传动轴设计指南

传动轴设计指南范文传动轴是一种将动力从发动机传输到车轮或其他驱动装置的机械装置。

在传动系统中，传动轴起着至关重要的作用。

本文将介绍传动轴设计的一些基本原则和指南。

首先，传动轴的设计必须符合所需的扭矩和转速要求。

传动轴必须能够承受所施加的扭矩，并将动力传输到所需的转速。

其次，传动轴的材料选择非常重要。

传动轴通常由高强度合金钢或碳纤维等材料制成。

材料的选择要考虑扭矩和转速的要求，以及轴的重量和成本。

第三，传动轴的直径和长度也需要仔细设计。

较大的直径可以增加传动轴的强度和刚度，从而承受更大的扭矩。

然而，直径过大可能会增加轴的重量和成本。

轴的长度可以影响传输功率的效率，较长的轴可能引起振动和弯曲问题。

第四，传动轴的设计中需考虑自平衡的需求。

如果传动轴存在不平衡，将会引起振动和噪音，并可能导致轴的损坏。

因此，设计师应该采取措施来平衡轴，例如在适当的位置安装平衡块。

第五，传动轴的连接方法也非常重要。

连接方法应有效地传递扭矩，并保持轴的正确定位。

常用的连接方法有键槽连接、伞齿轮连接和膨胀连接等。

第六，传动轴的润滑也是一个重要的设计因素。

适当的润滑可以减少传动轴的摩擦和磨损，并提高传动效率。

润滑剂选择应考虑工作条件和轴的材料。

第七，传动轴的安装和维护也需要注意。

传动轴的正确安装可以确保轴和其他部件的正常运行。

定期检查和维护传动轴可以延长其寿命并避免故障。

最后，传动轴设计时应考虑实际应用环境的影响。

例如，在恶劣的工作条件下，如高温、高湿度或腐蚀性环境中，轴的材料和设计必须能够适应这些条件。

综上所述，传动轴的设计是传动系统中不可或缺的一部分。

合理的设计可以保证传动系统的正常运行和高效性能。

设计人员应该充分考虑扭矩和转速要求、材料选择、直径和长度、自平衡、连接方法、润滑、安装和维护等因素，以确保传动轴的正常运行和长寿命。

奇瑞汽车有限公司底盘部设计指南编制：校对：审核：批准：汽车工程研究院目录1简要说明1.1万向节和传动轴综述1.2万向的类型及适用范围1.3结构图1.4工作原理2设计构想2.1设计原则和开发流程2.2基本的设计参数2.2.1传动轴的布置要点2.2.2关键性能尺寸的确定2.2.3粗糙度和形位公差的确定2.2.4零件号要求2.2.5传动轴的主要结构参数与计算2.3环境条件、材料、热处理及加工要求3台架试验3.1十字轴式万向节传动轴台架试验3.2等速万向节传动轴台架实验4图纸模式4.1尺寸公差4.2文字说明1、简要说明1.1万向节和传动轴综述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。

1.2万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）。

等速万向节，英文名称Constant Velocity Universal Joint，简称等速节（CVJ）。

CVJ的种类如下:在发动机前置后轮驱动（或全轮驱动）的汽车上，由于工作时悬架变形，驱动桥主减速器输入轴与变速器（或分动器）输出轴间经常有相对运动，普遍采用万向节传动。

在转向驱动桥中，由于驱动轮又是转向轮，左右半轴间的夹角随行驶需要而变，这时多采用球叉式和球笼式等速万向节传动。

当后驱动桥为独立悬架结构时，也必须采用万向节传动。

万向传动装置除用于汽车的传动系外，还可用于动力输出装置和转向操纵机构。

1.3结构图1.3.1十字轴式刚性万向节,如图所示：1.3.2球笼式等速万向节,如图所示：1.3.3伸缩型球笼式万向节：1.3.4 一般的Drive Shaft主要构成零件以及机能【构成零件及其机能】BJ Assy：允许夹角很大的等速的固定式ＣＶＪTJ Assy：等速的Joint中心可以Slide的ＣＶＪIntermediate shaft：从TJ Assy到BJ Assy方向传动驱动力。

整车技术部设计指南59第 4章传动轴的布置4.1概述传动轴的作用是连接差速器与轮胎以传递动力，现多用万向传动轴。

万向传动轴即在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力，传动轴布置要考虑传动轴平顺有效地传递动力，在各种极限工作状态下,传动轴不至脱出动力输出端而失去动力，也不至卡死而传递不良和发出严重的噪声。

