1、轎車等速萬向節(jié)驅(qū)動軸總成的設(shè)計分析瓦房店軸承集團公司(遼寧瓦房店 116300 石寶樞 楊洪香轎車等速萬向節(jié)驅(qū)動軸總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個很復雜的設(shè)計程序,是根據(jù)車型和整車的布置需要進行的方案及結(jié)構(gòu)類型選擇。一旦方案確定后,再根據(jù)整車及懸架等有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定其結(jié)構(gòu)尺寸,然后根據(jù)懸掛運動學原理確定驅(qū)動軸及萬向節(jié)的長度尺寸及內(nèi)、外節(jié)的轉(zhuǎn)角和伸縮行程,還要進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)、尺寸和強度等的設(shè)計計算。而如何進行上述過程,本文將做如下分析。1 等速萬向節(jié)結(jié)構(gòu)類型的選擇1.1 轎車前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)特征如圖1所示,當發(fā)動機的動力傳到前橋中央傳動和差速器后,平均分配給兩側(cè)半軸,然后再經(jīng)等速萬向節(jié)和前輪轂帶動前輪,進而

2、完成驅(qū)動和轉(zhuǎn)向的功能。1.2 等速萬向節(jié)結(jié)構(gòu)類型的選擇1-固定端萬向節(jié);2-驅(qū)動半軸;3-差速器;4-滑移端萬向節(jié);5-驅(qū)動半軸;6-驅(qū)動輪;7-固定端萬向節(jié);8-滑移端萬向節(jié)圖1 轎車前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,當轎車在不平路面上行駛而輪受到?jīng)_擊時,就可以借助可軸向伸縮的萬向節(jié)來吸收沖擊能量,從而緩和傳到機體上的沖擊,以保證兩前輪始終同時著路,具有一定的緩沖作用。一般前橋內(nèi)側(cè)的可軸向伸縮的萬向節(jié)有交叉滾道式、三柱軸式和雙偏置式等幾種萬向節(jié),極限轉(zhuǎn)角可達20b ,伸縮量可達?20mm 。如圖3所示,由于前橋還要擔負轉(zhuǎn)向的任務,轉(zhuǎn)向時,前輪要繞著轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動一個角度,在這種情況下,外側(cè)的前輪由等

3、速萬向節(jié)可以保證前橋的半軸和差速器之間等角速傳遞動力。這時,一般選用最常見的球籠式萬向節(jié),其極限轉(zhuǎn)角可達40b 。1.3 球籠式萬向節(jié)與輪轂的聯(lián)結(jié)球籠式萬向節(jié)與輪轂聯(lián)結(jié)的典型結(jié)構(gòu)如圖4所示,球籠式萬向節(jié)鐘形殼的外花鍵軸部分與前輪轂內(nèi)花鍵配合, 軸端通過鎖緊螺母和墊圈鎖緊。圖2 轎車在不平路面時驅(qū)動軸的傾斜鐘形殼和輪轂均有密封圈,由于輪轂同時承受徑向和軸向載荷,一般常用一對圓錐滾子軸承或者雙列角接觸球軸承,其外徑與轉(zhuǎn)向節(jié)內(nèi)徑過渡配合,輪轂法蘭盤與驅(qū)動輪輻板通過螺栓聯(lián)結(jié),這樣鐘形殼、輪轂和驅(qū)動輪成為一體,進而完成驅(qū)動和轉(zhuǎn)向的功能。#17#5軸承62000.l .5 圖3 轎車轉(zhuǎn)向時球籠式萬向節(jié)的轉(zhuǎn)

4、角1-內(nèi)密封圈;2-軸承;3-外密封圈;4-輪轂; 5-螺母;6-襯墊;7-驅(qū)動花鍵軸;8-轉(zhuǎn)向節(jié)圖4 球籠式萬向節(jié)與前輪轂的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)圖2 驅(qū)動軸臨界轉(zhuǎn)速的計算當驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速接近它的彎曲自然振動頻率時,即出現(xiàn)共振現(xiàn)象,其撓度急劇增加,致使驅(qū)動軸折斷,這個轉(zhuǎn)速即為該體的臨界轉(zhuǎn)速。因此,在設(shè)計時應考慮驅(qū)動軸的最大工作轉(zhuǎn)速必須低于臨界轉(zhuǎn)速。等速萬向節(jié)驅(qū)動軸總成可以簡化為兩端自由支承的等斷面的簡支梁,其臨界轉(zhuǎn)速n 可按下式計算:n = 1.2108D 2+d 2L2式中 n臨界轉(zhuǎn)速,r P min D 軸管外徑,mm d 軸管內(nèi)徑,mmL支承點長度(可取兩萬向節(jié)中心之距,mm計算出來的臨界轉(zhuǎn)速的安全系

