传动轴生产工艺技术专题讲座 PPT课件

传动轴结构及生产工艺方法技术 重庆理工大学汽车学院陈旭 生产工艺技术专题讲座 姓名 陈旭职称 教授E mail chenxu12 电话址 重庆汽车学院汽车系 受教育经历09 1986 07 1990西安交通大学机械学系机械设计专业学士09 1995 07 1998重庆大学机一系机械制造专业硕士09 1999 06 2003重庆大学机械学院车辆工程专业博士01 2005 04 2005日本北九州JICA中心清洁化生产研修09 2005 09 2006美国密歇根大学工学院Wu MRC访问学者 工作经历09 1990 07 1995重庆卡福汽车零部件公司技术处工艺设计09 1998 10 2006重庆大学机械工程学院汽车系科研教学10 2003 10 2006建设工业有限责任公司技术中心博士后研究03 2007 至今重庆理工大学院汽车学院科研教学08 2008 至今重庆建设摩托车有限公司技术中心高级顾问兵装集团南方摩托车研发公司顾问 主要内容 二 传动轴生产工艺方法及相关技术 一 万向传动装置结构及传动轴设计 1 功用在轴线相交且相互位置经常发生变化的两转轴之间传递动力 一 万向传动装置原理 一 万向传动装置原理及传动轴结构 2 组成1 万向节2 传动轴3 中间支承 3 在汽车上的应用1 变速器与驱动桥之间 4 2 2 变速器与分动器 分动器与驱动桥之间 3 转向驱动桥的内 外半轴之间4 断开式驱动桥的半轴之间 13 1万向传动装置的功用 组成和应用 5 转向机构中的转向轴与转向器之间 4 万向节分类 刚性万向节 不等速万向节 等速万向节 准等速万向节 挠性万向节 十字轴式 三销轴式 双联式 球叉式 球笼式 十字轴式万向节 1 构造结构特点 轴承定位盖板式挡圈式 轴承润滑油嘴十字轴中空轴端凹槽密封装置油封 应用特点 不等速性 等速条件 各类汽车传动系统中应用 准等速万向节根据双万向节实现等速传动的原理而设计的万向节称为准等速万向节 三销轴式万向节优点 允许相邻两轴间有较大的夹角 用于一些越野车的转向驱动桥 球笼式万向节 RF节 特点 在传递转矩的过程中 主从动轴之间只能相对转动 不会产生轴向位移 应用特点 桑塔纳 捷达 奥迪 红旗 富康 夏利 球叉式万向节结构 应用特点 允许轴向有一定的滑动量 断开式驱动桥主减速器处 内侧 可以省去滑动花键 挠性万向节挠性万向节依靠其中弹性件的弹性变形来保证在相交两轴间传动时不发生机械干涉 由于弹性件的弹性变形量有限 故挠性万向节一般用于两轴间夹角不大和只有微量轴向位移的万向传动场合 应用特点 两轴间夹角不大 常用来连接固定在车架上的两个部件 发动机与变速器 变速器与分动器 重型自卸车等 二 传动轴结构 1 传动轴的组成 传动轴 花键轴 滑动叉 中间支承和万向节叉等共同组成了传动轴 十字轴式刚性万向节传动轴在汽车传动系中用得最广泛 非等速传动轴一般指的是十字轴式刚性万向节传动轴 十字轴式刚性万向节主要用于传递角度的变化 一般由凸缘叉 十字轴带滚针轴承总成 万向节叉或滑动叉 中间连接叉或花键轴叉 滚针轴承的轴向固定件等组成 凸缘叉一般与变速箱 驱动桥或别的传动轴等连接 凸缘叉是一个带法兰的叉形零件 一般采用中碳钢或中碳合金钢的锻造件 也有采用球墨铸铁的砂型铸造件和中碳钢或中碳优质合金钢的精密铸造件 凸缘叉一般带一个平法兰 也有带一个端面梯形齿法兰的 十字轴带滚针轴承总成一般包括四个滚针轴承 一个十字轴 一个滑脂嘴 滚针轴承一般由若干个滚针 一个轴承碗 一个多刃口橡胶油封 部分带骨架 组成 在某些滚针轴承中 还有一个带油槽的圆形垫片 有尼龙的 也有采用铜片或其他材料的 主要用于减小万向节轴向间隙 提高传动轴动平衡品质 