本章讲述的是发动机前置前驱的乘用车传动轴的布置。

4.2布置流程4.2.1布置原则1）该布置的功能要求万向传动轴应能适应所联两轴夹角及相对位置在一定范围内的不断变化并且能可靠、稳定、高效地传递动力，保证所联两轴能等速旋转。

2）该布置的顾客要求由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动及噪声等应在允许范围内，在使用车速范围内不应有共振现象，结构简单及维修方便。

4.2.2布置形式1）差速器与轮胎距离较近时，常采用两个十字轴万向节和一根可伸缩的传动轴；如下图 4.1：右传动轴左传动轴万向节图 4.12）当差速器与轮胎距离较远，或与周边可能发生干涉的应将传动轴分成两根或三根，且后面一根传动轴可伸缩，中间传动轴应支承。

整车技术部设计指南60如下图 4.2：中间传动轴支承件右传动轴万向节左传动轴图 4.2对于中间传动轴，要能补偿传动轴的安装误差和适应行驶中由于有弹性悬置发动机的窜动和车架变形引起的位移，而其轴承应不受或少受由此产生的附加载荷。

现在中间支承多采用单列球轴套的橡胶弹性元件。

缺点是不能承受轴向力，因此要合理选择支承刚度，避免在传动轴常用转速内产生共振和噪声。

4.2.3布置步骤（以M11的数据为例）1）布置设计输入a)在常用工况下，即设计状态下的前轮制动器和车辆在各种姿态下的车轮轮心坐标。

注：根据所采用的悬架系统来定整车姿态时就可确定前后轮心坐标并可以选择制动器。

b) 厂家提供移动节和固定节数据。

如下图 4.3 ：固定节移动节图 4.3厂家一般有数种移动节和固定节的系列产品。

厂家会根据我们对开发车型的要求，包括所选择车型定位所需性能要求和动力总成空间等条件推荐移动节和固定节型号，或者重新开发。

奇瑞汽车有限公司底盘部设计指南编制：校对：审核：批准：汽车工程研究院目录1简要说明1.1万向节和传动轴综述1.2万向的类型及适用范围1.3结构图1.4工作原理2设计构想2.1设计原则和开发流程2.2基本的设计参数2.2.1传动轴的布置要点2.2.2关键性能尺寸的确定2.2.3粗糙度和形位公差的确定2.2.4零件号要求2.2.5传动轴的主要结构参数与计算2.3环境条件、材料、热处理及加工要求3台架试验3.1十字轴式万向节传动轴台架试验3.2等速万向节传动轴台架实验4图纸模式4.1尺寸公差4.2文字说明1、简要说明1.1万向节和传动轴综述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。

1.2万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）。

等速万向节，英文名称Constant Velocity Universal Joint，简称等速节（CVJ）。

CVJ的种类如下:在发动机前置后轮驱动（或全轮驱动）的汽车上，由于工作时悬架变形，驱动桥主减速器输入轴与变速器（或分动器）输出轴间经常有相对运动，普遍采用万向节传动。

在转向驱动桥中，由于驱动轮又是转向轮，左右半轴间的夹角随行驶需要而变，这时多采用球叉式和球笼式等速万向节传动。

当后驱动桥为独立悬架结构时，也必须采用万向节传动。

万向传动装置除用于汽车的传动系外，还可用于动力输出装置和转向操纵机构。

1.3结构图1.3.1十字轴式刚性万向节,如图所示：1.3.2球笼式等速万向节,如图所示：1.3.3伸缩型球笼式万向节：1.3.4 一般的Drive Shaft主要构成零件以及机能【构成零件及其机能】BJ Assy：允许夹角很大的等速的固定式ＣＶＪTJ Assy：等速的Joint中心可以Slide的ＣＶＪIntermediate shaft：从TJ Assy到BJ Assy方向传动驱动力。

传动轴设计及校核作业指导书编制：日期：审核：日期：批准：日期：发布日期：年 月 日 实施日期：年 月 日前言为使本中心传动轴设计及校核规范化，参考国内外汽车设计的技术规范，结合公司标准和已开发车型的经验，编制本作业指导书。

