，验证最优化设计的正确性和有效性；实际应用验证主要是通过实际应用，验证最优化设计的正确性和有效性。
万向节
摘要现代经济型轿车大都采用前轮驱动的布置型式，等速万向节是其中的关键部件之一。
目前，汽车传动系统中使用最多的是球笼式和三枢轴式等速万向节连接在一起组成的等速驱动装置。
由于等速万向节结构复杂、加工制造精度高、难度大，目前我国主要是引进国外专用设备生产，投资费用很大。
为此，国家将等速万向节列为重点扶持的汽车关键零部件项目之一。
本文以国内某厂家发动机前置前驱动轿车等速驱动轴中的球笼式等速万向节和三枢轴式万向节为研究对象，利用三维重构技术建立等速万向节的三维实体模型，继而应用理论计算、试验测量相结合的手段，围绕等速万向节内部接触应力展开了研究。
关键字：等速驱动轴，球笼式等速万向节，赫兹接触理论ABSTRACTThe modern economical car adopts the pattern of assigning of front-wheel drive mostly,and the constant velocity universal joint is one of the key components among them.At present the constant velocity driving device which is composed of ball basket constant velocity universal joint together with constant velocity universal joint with pivot is used by automobile transmission system mostly.Because the structure of constant velocity universal joint is very complicated,process the precision of making is high,and difficulty of making is large.Our country introduces foreign special-purpose device mainly at present,it is very expensive to make the investment.For this reason,our country have regard constant velocity universal joint as one of the key part project to support especially.The ball-cage type and the three pivot shaft type constant velocity joints of theconstant velocity drive shaft on the F-F type car of a certain domestic factory wereregarded as research objects.The 3D models of the constant velocity joints werebuilt by using 3D re-created technology,then the finite element models of theconstant velocity joints were built by using ANSYS software,then the authorcarries out the study on the inner contact stress of the constant velocity joints bymeans of the connection of the finite element analysis,theoretic calculation and thetest. Keywords：The Constant V elocity Drive-shaft;The Ball-cage Type Constant V elocity Joint;Hertz Contact Theory第1章绪论1.1 万向节的应用在机械领域里，有一个很重要的基础件，称为万向节。
毕业设计 汽车万向传动轴的设计