万向节叉是一个叉形零件 一般采用中碳钢或中碳合金钢的锻造件 也有采用中碳钢的精密铸造件 滚针轴承的轴向固定件一般是孔 或轴 用弹性挡圈 内外卡式 或轴承压板 锁片 螺栓等 传动轴的另外一个重要的组成部分是滑动花键副 由内 外花键 矩形 渐开线 组成 用于传递长度的变化 传动轴的万向节摆角和滑动花键副的最大伸缩量 是根据整车布置时进行的传动轴跳动校核而确定的 传动轴管一般由低碳钢板卷制的电焊钢管制成 对大规格的轴管 也有采用冷拔无缝管的 轴管的外径和壁厚 或内径 是根据传动轴所传递的最大工作扭矩 最高工作转速等条件确定的 空心的轴管具有较小的质量并能传递较大的扭矩 并且比相同外径的实心轴具有更高的临界转速的特点 一般情况下 两万向节中心距不大于1 5m 当距离较近时 一般由两个万向节和一个滑动花键副组成 中间无轴管 当距离较远而使传动轴的长度超过1 5m时 常常分成两根或三根 采用三个或四个万向节 且最后一根带滑动花键副 其余的带中间支承的结构型式 典型的中间支承一般由一个圆柱球轴承 一个轴承座 两个油封 一个橡胶垫 一个滑脂嘴组成 中间传动轴由中间支承支架连接到车架横梁上 要求中间传动轴轴心线与中间支承平面垂直 一般要求传动轴中间支承布置在传动轴系统的一阶临界转速节点上 在使用过程中 一般需要按时保养 在万向节 滑动花键副 中间支承等有滑脂嘴的地方 要按有关规定进行定期加注规定的润滑脂 也有采用免维护的传动轴 在万向节和中间支承的轴承内有预留的润滑脂 不需要定期加注润滑脂 2 传动轴的中间支承如果万向传动装置传递的动力较远 传动轴中间会分段 并加中间支承 解放CA1091型汽车传动轴中间支承的特点是 用蜂窝形橡胶垫支承 补偿安装误差和运动中的位移 摆动式中间支承的特点是 中间传动轴可以通过摆臂绕支承轴摆动 支承轴和摆臂下端均有橡胶衬套 可以改善轴承受力 斯太尔重型载货汽车根据驱动形式的不同选择传动轴 一般来讲4 2驱动形式的汽车仅有一根主传动轴 6 4驱动形式的汽车有中间传动轴 主传动轴和中 后桥传动轴 6 6驱动形式的汽车不仅有中间传动轴 主传动轴和中 后桥传动轴 而且还有前桥驱动传动轴 在长轴距车辆的中间传动轴一般设有传动轴中间支承 它是由支承架 轴承和橡胶支承组成 东风10吨传动轴总成 东风153前传动轴总成 东风153万向节叉 桥间轴 东风140传动轴中间凸缘 东风153叉形凸缘 凸缘叉 端面齿 孔径 68 东风153前花键轴 东风153后花键轴 东风140传动轴滑动叉 东风140传动轴万向节叉 东风153传动轴支架 东风153中间支承总成 内深沟轴承3000210 东风153十字轴 东风天龙传动轴带花键轴叉总成 3 传动轴性能要求传动轴轴管不得有裂纹及严重的凹瘪 检查传动轴的弯曲变形 最大圆跳动为0 8 1 0mm 超过规定应对传动轴进行校正或更换 传动轴花键与滑动叉花键 凸缘叉与所配合花键的侧隙 轿车应不大于0 15mm 其他类型的汽车应不大于0 30mm 装配后应能滑动自如 汽车起步或变速时有撞击声 汽车行驶时有异响 汽车行驶时有异响且车身抖动 在转矩传递方向上有较大的间隙导致 间隙在哪 十字轴与轴承传动轴与滑动叉螺栓松动 与传动部件的故障有关 传动轴的中间支承万向节装配过紧 更严重的传动部件的故障 主要是振动导致 传动轴弯曲变形传动轴不平衡中间支承损坏严重 故障现象 故障原因 故障分析 4 万向传动装置故障对汽车行驶的影响 汽车传动轴机件的损坏 磨损 变形以及失去动平衡 都会造成汽车在行驶中产生异响和振动 严重时会导致相关部件的损坏 汽车行驶中 在起步或急加速时发出 格登 的声响 而且明显表现出机件松旷的感觉 如果不是驱动桥传动齿轮松旷则显然是传动轴机件松旷 松旷的部位不外乎是万向节十字轴承或钢碗与凸缘叉 