意在对本公司设计人员在设计过程中起到指导操作的作用，提高设计的效率和成效。

本作业指导书将在本中心所有车型开发设计中贯彻，并在实践中进一步提高完善。

本标准于2011年XX月XX日起实施。

本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院提出。

本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院负责归口管理。

本标准主要起草人：张士华一、传动系概述 (3)1.1传动系功能 (3)1.2传动系布置形式 (3)1.3传动系的构成 (7)1.4传动轴的主要结构形式 (8)1.5驱动半轴的紧固方式 (12)二、传动轴的设计流程 (15)2.1传动轴的主要设计流程 (15)2.2传动轴的设计过程及要求 (17)三．传动轴的校核过程 (22)3.1设计校核输入 (22)3.2传动轴校核 (24)3.3结论及分析 (25)3.4传动轴跳动校核 (26)3.5技术文件的编制 (26)3.6传动轴图纸确认 (26)四．试制装车及生产中经常出现的问题 (28)五．参考文献 (28)一、传动系概述1.1 传动系功能A、保证汽车在各种行驶条件下所必需的牵引力与车速，使它们之间能协调变化并有足够的变化范围。

B、使汽车具有良好的动力性和燃油经济性。

C、保证汽车能倒车及左右车轮能适应差速要求。

D、使动力传递能根据需要而顺利接合与分离1.2 传动系的布置形式• 前置后驱动• 前置前驱动• 后置后驱动• 四轮驱动• 中置发动机后轮驱动部分高级轿车也采用前置后驱布置 前置后驱整体桥前置前驱，应用最多前置前驱，应用最多前轮驱动的优点：1、前轮驱动在制造和安装方面都比后轮驱动成本要低很多。

它没有通过驾驶舱下面的驱动轴，也不用制造后桥壳，变速器和差速器被装配在一个壳体中，这样所需的零部件就更少。

课程设计名称：传动轴(批量为200件)机械加工工艺规程设计***名：***学院：机电工程学院专业及班级：08级材料成型及控制工程1班学号：**************：***2010年12月16日目录一．机械制造课程设计的目的…………………………………………………二．生产纲领的计算与生产类型的确定………………………………………1.生产类型的确定……………………………………………………………2.生产纲领的计算……………………………………………………………三．传动轴的工艺性分析…………………………………………………………1.零件的结构特点及应用………………………………………………………………2.零件的工艺分析……………………………………………………………四. 选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图……………………………………1.毛坯的选择………………………………………………………………2.确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量……………………………………3.设计毛坯图……………………………………………………………五. 选择传动轴的加工方法，制定工艺路线……………………………………1.定为基准的选择…………………………………………………………2.零件表面加工方法的确定………………………………………………3.制定工艺路线……………………………………………………………4.热处理工序的安排…………………………………………………………六. 机床设备的选用………………………………………………………………1．机床设备的选用…………………………………………………………2．工艺装备的选用…………………………………………………………七. 工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算……………………………八. 确定工序的切削用量…………………………………………………………九. 时间定额的计算………………………………………………………………十. 提高劳动生产率的方法………………………………………………………十一. 课程设计体会…………………………………………………………………十二. 参考文献……………………………………………………………………十三. 附录…………………………………………………………………………一、机械制造课程设计的目的1.加强对课堂知识的理解。

第一章传动轴编者：何迅奇瑞汽车工程研究院底盘部1 简要说明1.1万向节和传动轴综述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。

1.2万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）。

等速万向节，英文名称Constant Velocity Universal Joint，简称等速节（CVJ）。

等速万向节根据是否可以轴向移动可分为固定万向节（Fixed Joint）和移动万向节（Plunging Joint）。

而根据结构的不同，固定节可分为RJ（Rzeppa Joint）和BJ(Birfield Joint)，RJ结构复杂带导向机构，目前已逐渐被淘汰;BJ 不带导向机构，结构结单有效，为目前常用结构型式。

移动节常用结构型式有DOJ(Double Offset Joint)、三销式万向节(TJ:Tripod Joint)和斜滚道万向节(VL).在发动机前置后轮驱动（或全轮驱动）的汽车上，由于工作时悬架变形，驱动桥主减速器输入轴与变速器（或分动器）输出轴间经常有相对运动，普遍采用万向节传动。

在转向驱动桥中，由于驱动轮又是转向轮，左右半轴间的夹角随行驶需要而变，这时多采用球叉式和球笼式等速万向节传动。

当后驱动桥为独立悬架结构时，也必须采用万向节传动。

万向传动装置除用于汽车的传动系外，还可用于动力输出装置和转向操纵机构。

1.3结构图及其他(1)万向节结构①、十字轴式刚性万向节,如图所示：等速驱动轴结构简图：1、固定端万向节；2、轴杆；3、阻尼块；4、移动端万向节 ③、固定球笼式等速万向节,如图所示：12341234561、ABS 齿圈；2、钟形壳；3、保持架；4、星形套；5、钢球；6、挡圈1、筒形壳；2、保持架；3、钢球；4、星形套5、挡圈⑤、三球销式万向节：1、三销架；2、挡圈；3、滚针保持圈；4、滚针外圈；5、滚针；6、滑套1324 5512324 56⑥、斜滚道万向节：24131、外球壳；2、钢球；3、保持架；4、星形套(2)一般的驱动轴主要构成零件以及机能：固定端万向节（FJ Assy）：允许夹角很大的等速的固定式万向节；移动端万向节（PJ Assy）：可轴向移动的等速万向节；中间轴（Intermediate shaft）：传递移动节到固定节的驱动力；阻尼（Damper）：衰减由于中间轴的弯曲共振产生的振动和噪音。

