一種高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法：將傳動軸設(shè)為旋鍛空心軸，根據(jù)裝配需要，計(jì)算出傳動軸兩性能約束段的最大外徑，將傳動軸簡化為三段式階梯軸，取兩性能約束段中較小的最大外徑為兩端段外徑；以傳動軸中間段外徑不大于兩端段外徑的2倍為約束條件，結(jié)合傳動軸中間段的外圍轉(zhuǎn)動空間，以中間段外徑最大化為目標(biāo)設(shè)計(jì)出中間段外徑；根據(jù)旋鍛軸原材料的許用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度值及所需的扭轉(zhuǎn)剛度提高比例，設(shè)計(jì)出三段式階梯軸各段的內(nèi)徑及重量減輕比例。相對于現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)心軸，本發(fā)明能夠使傳動軸扭轉(zhuǎn)剛度提高近60%，同時(shí)能夠使重量減輕20%，從而以最低成本提升了整車橫向操控穩(wěn)定性、改善了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動、提高了車輛舒適性。
【專利說明】一種高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車零部件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中高端轎車的高性能等速萬向傳動軸總成包括固定端等速萬向節(jié)、滑移端等速萬向節(jié)以及連接于固定端等速萬向節(jié)和滑移端等速萬向節(jié)之間的傳動軸。高性能的等速萬向傳動軸總成除了要求高速穩(wěn)定地傳遞動力外，還有降低總成重量、減少振動和噪音傳遞、改善振動、提高舒適性等要求?？紤]到整車布置，在整車設(shè)計(jì)中，對于長度不同的左右等速萬向傳動軸總成，只有通過提高較長的等速萬向節(jié)傳動軸總成的扭轉(zhuǎn)剛度，使得不同長度的左右等速萬向傳動軸總成具有相同的扭轉(zhuǎn)角度，才能更好地滿足整車橫向操控穩(wěn)定性要求，改善傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動，提高車輛舒適性。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，等速萬向傳動軸總成的傳動軸往往采用實(shí)心軸，實(shí)心軸不但不利于等速萬向傳動軸總成的輕量化，且扭轉(zhuǎn)剛度較低，在傳動中扭轉(zhuǎn)變形角度較大，導(dǎo)致整車橫向操控穩(wěn)定性差，扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率低，容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動，也使所述傳動軸的材料成本和生產(chǎn)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種以最低成本提升整車橫向操控穩(wěn)定性、改善傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動、提高車輛舒適性的高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法，所述傳動軸為旋鍛空心軸，包括固定端、中間段和滑移端，所述固定端與汽車等速萬向傳動軸總成的固定端等速萬向節(jié)配合，所述滑移端與汽車等速萬向傳動軸總成的滑移端等速萬向節(jié)配合，所述固定端包括第一性能約束段，所述滑移端包括第二性能約束段；所述高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)包括以下步驟:
[0006]A、根據(jù)所述傳動軸的實(shí)際裝配情況，計(jì)算出所述第一性能約束段的最大外徑dmax和所述第二性能約束段的最大外徑d’ max:
[_7] dmax = 2Rcos a max-2Lsin α max-2 δ
[0008]其中，R為固定端等速萬向節(jié)端面圓半徑，α _為固定端等速萬向節(jié)最大轉(zhuǎn)角，L為固定端等速萬向節(jié)回轉(zhuǎn)中心到端面的距離，S為第一性能約束段上防塵套壁厚；
[0009]d’ max = Hcos α ’._2Ι； sin α ’ ma~2 δ ’
[0010]其中，H為滑移端等速萬向節(jié)端面圓直徑，為滑移端等速萬向節(jié)最大轉(zhuǎn)角，L'為滑移端等速萬向節(jié)回轉(zhuǎn)中心到端面的距離，δ’為第二性能約束段上防塵套壁厚；
[0011]B、將所述傳動軸簡化為三段式階梯軸，取所述傳動軸的中間段的長度為L2、外徑為D2、內(nèi)徑為d2，固定端長度為L1、外徑為D1、內(nèi)徑為(I1，滑移端長度為L3、外徑也為D1、內(nèi)徑也為(I1 ；