伸缩套的花键轴与花键套 一般来讲 十字轴轴径与轴承旷量不应超过0 13mm 伸缩花键轴与花键套啮合间隙不应大于0 3mm 超过使用极限应当修复或更换 汽车行驶中若底盘发生 嗡嗡 声 而且运行速度越高 声音越大 这一般是由于万向节十字轴与轴承磨损松旷 传动轴中间轴承磨损 中间橡胶支承损坏或吊架松动 或是由于吊架固定的位置不对所致 6 4汽车在重负荷时 特别在行驶颠簸中偶尔发出敲击声 应注意检查中后桥平衡轴是否变位而与传动轴发生干涉 汽车运行中若随着车速的增高而噪声增大 并且伴随有抖动 这一般是由于传动轴失去平衡所致 这种振动在驾驶室内感觉最为明显 传动轴动平衡的不平衡量应小于100g cm 传动轴动平衡失效严重会导致相关部件的损坏 最常见的是离合器壳裂纹和中间橡胶支承的疲劳损坏 传动轴中间吊架的安装在维修中十分重要 如果吊架安装位置不当 会增加传动轴运转阻力和噪声 导致轴承的早期损坏 在重新安装吊架时 首先将吊架固定螺栓不要拧紧 将汽车驱动轮用千斤顶支离地面 挂低速档 慢慢旋转传动轴使传动轴和吊架自动找正 然后再将吊架固定螺栓拧紧 一 传动轴加工方法 1 传动轴工作原理和技术要求 二 传动轴生产工艺方法及相关技术 传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的万向节叉和花键组成 传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键 以实现传动长度的变化 传动轴在工作时 其长度和夹角是在一定范围变化的 设计时应保证在传动轴长度处在最大值时 花键套与轴有足够的配合长度 而在长度处在最小时不顶死 传动轴夹角的大小直接影响到万向节的寿命 万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性 在长度一定时 传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速 所谓临界转速 就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时 即出现共振现象 以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速 传动轴的临界转速nk r min 为 式中 Lc为传动轴长度 mm 即两万向节中心之间的距离 dc和Dc分别为传动轴轴管的内 外径 mm 设计传动轴时 取安全系数K nk nmax 1 2 2 0 K 1 2用于精确动平衡 高精度的伸缩花键及万向节间隙比较小时 nmax为传动轴的最高转速 r min 当传动轴长度超过1 5m时 为了提高nk以及总布置上的考虑 常将传动轴断开成两根或三根 万向节用三个或四个 而在中间传动轴上加设中间支承 传动轴轴管断面尺寸除满足临界转速的要求外 还应保证有足够的扭转强度 轴管的扭转切应力应满足 式中 为许用扭转切应力 为300Mpa 其余符号同前 传统结构的传动轴伸缩套是将花键套与凸缘叉焊接在一起 将花键轴焊在传动轴管上 而斯太尔传动轴一改传统结构 将花键套与传动轴管焊接成一体 将花键轴与凸缘叉制成一体 并将矩形齿花键改成大压力角渐开线短齿花键 这样既增加了强度又便于挤压成形 适应大转矩工况的需要 在伸缩套管和花键轴的牙齿表面 整体涂浸了一层尼龙材料 不仅增加了耐磨性和自润滑性 而且减少了冲击负荷对传动轴的损害 提高了缓冲能力斯太尔传动轴在凸缘花键轴外增加了一个管形密封保护套 在该保护套端部设置了两道聚氨酯橡胶油封 使伸缩套内形成厂一个完全密封的空间 使伸缩花键轴不受外界沙尘的侵蚀 不仅防尘而且防锈 