论文部分内容阅读
概述
前置发动机后轮驱动的汽车在行驶中，由于悬架的不断变形，变速器与驱动桥的相对位置（高度和距离）也在不断的变化，所以变速器的输出轴与驱动桥的输入轴非刚性联接，即采用伸缩的万向传动轴来联接。当联接的距离较近时，常采用两个十字轴万向节和一根可伸缩的传动轴；传动轴的长度超过1.5m时，则应将传动轴分成两节或三节，用三个或四个万向节，且后面一根为可伸缩传动轴，中间传动轴应有支承。
汽车传动轴的主要结构
汽车传动轴一般由万向节、轴管及其伸缩花键等组成。对于长距轴汽车的分段传动轴，还需要中间支承（图1）。
·传动轴管
由低碳钢板卷制壁厚均、壁薄（1.5～3.0mm）、管径较大、易质量平衡、扭转强度高、弯曲刚度大、适用高速旋转的电焊钢管制成。大型货车的传动轴则直接采用无缝钢管。
·伸缩花键
花键有矩形或渐开线齿形，用于补偿由于汽车行驶时传动轴两万向节之间的长度变化。为减小阻力及磨损，对花键齿磷化处理或喷涂尼龙。对于这两种结构的伸缩部位都应有润滑和防尘措施，间隙不宜过大，以免引起传动轴的振动。装车时传动轴的伸缩花键一端应靠近变速器或中间支承而不应靠近驱动桥。
·中间支承
用于长轴距汽车的分段传动轴，以提高传动的临界转速、避免共振及减小噪声。它安装在车架横梁或车身底架上，其能补偿传动轴的安装误差及适应行驶中由于弹性悬置的发动机的窜动和车架变形引起的位移，而其支承内的轴承应不受或少受由此产生的附加载荷。以前中间支承内采用橡胶弹性元件上的单列球轴承。橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动、降低噪声及承支的径向力，但不能承受轴向力，因此应合理选择支承刚度，避免在传动轴常用转速内产生共振。
·万向节
万向节按其在扭转方向上是否具有明显弹性，分为刚性万向节和挠性万向节。载货汽车多采用普通刚性十字轴式万向节，结构形式（图2），其结构简单、传动效率高。十字轴式万向节主要由主要主动叉、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，为提高使用寿命，十字轴内带有润滑系统。
传动轴的设计
·轴管外径D
在传动轴设计中，主要是选择传动轴的长度和断面尺寸。根据所传最大转矩、最高转速和传动轴长度及专业生产厂内的系列产品来初步选定轴管外径及壁厚（或内径）并校核临界转速及扭转强度。
传动轴的临界转速
两端自由支承、壁厚均匀的等截面传动轴的临界转速为： nc=1.2€?08∕L2
式中nc—临界转速，[nc]为r/min，L—传动轴长度，即两万向节中心之间的距离，[L]为mm，D、d—传动轴轴管的外径和内径，它们的单位为mm。
由于空心传动轴的临界速要比实心轴的高，并且节省材料，所以在汽车传动轴中多采用空心轴。
临界转速与最大转速之比为安全系数：K= nc / nmax，其中nc为最高车速时的传动轴的最高转速，载货汽车由于动平衡、伸缩花键的精度及载货的特殊工况，选K＝3.0。
轴管的扭转应力=()∕[]≤[€%m],式中[€%m]—许用应力，取[€%m]＝300 N/mm2 ,Tj—传动轴计算转矩，N·mm。
·传动轴的伸缩花键
（1）花键的扭转应力：€%mh=()∕（），式中€%mh—花键轴内径的扭转应力，N/mm2，dh—花键内径，mm。确定€%mh的许用扭转应力安全系数为2～3。
（2）传动轴伸缩花键齿侧的挤压应力：€%lj=Tj∕{[（Dh+dh）∕4]€譡（Dh+dh）∕2] €譒€譠}≤[€%lj]，式中Z—花键齿数，L—键齿有效长度 mm，Dh—花键外径mm。[€%lj]—许用挤压应力，当花键齿面硬度大于HRC35时，伸缩花键[€%lj]＝25～50 N/mm2。
花键轴材料多为40Cr，花键套材料为：40、45号钢调质。
传动轴总成的动平衡
为了减少传动轴在高速旋转时所产生的噪声和振动，应该提高传动轴的平衡度。传动轴的动平衡需要在专用的试验台上测量，对传动轴不平衡的需在适当位置点焊平衡片，以保证其平衡。对于载货汽车，要求当转速在1000～4000r/min时，不平衡度不应超过10 N·mm。
万向节十字轴设计校核
万向节十字轴的设计校核，可以根据专业厂所提供的额定扭矩值，并与传动轴的设计算扭矩进行比较。若所选十字轴额定扭矩值大于传动轴计算扭矩值，故可以选用。十字轴由20Cr或20CrMnTi及12CrNiA等低碳合金钢制造，经渗碳淬火，表面硬度为HRC58～65。
本文主要以理论为基础介绍了载货汽车传动轴的结构及设计，明确传动轴的设计思路。现在对于传动轴的设计，我们可以参考专业生产厂所提供的相关数据，选取对应的产品，并做对应的校核即可。传动轴的各个部件都已经形成列系列化、标准化、通用化，这大大也减少了设计人员的重复劳动。
（作者单位：沈阳金杯车辆制造有限公司）