[0012]根據(jù)所述傳動軸與汽車等速萬向傳動軸總成的固定端等速萬向節(jié)和滑移端等速萬向節(jié)的相對位置情況，確定U、L2、L3的取值；
[0013]由空心階梯軸扭轉(zhuǎn)角度的計(jì)算公式
【權(quán)利要求】
1.一種高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法，所述傳動軸為旋鍛空心軸，包括固定端、中間段(5)和滑移端，所述固定端與汽車等速萬向傳動軸總成的固定端等速萬向節(jié)配合，所述滑移端與汽車等速萬向傳動軸總成的滑移端等速萬向節(jié)配合，所述固定端包括第一性能約束段(2)，所述滑移端包括第二性能約束段(8);其特征在于，包括以下步驟: A、根據(jù)所述傳動軸的實(shí)際裝配情況，計(jì)算出所述第一性能約束段(2)的最大外徑dmax和所述第二性能約束段(8)的最大外徑d’ max:
dmax = 2Rcos a max-2Lsin a max-2 δ 其中，R為固定端等速萬向節(jié)端面圓半徑，a max為固定端等速萬向節(jié)最大轉(zhuǎn)角，L為固定端等速萬向節(jié)回轉(zhuǎn)中心到端面的距離，S為第一性能約束段(2)上防塵套壁厚；d，max = Hcos α ’ 眶-2L，sin α ’ max-2 δ ’ 其中，H為滑移端等速萬向節(jié)端面圓直徑，為滑移端等速萬向節(jié)最大轉(zhuǎn)角，L'為滑移端等速萬向節(jié)回轉(zhuǎn)中心到端面的距離，為第二性能約束段(8)上防塵套壁厚； B、將所述傳動軸簡化為三段式階梯軸，取所述傳動軸的中間段(5)的長度為L2、外徑為D2、內(nèi)徑為d2，固定端長度為L1、外徑為D1、內(nèi)徑為(I1，滑移端長度為L3、外徑也為D1、內(nèi)徑也為(I1 ； 根據(jù)所述傳動軸與汽車等速萬向傳動軸總成的固定端等速萬向節(jié)和滑移端等速萬向節(jié)的相對位置情況，確定U、L2、L3的取值 由空心階梯軸扭轉(zhuǎn)角度的計(jì)算公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述傳動軸的固定端包括所述第一性能約束段(2)外側(cè)的第一花鍵段(I)、第一性能約束段(2)內(nèi)側(cè)的第一防塵套安裝段(3)、第一過渡段(4)，所述傳動軸的滑移端包括所述第二性能約束段(8)外側(cè)的第二花鍵段(9)、第二性能約束段(8)內(nèi)側(cè)的第二防塵套安裝段(7)、第二過渡段(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于: 還包括步驟D、根據(jù)所述三段式階梯軸的設(shè)計(jì)尺寸，即步驟C中確定的D1值、D2值以及求得的Cl1值、d2值，設(shè)計(jì)所述傳動軸的外部尺寸和內(nèi)部尺寸: 所述第一花鍵段(I)的外徑大于D1、小于Di+Smm,內(nèi)徑大于d^mm、小于(I1 ； 所述第一I"生能約束段(2)的外徑大于D1,內(nèi)徑大于dfSmm、小于(I1 ； 所述第一防塵套安裝段(3)的外徑大于D1、小于DWmm,內(nèi)徑大于dfSmm、小于(I1 ； 所述第二防塵套安裝段(7)的外徑大于D1、小于內(nèi)徑大于(!「3mm、小于(I1 ； 所述第二性能約束段(8)的外徑大于D1,內(nèi)徑大于dfSmm、小于(I1 ； 所述第二花鍵段(9)的外徑大于D1、小于D^mm，內(nèi)徑大于d^mm、小于(I1 ； 所述中間段(5)的外徑為D2,內(nèi)徑大于d2-lmm、小于d2 ； 所述第一過渡段(4)和所述第二過渡段(6)的外部均為圓臺面，所述圓臺面的母線相對于所述高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸軸線夾角為17° ±3°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述傳動軸原材料的許用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度值[τ ]通過扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的高扭轉(zhuǎn)剛度傳動軸的輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述傳動軸各段的外表面之間由圓弧面光滑連接，所述圓弧面的圓弧半徑為10mm±5mm。
【文檔編號】F16D3/30GK103807281SQ201410092965
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】朱卓選, 李曉天, 王建軍 申請人:上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司