一种驱动轴长度与整车的匹配设计方法

车辆工程技术30车辆技术汽车驱动轴匹配设计分析李春强1,陈宋兵2,罗　斌2（1.长安蔚来新能源汽车科技有限公司,南京 211100;2.重庆长安新能源汽车科技有限公司,重庆401120）摘　要：前置前驱轿车所选用的驱动轴通常采用球笼式万向节结构，其与整车的匹配设计是一个较复杂的设计分析过程。

与整车动力的布置及性能参数，悬架的运动学机构及参数密切相关。

现代汽车驱动轴的匹配设计，从舒适性、NVH、能耗等方面都对驱动轴的选型匹配提出了很多性能上的指标要求。

本文就前置前驱轿车驱动轴的匹配设计做一个系统性阐述。

关键词：功能结构；选型设计分析；材料选择；试验验证0　引言 驱动轴作为汽车传动系统中的重要零部件，关系到整个传动系统的动力传递，所以驱动轴传递扭矩的可靠性和耐久性设计显得尤为重要，这个也是必须满足的基本技术要求。

随着汽车技术的发展和用户日益增长的需求，对驱动轴的性能设计也提出了很多技术指标，以逐步适应车辆的各种性能要求，提升车辆的品质感。

1　驱动轴的功能结构 驱动轴是将不同轴线上转矩传递的传动装置，位于汽车传动系的末端,其功用是将转矩从差速器半轴齿轮传给驱动车轮，使车辆前进或倒退，同时还要吸收车轮转向和悬架跳动引起的角度和位移变化。

汽车常用驱动轴的按布置型式分为一段式和两端式两种，结构及组成如图1。

图1　驱动轴总成基本结构 1—固定节；2—中间轴杆；3—移动节；4—轴承支座；5—深沟球轴承；6—长柄轴。

注：关于固定节和滑移节的名称定义及分类，各专业生产厂家和主机厂的叫法并不统一，可以参考相关国家标准和行业标准。

2　驱动轴选型设计分析2.1　汽车驱动轴的扭矩选型设计相关参数 M emax ——发动机(电机)最大扭矩（Nm） n emax —发动机(电机)最大转速（rpm） σ—电机扭矩波动系数 i 1—变速器一档速比 i m —变速器最高档速比 i 0—主减速器速比 N—驱动轴数量,通常N=2 K—液力变矩器变距系数，K=0.5（K 0-1）+1[1]，K 0为最大变距系数，一般用于自动挡车型。

2021年第7期潘彦成赵国栋秦广义安鹏姜显丰（一汽奔腾轿车有限公司，长春130000）【摘要】基于整车平台化、模块化开发策略，论证分析了关键尺寸参数L113的设定过程。

通过对L113的尺寸链分解，提出了各部分对L113的限制因素，并且明确了设定方法。

平台开发过程中，L113的合理规划，既对汽车设计及零部件的成本降低起到重要作用，也对确定平台人机属性具有一定的指导意义。

主题词：L113平台化模块化人机工程中图分类号：U462.2+2文献标识码：ADOI:10.19822/ki.1671-6329.20210019The Key Dimension L113Setting of the Vehicle Modular PlatformPan Yancheng,Zhao Guodong,Qin Guangyi,An Peng,Jiang Xianfeng（FAW Car Co.,Ltd.,Changchun 130000）【Abstract 】Based on the vehicle platform and modular development strategies,the process of setting the key dimension parameter L113is demonstrated and analyzed.By decomposing the dimension chain of L113,the limiting factors of each part on L113are proposed,and the setting method is clarified.In the process of platform development,the reasonable planning of L113not only plays an important role in reducing the cost of automobile design and parts,but alsohas a certain guiding significance to determine the human-machine attributes of the platform.Key words:L113,Platform,Modular,Ergonomics整车模块化平台关键尺寸L113设定【欢迎引用】潘彦成，赵国栋，秦广义，等.整车模块化平台关键尺寸L113设定[J].汽车文摘，2021(7):22-26.【Cite this paper 】Pan Y,Zhao G ，Qin G,et al.The Key Dimension L113Setting of the Vehicle Modular Platform [J].Automotive Di⁃gest (Chinese),2021(7):22-26.1前言随着经济的发展，汽车产业成为了我国国民经济的支柱产业，汽车制造业产值约占经济总量的2%~3%[1]。