目录1.1 汽车万向传动轴的发展与现状 (2)1.2 万向传动轴设计技术综述 (2)2 万向传动轴结构方案确定 (4)2.1 设计已知参数 (4)2.2 万向传动轴设计思路 (6)2.3 结构方案的确定 (7)3 万向传动轴运动分析 (10)4 万向传动轴设计 (11)4.1 传动载荷计算 (11)4.2 十字轴万向节设计 (12)4.3滚针轴承设计 (14)4.4传动轴初步设计 (15)4.5 花键轴设计 (16)4.6 万向节凸缘叉连接螺栓设计 (17)4.7 万向节凸缘叉叉处断面校核 (17)5基于UG的万向传动轴三维模型构建 (19)5.1万向节凸缘叉作图方法及三维图 (19)5.2万向节十字轴总成作图方法及三维图 (21)5.3 内花键轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (25)5.4 花键、轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (2625)5.5万向传动轴总装装配方法及三维图 (27)6 万向传动装置总成的技术要求、材料及使用保养 (29)6.1普通万向传动轴总成的主要技术要求 (29)6.2万向传动轴的使用材料 (29)6.3 传动轴的使用与保养 (30)7 结论 (31)总结体会 (32)谢辞 (33)附录1外文文献翻译 (34)附录2模拟申请万向传动轴专利书 (48)【参考文献】 (52)1.1 汽车万向传动轴的发展与现状万向传动装置的出现要追溯到1352年，用于教堂时钟中的万向节传动轴。
1663年英国物理学家虎克制造了一个铰接传动装置，后来被人们叫做虎克万向节，也就是十字轴式万向节，但这种万向节在单个传递动力时有不等速性。
1683年双联式虎克万向节诞生，消除了单个虎克万向节传递的不等速性，并于1901年用于汽车转向轮。
上世纪初，虎克万向节和传动轴已在机械工程和汽车工业中起到了极其重要的作用。
1908年第一个球式万向节诞生，1926年凸块式等速万向节出现，开始用于独立悬架的前轮驱动轿车和四轮驱动的军用车的前轮转向节。
浅谈驱动轴设计与分析
车辆工程技术29车辆技术浅谈驱动轴设计与分析王 强1,2（1.长城汽车股份有限公司;2.河北省汽车工程技术研究中心,河北 保定071000）摘 要：驱动轴是汽车动力传动系中的关键零部件，是一种传递传动、扭矩的轴总成，负责将变速箱的扭力传递到前轮毂总成。
本文主要介绍驱动轴基本参数确定、性能参数确定、结构设计、设计验证等方面的知识。
关键词：驱动轴；设计；参数0 概述 驱动轴总成由等速内球笼、等速外球笼和中间轴组成，内万向节可弯曲，并可沿轴向向内和向外移动，外万向节也可弯曲，但不能向内或向外轴向移动。
驱动轴结构设计相对比较复杂，是根据车型和整车的布置进行的方案及结构类型选择。
1 基本参数确定 驱动轴基本设计参数包含万向节结构和规格，与差速器和轮毂的接口尺寸、万向节中心距、移距-摆角参数，强度、刚度和耐久行校核，NVH性能等。
（1）驱动轴的布置。
由于悬挂系统的上下运动结构，使万向节的角度发生变化，同时从变速箱端到车轮端的驱动轴有效工作长度发生，这就要求驱动轴位于变速箱的万向节具备一定量的轴向伸缩滑移功能，同时具有一定量的摆角，以保证悬挂系统可以正常传递动力。
（2）在驱动轴内外端万向节的主要结构及接口尺寸确定之后，万向节的中心点也就确定了。
2 性能参数确定 驱动轴的性能计算主要是万向节的性能计算，这取决于整车的质量参数、发动机的参数、传动系的参数及轮胎的参数等，主要涉及静扭转强度、扭转疲劳强度、耐久性磨损寿命。
（1）以整车类别、发动机参数、变速箱参数、质量参数、轮胎参数作为设计输入。
（2）万向节强度计算，主要对驱动轴最大驱动力矩、最大附着力矩、需要承载的最大力矩、应用力矩等进行核算确定。
（3）耐久性磨损寿命校核，因整车经常处于空载和满载之间的工况行驶，所以选择空载和满载时内球笼轴间夹角均值为研究对象，输入寿命目标值，使用Palmgren/Miner原理进行计算。
（4）轴杆最小横截面直径计算，根据理论公式进行核算得出结果。
等速万向节的设计
等速万向节的设计1. 简介等速万向节是一种常见于机械传动系统中的重要组件，它的设计对于保证传动效率、降低噪音和振动具有重要意义。
本文将深入探讨等速万向节的设计原理、结构特点以及在各种应用场景下的设计考虑因素。
2. 等速万向节的工作原理等速万向节通过连接两个轴的非共线的轴段，实现了轴的旋转和转角传递，并且保持了旋转速度的恒定。
其工作原理可以分为以下几个重要步骤：2.1. 旋转接触点的变化在等速万向节中，两个轴之间的连接处包含了一个或多个球体，在传动过程中，这些球体会不断地在两个轴之间进行滚动。