前置发动机后轮驱动的汽车在行驶中，由于悬架的不断变形，变速器与驱动桥的相对位置（高度和距离）也在不断的变化，所以变速器的输出轴与驱动桥的输入轴非刚性联接，即采用伸缩的万向传动轴来联接。当联接的距离较近时，常采用两个十字轴万向节和一根可伸缩的传动轴；传动轴的长度超过1.5m时，则应将传动轴分成两节或三节，用三个或四个万向节，且后面一根为可伸缩传动轴，中间传动轴应有支承。
汽车传动轴的主要结构
汽车传动轴一般由万向节、轴管及其伸缩花键等组成。对于长距轴汽车的分段传动轴，还需要中间支承（图1）。
·传动轴管
由低碳钢板卷制壁厚均、壁薄（1.5～3.0mm）、管径较大、易质量平衡、扭转强度高、弯曲刚度大、适用高速旋转的电焊钢管制成。大型货车的传动轴则直接采用无缝钢管。
·伸缩花键
花键有矩形或渐开线齿形，用于补偿由于汽车行驶时传动轴两万向节之间的长度变化。为减小阻力及磨损，对花键齿磷化处理或喷涂尼龙。对于这两种结构的伸缩部位都应有润滑和防尘措施，间隙不宜过大，以免引起传动轴的振动。装车时传动轴的伸缩花键一端应靠近变速器或中间支承而不应靠近驱动桥。
·中间支承
用于长轴距汽车的分段传动轴，以提高传动的临界转速、避免共振及减小噪声。它安装在车架横梁或车身底架上，其能补偿传动轴的安装误差及适应行驶中由于弹性悬置的发动机的窜动和车架变形引起的位移，而其支承内的轴承应不受或少受由此产生的附加载荷。以前中间支承内采用橡胶弹性元件上的单列球轴承。橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动、降低噪声及承支的径向力，但不能承受轴向力，因此应合理选择支承刚度，避免在传动轴常用转速内产生共振。
·万向节
万向节按其在扭转方向上是否具有明显弹性，分为刚性万向节和挠性万向节。载货汽车多采用普通刚性十字轴式万向节，结构形式（图2），其结构简单、传动效率高。十字轴式万向节主要由主要主动叉、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，为提高使用寿命，十字轴内带有润滑系统。
传动轴的设计
·轴管外径D
在传动轴设计中，主要是选择传动轴的长度和断面尺寸。根据所传最大转矩、最高转速和传动轴长度及专业生产厂内的系列产品来初步选定轴管外径及壁厚（或内径）并校核临界转速及扭转强度。
传动轴的临界转速
两端自由支承、壁厚均匀的等截面传动轴的临界转速为： nc=1.2€?08∕L2
式中nc—临界转速，[nc]为r/min，L—传动轴长度，即两万向节中心之间的距离，[L]为mm，D、d—传动轴轴管的外径和内径，它们的单位为mm。
由于空心传动轴的临界速要比实心轴的高，并且节省材料，所以在汽车传动轴中多采用空心轴。
临界转速与最大转速之比为安全系数：K= nc / nmax，其中nc为最高车速时的传动轴的最高转速，载货汽车由于动平衡、伸缩花键的精度及载货的特殊工况，选K＝3.0。
轴管的扭转应力=()∕[]≤[€%m],式中[€%m]—许用应力，取[€%m]＝300 N/mm2 ,Tj—传动轴计算转矩，N·mm。
·传动轴的伸缩花键
（1）花键的扭转应力：€%mh=()∕（），式中€%mh—花键轴内径的扭转应力，N/mm2，dh—花键内径，mm。确定€%mh的许用扭转应力安全系数为2～3。
（2）传动轴伸缩花键齿侧的挤压应力：€%lj=Tj∕{[（Dh+dh）∕4]€譡（Dh+dh）∕2] €譒€譠}≤[€%lj]，式中Z—花键齿数，L—键齿有效长度 mm，Dh—花键外径mm。[€%lj]—许用挤压应力，当花键齿面硬度大于HRC35时，伸缩花键[€%lj]＝25～50 N/mm2。
花键轴材料多为40Cr，花键套材料为：40、45号钢调质。
传动轴总成的动平衡
为了减少传动轴在高速旋转时所产生的噪声和振动，应该提高传动轴的平衡度。传动轴的动平衡需要在专用的试验台上测量，对传动轴不平衡的需在适当位置点焊平衡片，以保证其平衡。对于载货汽车，要求当转速在1000～4000r/min时，不平衡度不应超过10 N·mm。
万向节十字轴设计校核
万向节十字轴的设计校核，可以根据专业厂所提供的额定扭矩值，并与传动轴的设计算扭矩进行比较。若所选十字轴额定扭矩值大于传动轴计算扭矩值，故可以选用。十字轴由20Cr或20CrMnTi及12CrNiA等低碳合金钢制造，经渗碳淬火，表面硬度为HRC58～65。
本文主要以理论为基础介绍了载货汽车传动轴的结构及设计，明确传动轴的设计思路。现在对于传动轴的设计，我们可以参考专业生产厂所提供的相关数据，选取对应的产品，并做对应的校核即可。传动轴的各个部件都已经形成列系列化、标准化、通用化，这大大也减少了设计人员的重复劳动。
（作者单位：沈阳金杯车辆制造有限公司）