因此在装配时在花键轴与套内一次性涂抹润滑脂 就完全可以满足使用要求 不需要装油嘴润滑 减少了保养内容 斯太尔传动轴是一个高转速 少支承的旋转体 它的动平衡是至关重要的 一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验 并在平衡机上进行了调整 因此 一组传动轴是配套出厂的 在使用中就应特别注意 五十铃货车传动轴结构特点五十铃货车原始数据及设计要求发动机的输出扭矩 最大扭矩318 5N m 2000r min 轴距 3360mm 变速器传动比 五挡0 787 一挡6 378 轮距 前轮1760毫米 后轮1610毫米 载重量5000千克 由于五十铃货车轴距不算太长 且载重量5吨属中型货车 所以不选中间支承 只选用一根主传动轴 货车发动机一般为前置后驱 由于悬架不断变形 变速器或分动器输出轴轴线之间的相对位置经常变化 根据货车的总体布置要求 将离合器与变速器 变速器与分动器之间拉开一段距离 考虑到它们之间很难保证轴与轴同心及车架的变形 所以采用十字轴万向传动轴 为了避免运动干涉 在传动轴中设有由滑动叉和花键轴组成的伸缩节 以实现传动轴长度的变化 空心传动轴具有较小的质量 能传递较大的转矩 比实心传动轴具有更高的临界转速 所以此传动轴管采用空心传动轴 传动轴的长度和夹角及它们的变化范围 由汽车总布置设计决定 设计时应保证在传动轴长度处在最大值时 花键套与花键轴有足够的配合长度 而在长度处于最小时 两者不顶死 传动轴夹角大小会影响万向节十字轴和滚针轴承的寿命 万向传动效率和十字轴的不均匀性 变化范围为3 传动轴经常处于高速旋转状态下 所以轴的材料查机械零件手册选取40CrNi 适用于很重要的轴 具有较高的扭转强度 传动轴管由低碳钢板制壁厚均匀 壁薄 1 5 3 0mm 管径较大 易质量平衡 扭转强度高 弯曲刚度高 适用高速旋转的电焊钢管制成 选择矩形花键 用于补偿由于汽车行驶时传动轴两端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 外层设有防尘罩 间隙小一些 以免引起传动轴的震动 花键齿与键槽按对应标记装配 以保持传动轴总成的动平衡 动平衡的不平衡度由电焊在轴管外的平衡片补偿 装车时传动轴的伸缩花键一端应靠近变速器 减小其轴向阻力和磨损 传动轴总成的不平衡是传动系弯曲振动的一个激励源 当高速旋转时 将产生明显的振动和噪声 万向节中十字轴的轴向窜动 传动轴滑动花键中的间隙 传动轴总成两端连接处的定心精度 高速回转时传动轴的弹性变形 传动轴上点焊平衡片时的热影响等因素 都能改变传动轴总成的不平衡度 提高滑动花键的耐磨性和万向节花键的配合精度 缩短传动轴长度并增加其弯曲刚度 都能降低传动轴的不平衡度 为了消除点焊平衡片的热影响 应在冷却后再进行动平衡检验 传动轴的不平衡度 对于五十铃货车 在1000 4000r min时不大于50 100g cm 传动轴总成的径向全跳动不大于0 8mm 轴管两端的摆差在其两端不大于0 5mm 用3038N m的扭矩试验焊接强度 焊接钢丝采用H08Mn2Si 2 传动轴工艺方法设计 1 以保证零件加工质量 达到设计图纸规定的各项技术要求为前提 2 工艺过程有较高的生产效率和较低的成本 3 充分考虑和利用现有生产条件 作到平衡生产 4 尽量减轻工人劳动强度 保证安全生产 创造良好 文明劳动条件 5 积极采用先进技术和工艺 减少材料和能源消耗 符合环保要求 1 传动轴工艺方法设计原则 1 产品的全套装配图及零件图2 产品的验收质量标准 传动轴总成台架试验方法国家标准QCT523 1999 2009 汽车转向传动轴总成性能要求和试验方法QCT649 2000 3 产品的生产纲领及