通过球体的滚动，实现了两个轴的转速传递，并且消除了因轴的非共线而引起的转角变化。
2.2. 分离区的设计为了保证等速万向节的传动效果，需要在球体滚动的过程中，保持轴的传动角度处于接近90度的状态。
为了实现这一点，通常会在等速万向节的结构中引入分离区，通过调整分离区的位置和形状，使得两个轴连接处的传动角度保持稳定。
2.3. 传动效率与相位误差在等速万向节中，为了实现轴的等速传动，需要保证传动效率的最大化，并且控制轴之间的相位误差。
通过优化等速万向节的结构设计，选择合适的球形接触点和合理的分离区形状，可以显著提高传动效率并减小相位误差。
3. 等速万向节的结构特点等速万向节的结构特点对于其传动性能至关重要，以下将从几个方面进行探讨。
3.1. 球体与轴的匹配等速万向节中的球体与轴的匹配是保证传动效果的关键。
球体的直径和形状应与轴的接触面相匹配，以实现最佳的传动效率和接触性能。
此外，球体与轴之间的润滑剂也需要适当选择，以减小接触面的摩擦和磨损。
3.2. 分离区的设计等速万向节中的分离区设计直接影响着传动角度的稳定性。
合理的分离区可以保持两个轴的传动角度接近90度，并且减小相位误差。
分离区通常采用锥形或曲面形状，不同的设计对传动性能有着不同的影响，需要根据具体应用场景进行选择。
3.3. 结构材料的选择等速万向节的结构材料选择包括球体、连接件和外壳等。
万向节传动轴的设计论文
万向节传动轴的设计摘要：采用优化设计方法及可靠性分析方法进行万向传动轴的设计。
针对传动系的传动性能进行传动轴选用与布局设置，以减少附加负荷，通过对两轴之间的夹角的优化和对中间支承刚度的选取以优化结构的布局及减小支承刚度，增加传动轴的传动效率，减小能量的损耗。
基于传动轴的强度及扭转刚度可靠性分析, 以可靠度要求作为约束条件, 建立传动轴的可靠性优化设计模型。
关键词：万向节；传动轴；可靠性分析；优化设计引言万向节传动轴是传动系统的重要组成部分之一。
传动轴选用与设计布置的合理与否直接影响到传动系的传动性能。
选用和布置不当会给传动系增添不必要的和设计未能估算在内的附加动负荷，可能导致传动系不能正常运转和过早的损坏。
因而为使传动系能良好地发挥其应有的性能和正常运转，设计传动轴的布局以研究其性能的影响，是提高传动效率和寿命的研究方向。
1 万向传动轴的介绍万向传动轴主要是由万向节、传动轴和中间支承组成。
其主要用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩。
例如万向传动轴在汽车底盘的的应用如图1。
图1 汽车主转动轴而伴随着传动技术的发展，为满足不同工况的需求形成了各种万向节，万向节可以分为刚性万向节和挠性万向节：刚性万向节可分为不等速万向节（如十字轴式）、准等速万向节（如双联式、凸块式、三销轴式等）和等速万向节（如球叉式、球笼式等）；挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。
目前，十字轴式刚性万向节传动轴在汽车传动系中用得最广泛。
变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴之间普遍采用十字轴万向传动轴。
在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴。
当后驱动桥为独立的弹性，采用挠性万向传动轴。
对于万向传动轴设计应满足如下基本要求：1.保证所需要连接的两根轴相对位置在预定的范围内变动时，能够可靠地传递动力距。
2.保证所需要连接两轴尽可能等速运转。
3.由万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应都应在允许的范围内。
4.尽量达到传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等要求。
轿车等速驱动轴总成设计规格及总长定形框架计算
参考文献：
[ 1 ] 石宝枢. 传动轴参数速查手册/球笼式等速万向节总成无干涉设计（引用时均未发表）
根据式（4）得差速器与轮毂定位面中心连线与水平夹角
arctan( y x )
180
arctan(255 720)
180
19.5
根据式（5）得初始差速器与轮毂定位面中心连线长度
Lg x 2 y 2 7202 2552 763.8mm
根据式（6）得设计驱动轴总成初始装车角度
轿车等速驱动轴总成设计规格 及总长尺寸定形框架计算
姜大杰
（浙江众达传动股份有限公司，浙江 金华 ３２１０２５）