基于商用车驱动轴轻量化设计，应用Creo有限元分析软件对构件设置边界条件，进行模拟仿真分析。

根据分析结果显示的应力分布，识别改进部位。

针对多项形状尺寸进行参数化设计，通过输出的参数值与应力分布曲线图，选定最佳尺寸参数，制造实样，最后经过台架和道路试验，验证优化方案的合理性与准确性。

1 序言驱动轴是汽车底盘传动系统中的重要零件之一。

在汽车行业，底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系4部分组成，它支承、安装汽车发动机及各部件、总成，形成汽车的整体造型，承受发动机动力，保证正常行驶。

传动系主要是由离合器、变速器、驱动轴和驱动桥等组成。

2 驱动轴结构和原理图1所示为驱动轴，其结构原理源自于万向传动装置，是用于在机构运行过程中，传递相对位置不断改变的两根轴间动力的装置[2]，在工业多领域得到广泛应用。

在汽车领域，驱动轴的功用是连接分布于非同一轴线上的变速器输出轴和主减速器输入轴，并保证在两轴之间的夹角和距离经常变化的情况下，仍能可靠地传递动力。

它是承受高速传动的零件，主要由凸缘叉、万向节十字轴、焊接叉和滑动花键副组成。

图1 驱动轴焊接叉（见图2）是驱动轴中的一个重要部件，其结构和加工工艺直接影响零件的性能，进而影响整车动力传递的效果。

其构造相对简单，但是加工工艺复杂，在选材中，了解其加工工艺，并在工艺设计中合理安排加工工序，设计合理的工装夹具，对产品的最终质量具有十分重要的意义。

为响应国家节能减排号召，顺应行业零部件轻量化趋势，运用PTC Creo Simulate（以下简称“Creo”）软件对驱动轴进行有限元仿真分析和优化设计，最终设计出一款轻质焊接叉，在减轻焊接叉质量的同时，还能维持并提升部件和总成的原有性能水平，减少原材料的耗用，降低车辆的油、电消耗和碳排放，达到节能环保的效果。

图2 焊接叉有限元分析法是根据变分法原理来求解数学物理问题的一种数值计算方法。

Creo 软件是PTC公司基于Pro/E软件推出的升级版本，是集CAD/CAM/CAE于一体的软件集成包，能够实现复杂曲面建模、机构仿真和有限元分析的无缝集成。

《汽车技术》车辆工程职称文章【杂志简介】《汽车技术》以报道汽车整车及其零部件设计、研究、试验、材料、工艺、使用和维修等方面的应用技术为主，并兼有理论研究和普及知识。

能够及时地为汽车行业工程技术人员、管理干部、技术工人、驾驶人员及大专院校相关专业师生提供具有较高学术价值和实用价值的汽车技术。

【收录情况】国家新闻出版总署收录国家中文核心期刊吉林省一级期刊汽车行业一等期刊【栏目设置】主要版块栏目：设计计算研究、试验测试、材料.工艺、设备、使用维修、小知识.小经验、信息等。