万向传动轴设计说明书⽬录（⼀）万向传动轴设计1.1 概述 (02)1.1 结构⽅案选择 (03)1.2 计算传动轴载荷 (04)1.3 ⼗字轴万向节设计 (05)1.4 传动轴强度校核 (07)1.5 传动轴转速校核及安全系数 (07)1.6 参考⽂献 (09)概述万向传动轴⼀般是由万向节、传动轴和中间⽀承组成。

主要⽤于在⼯作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。

万向传动轴设计应满⾜如下基本要求：1.保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动⼒。

2.保证所连接两轴尽可能等速运转。

3.由于万向节夹⾓⽽产⽣的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。

4.传动效率⾼，使⽤寿命长，结构简单，制造⽅便，维修容易等。

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，采⽤万向传动轴。

1.传动轴与⼗字轴万向节设计要求1.1 结构⽅案选择⼗字轴万向节结构简单，强度⾼，耐久性好，传动效率⾼，⽣产成本低，但所连接的两轴夹⾓不宜太⼤。

当夹⾓增加时，万向节中的滚针轴承寿命将下降。

普通的⼗字轴式万向节主要由主动叉，从动叉，⼗字轴，滚针轴承及轴向定位件和橡胶封件等组成。

1. 组成：由主动叉、从动叉、⼗字轴、滚针轴承、轴向定位件和橡胶密封件组成2. 特点：结构简单、强度⾼、耐久性好、传动效率⾼、成本低，但夹⾓不宜过⼤。

3.轴向定位⽅式：盖板式卡环式⽡盖固定式塑料环定位式4. 润滑与密封：双刃⼝复合油封多刃⼝油封1.2 计算传动轴载荷由于发动机前置后驱，根据表4-1，位置采⽤：⽤于转向驱动桥中①按发动机最⼤转矩和⼀档传动⽐来确定T se1=k d T emax ki1i f i0η/nT ss1= G1 m’1υr r/ 2i mηm发动机最⼤转矩T emax=186Nm驱动桥数n=1，发动机到万向传动轴之间的传动效率η=0.89，液⼒变矩器变矩系数k={(k0 -1）/2}+1=1,满载状态下⼀个转向驱动桥上的静载荷G1=50%m a g=0.5*1747*9.8=8530.9N，满载状态下⼀个驱动桥上的静载荷G2=65%m a g=0.65*1747*9.8=11128.39N，发动机最⼤加速度的前轴转移系数m’1=0.8发动机最⼤加速度的后轴转移系数m’2=1.3，轮胎与路⾯间的附着系数υ=0.85，车轮滚动半径r r=0.35,i=3.6变速器⼀挡传动⽐1i=1分动器传动⽐f主减速器从动齿轮到车轮之间传动⽐i m=0.55,主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率ηm=η发动机η离合器=0.98x0.96=0.94因为0.195 m a g/T emax>16,f j=0，所以猛接离合器所产⽣的动载系数k d=1，主减速⽐i 0=3.763所以：T se2=k d T emax ki 1i f i 0η/n =1*285.0*763.3*1*6.3*1*186*1=1070.875N T ss2= G 1 m ’1υr r / 2i m ηm =94.0*4545.0*235.0*85.0*8.0*9.8530=2376.180N ∵T 1=min{ T se2, T ss2} ∴T 1= T se2=1070.875N1.3 ⼗字轴万向节设计①设作⽤于⼗字轴轴颈中点的⼒为F ，则F= T 1/2rcos α=-4cos *10*50*2875.10703=10734.895N②⼗字轴轴颈根部的弯曲应⼒σw 和切应⼒τ应满⾜σw =32d 1Fs π（d 14-d 42）≤[σw ] τ=4F π(d 21-d 22)≤[τ]式中，取⼗字轴轴颈直径d 1=38.2mm ，⼗字轴油道孔直径d 2=10mm ，合⼒F 作⽤线到轴颈根部的距离s=14mm ，[σw ]为弯曲应⼒的许⽤值，为250-350Mpa ，[τ]为切应⼒的许⽤值，为80-120 Mpa∴σw =32d 1Fs π（d 14-d 42）=]4)^10*10(4)^10*2.38[(10*14*895.10734*10*2.38*23333-----π =1.72 Mpa<[σw ]τ=4F π(d 21-d 22) = ])10*10()10*2.38[(895.10734*42323---π =9.58 Mpa<[τ]故⼗字轴轴颈根部的弯曲应⼒和切应⼒满⾜校核条件③⼗字轴滚针的接触应⼒应满⾜σj =272（1d 1+1d 0）F n L b≤[σj ] 式中，取滚针直径d 0=3mm ，滚针⼯作长度L b =27mm ，在合⼒F 作⽤下⼀个滚针所受的最⼤载荷F n =4.6F iZ=44*1895.10734*6.4=1122.284,当滚针和⼗字轴轴颈表⾯硬度在58HRC 以上时，许⽤接触应⼒[σj ]为3000-3200 Mpa ∴σj =272b n L F d d )11(01+=2723331027284.1122])103(1)102.38(1[---+? =1.051Mpa<[σj ]故⼗字轴滚针轴承的接触应⼒校核满⾜④万向节叉与⼗字轴组成连接⽀承，在⼒F 作⽤下产⽣⽀承反⼒，在与⼗字轴轴孔中⼼线成45°的截⾯处，万向节叉承受弯曲和扭转载荷，其弯曲应⼒σw 和扭应⼒τb 应满⾜σw =Fe/W ≤[σw ]τb =Fa/W t ≤[τb ]式中，取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,查表4-3，取k=0.246,W=bh 2/6,W t =khb 2, 弯曲应⼒的许⽤值[σw ]为50-80Mpa ，扭应⼒的许⽤值[τb ]为80-160Mpa∴σw =Fe/W=6)1070(10351080895.107342333--- =30.045 Mpa< [σw ]τb =Fa/W t =2333)1035(1070246.01040895.10734--- =20.356Mpa<[τb ]故万向节叉承受弯曲和扭转载荷校核满⾜要求⑤⼗字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹⾓α，⼗字轴的⽀承结构和材料，加⼯和装配精度以及润滑条件等有关。