摘要： 根据发动机参数逆向设计计算出球笼式等速万向节传动轴轴杆和花键小径最小直径及总成规格，
根据轿车驱动桥上差速器与轮毂两端定位面坐标确定球笼式等速万向节传动轴总成水平总长。
关键词：等速万向节；驱动轴；规格；坐标；设计；计算；
N (a1 8 4） k1 (175 8 4) 0.6 3360 N m
根据式（2）得总成中间轴杆和花键小径最小不小于
d 3 N 0.245 3 3360 0.245 23.9mm
根据式（3）得总成规格不小于
Fa
d 23.9 100 100 94.2 (选取整数得 95，即 95 规格) 25.4 25.4
1 计算等速万向节传动轴轴杆和花键小径最小直径及总成规格
首先，了解发动机参数，如额定扭矩 a1(N·m),额定转速 b2(r/min),主减速比(8： 1)，1 挡减速比(4：1)，因 2 至 5 挡时不为输出扭矩不为最大输出扭矩，故此不作计算， 特以 1 挡减速比计算输出扭矩最大值，得单根总成最大承受扭矩
电动轿车等速万向节驱动轴设计与验证
［ Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ］ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ； ｄ ｉ ｒ ｖ ｅ ｓ ｈ ａ ｆ ｔ ； ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
０ 引 言
轿 车 等速万 向节驱 动轴 总成 的结 构设 计 是一 个很 复杂 的设计 程 序 ，是根 据 车型 和整 车 的布置 需要进 行 的方 案及 结构 类 型选择 。一旦 方案 确定
图 １电动轿车前转 向驱动桥结构图
Ｆｉ ｇ． １ Ｆｒ ｏｎ ｔ ｓ ｔ ｅ ｅｒ ｉ ｎ ｇ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ａｘ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ａｒ
１ ． １ 等 速万 向节 结构 类型 的选择
当轿 车在不平路 面上行 驶而车 轮受到 冲击 时． 就可以借助可轴 向伸缩 的万 向节来 吸收冲击 能量 ， 从而缓和传到机体上的冲击 ， 以保证两前轮 始终 同时 着陆 ， 具 有 一定 的缓 冲作用 Ｉ ２ ］ 。一 般前桥
Ｐ ａ ｎ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ
（ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ｉ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｈｅ ｆ ｅ ｉ Ｃ ｉ ｔ ｙ ， Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ２ ３ ０ ０ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第５ ｌ 卷 第ｌ ２ 期
Ｖ０ ｌ ＿ ５１ Ｎｏ ．１ ２
农 业装 备 与车辆 工程
Ａ Ｇ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｌ Ｔ Ｕ Ｒ Ａ Ｌ Ｅ Ｑ Ｕ Ｉ Ｐ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ＆ Ｖ Ｅ Ｈ Ｉ Ｃ Ｌ Ｅ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ
汽车等速万向节传动轴的可靠性设计与解析
由于可靠度是指许 用 剪切 应 力 超 过实际 剪切 应力( 即 δ ＞ τ ) 的概率， 如令 y = δ － τ ， 则 f( y) 为 2 珋 1 －( y －y ) f( y) = exp ， ( 11 ) 2 2 σy 2 πσ y 槡 珋 珋 =δ －珔 式中: y τ; σ y = 态分布。 σ δ + σ τ 。 显然 f ( y ) 也 是 正 槡
1
传动轴的转矩及产生的剪切应力
汽车等速万 向 节传动 轴 总 成 为一 端固 定， 另 一端承受转矩。 1． 1 转矩 转矩与材料 剪切弹 性 模 量、 扭 转 角 和 极惯 性 ［1 ］ 矩成正比， 其值为 W = GθI P ， I P = πd / 32 。 对于实心轴， 汽车等速万向节传动 轴 总 成 的 固 定 端 一 般 为 球笼式万向 节， 该 万 向 节 内部 基 本 属于静 态运 转 工况。在该 工 况下， 钢球 与 星 形 套 和 钟 形 壳 之间 均为共轭 Hertz 接 触。 显然， 星 形 套、 钟形壳和钢