杂志优秀目录参考：基于纯电动汽车的精简型无级变速器速比设计和成本分析阮嘉赓，张农，Paul Walker，方煜宏，Ruan Jiageng，Zhang Nong，Paul Walker，Fang YuhongAMT平顺起步的优化控制王斌，陈勇，郭立书，李雪松，高炳钊，陈虹，Wang Bin，Chen Yong，Guo Lishu，Li Xuesong，Gao Bingzhao，Chen Hong基于增益自调整PID的楔形离合器换挡性能优化控制姚健，陈俐，殷承良，Chunhao Lee，黄颖，Huang Ying，Chi-kuan Kao，Farzad Samie，Yao Jian，Chen Li，Liu Fengyu，Yin Chengliang，Chunhao Lee，Huang Ying，Chi-kuan Kao，Farzad Samie蓄能器对两挡行星变速器换挡动态特性的影响武达，孙涛，李和言，刘继凯，Wu Da，Sun Tao，Li Heyan，Liu Jikai一种驱动轴长度与整车的匹配设计方法齐晓旭，郭健，徐旭初，徐定良，Qi Xiaoxu，Guo Jian，Xu Xuchu，Xu Dingliang电动转向油泵总成参数匹配及控制策略研究吴浩，田晓川，赵子亮，Wu Hao，Tian Xiaochuan，Zhao Ziliang客车侧翻一步碰撞算法中的接触修正方法研究王童，那景新，闫亚坤，张苹苹，李婷婷，Wang Tong，Na Jingxin，Yan Yakun，Zhang Pingping，Li Tingting非均匀气流与温度分布对汽车空调性能的影响郭凯，陈明，张小矛，Guo Kai，Chen Ming，Zhang Xiaomao齿轮齿条式转向系统五轴试验台的设计与研究谌发坤，胡宏，章士华，Shen Fakun，Hu Hong，Zhang Shihua轿车零部件热损害试验工况研究于翔，苏海龙，陈玉超，Yu xiang，Su Hailong，Chen Yuchao基于有机朗肯循环的柴油机稳态工况废热回收的探讨韩永强，王先锋，张雷，王虎，刘洪涛，Han Yongqiang，Wang Xianfeng，Zhang Lei，Wang Hu，Liu Hongtao职称文章发表：剧场建筑疏散问题的研究摘要：通过对安徽百戏城项目建筑设计与消防设计的分析，论述了在用地紧张、功能需求较多的情况下，剧场建筑的消防问题及解决方案。

摘要随着石油资源的日益减少和环境保护要求的提高，电动汽车的发展越来越受到人们的重视，以往对于纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统，电驱动系统和控制策略的研究开发方面。

然而，在动力电池和其他技术取得有效突破之前，对动力传动系统部件的设计参数进行研究是提高电动汽车性能的重要手段之一。

变速器是汽车重要的传动系组成，在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大小。

本设计的变速箱采用两轴式两挡和锁环式同步器换挡，这种布置形式缩短了变速器轴向尺寸，在保证挡数不变的情况下，减少齿轮数目，从而使变速器结构更加紧凑。

电动汽车的变速器与普通变速器相比，其结构有所不同。

因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档而设置倒档轴，只需应用电机反转来实现倒车行驶。

设计中利用已知参数确定变速器各挡传动比、中心矩，齿轮的模数、压力角、齿宽等参数，由中心矩确定箱体的长度、高度、轴径，对轴和各挡齿轮进行校核，绘制出装配图及零件图。