传动轴总成及零件设计一、设计目标：1、产品的安全性：保证所设计的产品对使用者及车辆是安全的、可靠的。

即在传动轴整个使用寿命周期内，不发生断裂、脱落等可导致人体或车辆伤害的故障。

2、用户满意的性能：a，传递扭矩的能力。

b，运动范围：转速、万向节摆角、长度伸缩量、回转空间。

c，用户满意的使用寿命：一般要求十字轴及滚针轴承寿命十万公里以上、滑动花键及叉子等其他主要零件，二十万公里以上。

国外先进厂家已达到整个总成使用寿命三十万公里以上。

d，便于使用保养，连接方式便于装拆，密封、润滑可靠，使用成本低。

e，制造成本低，性价比高。

3、满足一般设计要求：标准化、系统化、通用化。

对于设计者耒说，保证产品的安全性是头等重要的，设计不允许存在安全隐患。

用户需要的必要性能也应充分满足。

二、失效模式和安全性：传动轴可能发生断裂、脱落、扭曲、磨损等失效，有些失效方式可危及人体及车辆安全，如断裂、脱落；有些失效方式不会危及人体和車辆，如花键磨损、十字轴磨损。

我们设计的传动轴应不发生危及人体及車辆安全的故障。

因此，传动轴总成及零件的设计失效模式，应该是：万向节或花键付磨损达到限值而失效。

在使用期内不允许发生冲击断裂、疲劳断裂等一类故障。

即使在非常规冲击下，也只允许轴管扭曲，其他零件不应断裂。

根据设计失效模式，提出一个传动轴强度设计原则---按疲劳强度设计，即零件危险奌应力值应小于疲劳强度，并且按屈服强度计祘的安全系数应不小于离合器后备系数。

但是，零件疲劳强度是一个受材料、热处理、零件结构、零件表面状态等多个因素影响的复杂问题，很难具体确定它的数值。

经过传动轴专业人员在设计、使用、改进传动轴中的长期积累，形成了一套传动轴零件强度设计的安全系数，或应力限值的经验数据，可供设计时参考。

最终还是要通过试验验证，证明已达到要求的疲劳寿命才能定型。

必须强调说明，不同吨位、不同用途的汽車传动轴，安全系数或应力限值是不同的。

所以，最好的办法是把设计的传动轴零件应力值，与公认是成功的同类型、相同用途的传动轴零件应力值作比较，使处于同一应力水平上。