图3
可靠度随平均半径的变化曲线
由图 3 可 以 看 出， 传动 轴 可靠度 R 先随 其 平 r 的增大而急剧增大， r 增大 到 一 定 程度 均半径 珋 当珋
图1 可靠度随半径偏差的变化曲线
由图 1 可 以 看 出， 可靠度 R 随 传动 轴 半 径 偏 差系数 α 的 增大 而 减 小。 因此， 减 小 传动 轴 半 径 的偏差， 或者提高该尺寸 的公 差 等 级 和 稳定 性， 可 确保传动轴具有较高的可靠度。 4 ． 2 许用剪切应力标准差变化对可靠度的影响 zR = 127 ． 526 2 σ δ + 513 ． 146 1 槡
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轿车等速万向节驱动轴总成的设计分析
瓦房店轴承集团公司(辽宁瓦房店 116300 石宝枢杨洪香
轿车等速万向节驱动轴总成的结构设计是一个很复杂的设计程序,是根据车型和整车的布置需要进行的方案及结构类型选择。
一旦方案确定后,再根据整车及悬架等有关结构参数确定其结构尺寸,然后根据悬挂运动学原理确定驱动轴及万向节的长度尺寸及内、外节的转角和伸缩行程,还要进行内部结构、尺寸和强度等的设计计算。
而如何进行上述过程,本文将做如下分析。
1 等速万向节结构类型的选择
1.1 轿车前转向驱动桥的结构特征
如图1所示,当发动机的动力传到前桥中央传动和差速器后,平均分配给两侧半轴,然后再经
等速万向节和前轮毂带动前轮,进而完成驱动和转向的功能。
1.2
等速万向节结构类型的选择
1-固定端万向节;2-驱动半轴;3-差速器;4-滑移端万向节;5-驱动半轴;6-驱动轮;7-固定端万向节;8-滑移端万向节
图1 轿车前转向驱动桥结构图
如图2所示,当轿车在不平路面上行驶而轮受到冲击时,就可以借助可轴向伸缩的万向节来吸收冲击能量,从而缓和传到机体上的冲击,以保证两前轮始终同时着路,具有一定的缓冲作用。
一般前桥内侧的可轴向伸缩的万向节有交叉滚道式、三柱轴式和双偏置式等几种万向节,极限转角可达20b ,伸缩量可达?20mm 。
如图3所示,由于前桥还要担负转向的任务,转向时,前轮要绕着转向节转动一个角度,在这种情况下,外侧的前轮由等速万向节可以保证前桥的半轴和差速器之间等角速传递动力。
这时,一般选用最常见的球笼式万向节,其极限转角可达40b 。
1.3 球笼式万向节与轮毂的联结
球笼式万向节与轮毂联结的典型结构如图4所示,球笼式万向节钟形壳的外花键轴部分与前轮毂内花键配合,
轴端通过锁紧螺母和垫圈锁紧。
图2 轿车在不平路面时驱动轴的倾斜
钟形壳和轮毂均有密封圈,由于轮毂同时承受径向和轴向载荷,一般常用一对圆锥滚子轴承或者双列角接触球轴承,其外径与转向节内径过渡配合,轮毂法兰盘与驱动轮辐板通过螺栓联结,这样钟形壳、轮毂和驱动轮成为一体,进而完成驱动和转向的功能。
#
17#5轴承62000.l .5
图3
轿车转向时球笼式万向节的转角
1-内密封圈;2-轴承;3-外密封圈;4-轮毂; 5-螺母;6-衬垫;7-驱动花键轴;8-转向节图4 球笼式万向节与前轮毂的联结结构图
2 驱动轴临界转速的计算
当驱动轴的转速接近它的弯曲自然振动频率时,即出现共振现象,其挠度急剧增加,致使驱动轴折断,这个转速即为该体的临界转速。
因此,在设计时应考虑驱动轴的最大工作转速必须低于临界转速。
等速万向节驱动轴总成可以简化为两端自由支承的等断面的简支梁,其临界转速n 可按下式计算:
n = 1.2@108
@
D 2+d 2
L
2式中 n
临界转速,r P min D 轴管外径,mm d 轴管内径,mm
L
支承点长度(可取两万向节中心之距,mm
计算出来的临界转速的安全系数(临界转速n 与发动机最高转速n 发之比不得低于1.5,或n 应比n 发高出70%~80%。
这是因为在制造中的动平衡质量和使用后的磨损,都会使n 值下降。
3 等速万向节驱动轴的受力及扭矩
容量的确定
等速万向节驱动轴总成,除承受图纸要求的一定量值的轴向滑移力外,主要是承受扭转力矩。
其转矩的确定可按下式计算。
按发动机最大扭矩计算时
M j =0.6M e max i k i 0
按最大附着力计算时
M j =96.10517
G 1
2r k
<式中 M j
驱动轴计算扭矩,N #m M e max
发动机最大扭矩,N #m i k 变速器一档速比i 0