结论表明，变速器齿轮及各轴尺寸达到设计要求，齿轮及各轴强度的校核满足强度要求，结构合理。

同时本设计对电动汽车的动力传动系统进行了匹配设计计算，计算结果表明达到性能要求。

关键词：电动汽车；传动系；变速箱；匹配AbstractWith oil resources dwindling and environmental improvement, the development of electric vehicles is receiving increasing attention, in the past, pure electric vehicle for research mainly concentrated in the energy storage system, electric drive systems and control research and development strategy . However, in the motive power and other technical breakthroughs made effective before the powertrain components of the design parameters of the study is to improve the performance of electric vehicles, one of the important means. Transmission is important automotive powertrain components, a change in a wide range of size of vehicle speed and torque of the motor vehicle wheel size.The design of a two-axis of the transmission block and the two lock ring synchronizer shift, the layout of the form of reducing the transmission of axial size, while ensuring the same block a few cases, to reduce the number of gears, so that transmission structure compact. The transmission of electric vehicles as compared with ordinary transmission, its structure is different. Because of the rotary drive motor circuit can be controlled to achieve the transformation, so no internal combustion engine for electric vehicles in the automobile transmission and set up reverse reverse axis, simply the application of inversion to achieve the reversing motor traffic. Known parameters of the design of transmission of the block to determine the transmission ratio, the center moment, the modulus gear, pressure angle, tooth width and other parameters determined by the central moment of the box length, height, shaft diameter, the gear shaft and the block to check, drawn plans and parts assembly. Concluded that the transmission gears and the shaft size to meet the design requirements, the gear shaft and checking the strength to meet the strength requirements of a reasonable structure.At the same time, the design of a matching calculation results show that the performance requirements to meet.Key words: electric vehicle ；gearbox ；powertrain ；matchin目录第1章绪论 (1)1.1电动汽车的简介 (1)1.2电动汽车传动装置的特点 (1)1.3电动汽车变速器的功用 (1)第2章电动汽车动力传动系统匹配计算 (1)2.1计算最高车速 (1)2.2车辆加速时间的计算 (2)2.3车辆爬坡的计算 (2)2.4续驶里程的计算 (2)第3章电动汽车变速器设计方案及论证 (3)3.1电动汽车变速器的要求： (3)3.2变速器设计方案论证 (3)第4章变速器各主要参数的设计计算及校核 (6)4.1主要参数设计 (6)4.2齿轮强度计算 (10)4.3确定轴的尺寸 (13)第5章同步器的设计 (15)5.1同步器的工作原理 (15)5.2同步器的功用同步器的种类 (16)5.3同步器的参数的确定 (16)5.3.1摩擦因数 (16)5.3.2同步环主要尺寸确定 (17)第6章变速器操纵机构 (19)6.1对变速器操纵机构的要求 (19)6.2直接操纵手动换挡变速器 (19)6.3远距离操纵手动换挡变速器 (20)6.4变速器自锁、互锁、倒挡锁装置 (20)6.4.1自锁装置 (20)6.4.2互锁锁装置 (21)第6章变速器轴承 (22)第8章变速器的润滑与密封 (23)第9章零件的加工工艺 (24)9.1齿轮轴加工工艺 (24)9.2齿轮加工工艺 (25)9.3端盖加工工艺 (26)第10章结论 (27)参考文献 (28)致谢 (30)附录1 计算程序 (31)动力传动系统匹配程序 (31)齿轮校核程序 (33)齿轮参数计算程序 (33)附录2 专业外文语翻译 (35)译文一：纽约时报 (35)译文二： (42)第1章绪论1.1电动汽车的简介电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。

目录摘要ABSTRACT第一章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2纯电动汽车基本结构和工作原理 (4)1.3纯电动汽车国内外发展现状 (5)1.3.1国内纯电动汽车发展研究状况 (5)1.3.2国外纯电动汽车发展研究状况 (8)1.4本文主要研究内容 (10)第二章纯电动汽车动力传动系统匹配设计 (12)2.1纯电动汽车动力系统的布置方案 (12)2.2纯电动汽车整车参数及性能指标确定 (15)2.3电动机参数匹配 (16)2.3.1电动机类型选择 (16)2.3.2电动机参数确定 (18)2.4动力电池参数匹配 (20)2.4.1动力电池类型选择 (21)2.4.2电池组参数的确定 (22)2.5传动系统参数匹配 (24)2.5.1传动系统变速方案选择 (24)2.5.2传动系传动速比设计 (25)2.6匹配结果 (27)第三章基于ADVISOR的纯电动汽车仿真建模 (28)3.1ADVISOR仿真模块介绍 (28)3.1.1ADVISOR使用说明 (29)3.2纯电动汽车整车模型建立 (32)3.2.1车身模型建立 (33)3.2.2车轮模型建立 (33)3.2.3传动系统模型建立 (34)3.2.4驱动电机模型建立 (35)3.2.5动力电池模型建立 (36)3.3参数输入及整车性能仿真 (36)第四章全文总结 (58)致谢 (60)参考文献 (61)摘要随着全球能源危机和环保问题日益凸显，世界各国都在积极推进节能环保发展战略。

而交通运输占据了世界能源消耗的很大一部分，于是人们对于能耗少、污染小的新型交通工具的需求愈来愈强烈。

纯电动汽车作为未来最具潜力的交通工具正快速发展。

但是，在电动汽车电池技术尚未得到突破性进展的情况下，怎样合理匹配纯电动汽车动力传动系统，对整车的动力性、经济性和续驶里程显得尤为关键。

首先，本文对电动汽车的基本结构、工作原理作了简单介绍，对电动汽车的国内外发展趋势做了扼要分析；其次，对电动汽车动力传动系统布置方案进行了设计，且对电动机、动力电池以及传动系统（包括变速器和主减速器）等主要部件进行了理论匹配选型，并得到匹配结果；然后，基于ADVISOR仿真软件建立了纯电动汽车整车模型，并将整车参数和匹配结果输入到ADVISOR中的CYC-NEDC、CYC-UDDS、CYC-ECE-EUDC、CYC-1015四种常用循环工况下得到仿真结果；最后，将仿真结果同理论匹配结果进行对比分析，得出仿真结果符合理论匹配设计结果，满足整车动力性、经济性的结论，从而验证了本设计的正确性、合理性。