5、數(shù)(臨界轉(zhuǎn)速n 與發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速n 發(fā)之比不得低于1.5,或n 應比n 發(fā)高出70%80%。這是因為在制造中的動平衡質(zhì)量和使用后的磨損,都會使n 值下降。3 等速萬向節(jié)驅(qū)動軸的受力及扭矩容量的確定等速萬向節(jié)驅(qū)動軸總成,除承受圖紙要求的一定量值的軸向滑移力外,主要是承受扭轉(zhuǎn)力矩。其轉(zhuǎn)矩的確定可按下式計算。按發(fā)動機最大扭矩計算時M j =0.6M e max i k i 0按最大附著力計算時M j =96.10517G 12r k<式中 M j驅(qū)動軸計算扭矩,N #m M e max發(fā)動機最大扭矩,N #m i k 變速器一檔速比i 0驅(qū)動器主減速比G 1前驅(qū)動轎滿載時軸向載荷,N r k

6、輪胎滾動半徑,m<路面附著系數(shù),一般取<=0.84 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和原則若結(jié)構(gòu)方案已經(jīng)確定,要考慮到前橋的空間尺寸確定萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸和進行強度計算,如:內(nèi)部一系列結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計計算、花鍵參數(shù)的計算、傳動軸管扭轉(zhuǎn)應力的計算等。除此理論計算外,還要對各種性能(按技術(shù)文件要求進行檢驗,特別要對驅(qū)動軸總成進行靜強度試驗、動態(tài)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗和運動靈敏度等試驗,以檢驗等速萬向節(jié)驅(qū)動軸總成的綜合性能,使其在各種復雜工況下均能達到設(shè)計和使用要求。第一作者:石寶樞 高級工程師(收稿日期:1999-05-18(編輯:杜迎輝#18#本期內(nèi)容摘要論述了我國深溝球軸承動態(tài)性能的現(xiàn)狀及形成機理,說明要降低振動

7、應采取以下措施:制(修訂符合用戶質(zhì)量特性要求的振動分級標準,制訂能夠指導企業(yè)生產(chǎn)Z3組以上振動級別的主要生產(chǎn)工藝參數(shù)的行業(yè)內(nèi)控標準及認真抓好生產(chǎn)低振動深溝球軸承關(guān)鍵工序的工藝攻關(guān)。敘詞:深溝球軸承振動動態(tài)特性用一個計算實例較詳細地分析了用陶瓷球替換鋼球后的軸承內(nèi)部受力的變化情況,表明簡單地用陶瓷球替換鋼球并不一定能延長軸承的使用壽命,陶瓷球軸承需要專門的設(shè)計才能發(fā)揮其優(yōu)越性。附圖8幅,表1個,參考文獻2篇。敘詞:陶瓷軸承球軸承力學性能壽命矯直是軋制過程中的一道必不可少的工序,傳統(tǒng)的兩端軸承支撐的矯直機支承輥存在著密封性差、軸承損壞頻繁、維修成本高等問題。介紹了新型矯直機支承輥的結(jié)構(gòu)及特點。附圖

8、1幅。敘詞:矯直機支承輥結(jié)構(gòu)敘詞:鉆具推力球軸承設(shè)計由于大型軸承不便于在儀器上測量,在生產(chǎn)中只能間接確定滾道、擋邊尺寸,介紹了用計算法和繪圖法確定滾道、擋邊尺寸的方法及步驟。附圖5幅。敘詞:大型軸承推力滾子軸承滾道擋邊尺寸敘詞:角接觸球軸承預載荷計算轎車用等速萬向節(jié)驅(qū)動軸總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個很重要的設(shè)計程序。本文就等速萬向節(jié)結(jié)構(gòu)類型的選擇、驅(qū)動軸臨界轉(zhuǎn)速、受力及扭矩容量確定等內(nèi)容作了介紹。附圖4幅。敘詞:萬向節(jié)驅(qū)動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計光柵測量技術(shù)作為冷輾機的一種必要的測量手段,愈來愈受到國內(nèi)外機械行業(yè)的重視。介紹了光柵測量的特點、信號處理方式及應用情況。附圖5幅,表2個。敘詞:光柵傳感器測量技術(shù)套圈輾環(huán)機敘詞:軸連軸承外圈端面切削雙端面磨床精密冷輾擴是發(fā)展較快的加工毛坯的先進技術(shù),本文從機床結(jié)構(gòu)分類出發(fā),對開式和閉式兩種類型的設(shè)備和工藝及經(jīng)濟性做了較全面的分析。附圖2幅,表2個。敘詞:冷輾擴工藝輾環(huán)機結(jié)構(gòu)本文提出了冷輾擴中小型深溝球軸承套圈的工藝設(shè)計方法,介紹了結(jié)合套圈寬度及重量確定輾擴前套圈的圖形及尺寸的方法及過程。附