驱动器主减速比
G 1前驱动轿满载时轴向载荷,N r k 轮胎滚动半径,m
<
路面附着系数,一般取<=0.8
4 结构设计的内容和原则
若结构方案已经确定,要考虑到前桥的空间尺寸确定万向节的结构尺寸和进行强度计算,如:内部一系列结构参数的设计计算、花键参数的计算、传动轴管扭转应力的计算等。
除此理论计算外,还要对各种性能(按技术文件要求进行检验,特别要对驱动轴总成进行静强度试验、动态扭转疲劳试验和运动灵敏度等试验,以检验等速万向节驱动轴总成的综合性能,使其在各种复杂工况下均能达到设计和使用要求。
第一作者:石宝枢高级工程师
(收稿日期:1999-05-18
(编辑:杜迎辉
#
18#
本期内容摘要
宋如英.提高深沟球轴承动态性能的意见.轴承, 2000(5:1~3
论述了我国深沟球轴承动态性能的现状及形成机理,说明要降低振动应采取以下措施:制(修订符合用户质量特性要求的振动分级标准,制订能够指导企业生产Z
3
组以上振动级别的主要生产工艺参数的行业内控标准及认真抓好生产低振动深沟球轴承关键工序的工艺攻关。
叙词:深沟球轴承振动动态特性
葛世东,张建伟,刘宏业.陶瓷球和钢混合轴承的典型力学性能分析.轴
承,2000(5:4~6
用一个计算实例较详细地分析了用陶瓷球替换钢球后的轴承内部受力的变化情况,表明简单地用陶瓷球替换钢球并不一定能延长轴承的使用寿命,陶瓷球轴承需要专门的设计才能发挥其优越性。
附图8幅,表1个,参考文献2篇。
叙词:陶瓷轴承球轴承力学性能寿命
戴德文,郭维筠,王振华等.矫直机支承辊结构改造及发展趋势.轴承,2000(5:7~8
矫直是轧制过程中的一道必不可少的工序,传统的两端轴承支撑的矫直机支承辊存在着密封性差、轴承损坏频繁、维修成本高等问题。
介绍了新型矫直机支承辊的结构及特点。
附图1幅。
叙词:矫直机支承辊结构
赵广炎.螺杆钻具推力轴承设计要点.轴承,2000(5: 9~10
叙词:钻具推力球轴承设计
闻传涛,杨涌泉,拾益跃.大型推力圆锥滚子轴承滚道及挡边尺寸的确定.轴
承,2000(5:11~13
由于大型轴承不便于在仪器上测量,在生产中只能间接确定滚道、挡边尺寸,介绍了用计算法和绘图法确定滚道、挡边尺寸的方法及步骤。
附图5幅。
叙词:大型轴承推力滚子轴承滚道挡边尺寸
郑艳萍,杨晓蔚,王大力等.采用多目标函数确定角接触球轴承的最佳预载荷.轴承,2000(5:13~16轴承预载荷的取值在很大程度上影响着高速角接触球轴承的动态性能。
本文综合分析了角接触球轴承接触应力、刚度、陀螺力矩、旋滚比、打滑率和寿命等一系列特征参数,采用多目标函数进行优化计算分析,给出了角接触球轴承的最佳预载荷确定方法。
附图4幅,表2个,参考文献2篇。
叙词:角接触球轴承预载荷计算
石宝枢,杨洪香.轿车等速万向节驱动轴总成的设计分析.轴承,2000(5:17~18
轿车用等速万向节驱动轴总成的结构设计是一个很重要的设计程序。
本文就等速万向节结构类型的选择、驱动轴临界转速、受力及扭矩容量确定等内容作了介绍。
附图4幅。
叙词:万向节驱动轴结构设计
杨金福,贾虹.光栅测量技术在轴承套圈精密冷辗中的应用.轴承,2000(5:19~22
光栅测量技术作为冷辗机的一种必要的测量手段,愈来愈受到国内外机械行业的重视。
介绍了光栅测量的特点、信号处理方式及应用情况。
附图5幅,表2个。
叙词:光栅传感器测量技术套圈辗环机
庞启兴,许雪飞,张晶霞.水泵轴连轴承外圈端面磨削工艺改进.轴承,2000(5:23~24 叙词:轴连轴承外圈端面切削双端面磨床
田民,时大方,李新东.两种精密冷辗机床及工艺分析.轴承,2000(5:24~26
精密冷辗扩是发展较快的加工毛坯的先进技术,本文从机床结构分类出发,对开式和闭式两种类型的设备和工艺及经济性做了较全面的分析。
附图2幅,表2个。
叙词:冷辗扩工艺辗环机结构
陈聚伟.中小型深沟球轴承套圈冷辗扩工艺.轴承, 2000(5:26~27
本文提出了冷辗扩中小型深沟球轴承套圈的工艺设计方法,介绍了结合套圈宽度及重量确定辗扩前套圈的图形及尺寸的方法及过程。
附图2幅。
叙词:深沟球轴承套圈冷辗扩
张昆燕.筐形保持架工艺改进及料芯的再利用.轴承,2000(5:28~30
介绍了筐形保持架的料芯轧薄后加工小型号保持架的工艺工装改进、工艺试验和验证过程。
试验结果表明,筐形保持架的料芯再利用是可行的,并且提高了材料利用率,降低了成本。
附图6幅,表2个。
叙词:保持架工艺试验材料利用率
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