10.16638/ki.1671-7988.2020.13.030基于匹配计算的某车型驱动轴正向设计方法研究张营，朱松，李旭伟（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津300300）摘要：汽车驱动轴是汽车传动结构中传递动力最重要的轴类构件，在车辆行驶中的情况复杂多变，很容易产生扭转和弯曲变形甚至产生裂纹或发生断裂。

文章主要从驱动轴的匹配设计、工艺性、空间布置、软件分析等方面对传动轴进行正向设计开发及校核，同时结合CA TIA三维数字模型中“DMU Kinematics”模块及计算机辅助工程（CAE）对驱动轴进行仿真模型分析，从而得到驱动轴各项校核参数、运动包络、模态及刚度参数，以验证其正向匹配设计是否满足要求。

关键词：驱动轴；参数设计；DMU分析；有限元分析中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)13-96-04Research on the Forward Design Method of Drive Shaft of a Model Basedon Matching CalculationZhang Ying, Zhu Song, Li Xuwei（CATARC Automotive Test Center（Tianjin）Co., Ltd, Tianjin 300300）Abstract:Driving shaft is the most important shaft component in the transmission structure of automobile, which is susceptible to torsion and bending deformation or even crack or fracture due to the complex and changeable situation during driving. This paper mainly develops and verifies the forward design of driving shaft in terms of matching design, technological features, spatial layout, software analysis, etc., and performs simulation model analysis on driving shaft by virtue of the "DMU Kinematics" module in the CA TIA 3D digital model and computer aided engineering (CAE) to obtain the verification parameters, motion envelope, modal and stiffness parameters of driving shaft, and verify the compliance of its forward matching design with requirements.Keywords: Transmission shaft; Parameter design; DMU analysis; Finite element analysisCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)13-96-04前言改革开放后，特别是进入20世纪90年代，国有、集体企业逐步实行股份制改造，一部分企业与国外合资，而大量民营资本的介入，使原本比较弱小的传动轴行业得到了较快的发展。

驱动轴尺寸的设计标准是多少
驱动轴尺寸的设计标准是根据驱动轴的功能和要求来确定的。

驱动轴是传动系统中重要的组成部分，其作用是将发动机的动力转化为车轮的动力，从而推动汽车行驶。

驱动轴的设计标准涉及到多个因素，下面将就其中的一些关键因素进行介绍。

1. 载荷要求：驱动轴需要承受车辆的整个重量和额外的载荷。

因此，驱动轴的尺寸设计需要考虑车辆的重量分布和行驶的路况，以确定轴的直径、长度和形状。

2. 动力传输能力：驱动轴需要传输发动机产生的动力，因此，驱动轴的大小和形状需要能够承受引擎的最大扭矩，并且具有足够的强度和刚度以传输动力。

3. 阻尼和减振能力：驱动轴在工作过程中会受到来自引擎和传动系统的振动和冲击力。

因此，驱动轴的设计需要考虑适当的减振和阻尼措施，以避免振动和冲击对其他部件的影响和损坏。

4. 热稳定性：驱动轴在工作过程中会因传输动力而产生摩擦和热量。

因此，驱动轴的设计需要考虑热稳定性，以确保在高温和高负荷条件下不会发生变形和损坏。

5. 轴承和联接设计：驱动轴通过轴承和联接件与其他部件连接，因此，驱动轴的尺寸设计需要考虑轴承和联接件的设计要求，以确保连接的可靠性和稳定性。

以上仅是驱动轴尺寸设计的一些关键因素，具体的设计标准会
因不同类型车辆和应用而有所差异。

在实际应用中，设计师需要综合考虑机械强度、动力传输能力、热稳定性、减振和阻尼能力等多个因素，结合实际情况和经验，制定合理的驱动轴尺寸设计标准。