传动轴生产工艺技术专题讲座

传动轴生产工艺技术专题讲座第1页/共77页

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

第2页/共77页2.组成

1)万向节

2)传动轴

3)中间支承第3页/共77页3.在汽车上的应用

1)

变速器与驱动桥之间（4×2）第4页/共77页2)

变速器与分动器，分动器与驱动桥之间第5页/共77页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、组成和应用第6页/共77页5)转向机构中的转向轴与转向器之间

第7页/共77页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、球笼式第8页/共77页十字轴式万向节（1）构造结构特点：轴承定位盖板式挡圈式十字轴万向节叉轴承盖安全阀万向节叉滚针轴承第9页/共77页第10页/共77页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。油封油封挡盘注油嘴采用橡胶油封，当十字轴内腔油压过大时，多余的润滑油会从橡胶油封内圆表面与轴颈接触处溢出。第11页/共77页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。（1）双联式万向节特点：两个十字轴式万向节相连，中间传动轴长度缩减至最小。优点：允许有较大的轴间夹角，轴承密封性好、效率高、制造工艺简单、加工方便、工作可靠等。多用于越野汽车。第12页/共77页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。第13页/共77页球笼式万向节（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，夏利第14页/共77页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。第15页/共77页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。第16页/共77页(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。

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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。

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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。第19页/共77页

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。第20页/共77页第21页/共77页

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。

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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。

第23页/共77页第24页/共77页东风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

第25页/共77页东风140传动轴中间凸缘

东风153叉形凸缘第26页/共77页凸缘叉(端面齿，孔径Ø68)第27页/共77页东风153前花键轴

东风153后花键轴

第28页/共77页东风140传动轴滑动叉

东风140传动轴万向节叉第29页/共77页东风153传动轴支架东风153中间支承总成（内深沟轴承3000210）第30页/共77页东风153十字轴

第31页/共77页东风天龙传动轴带花键轴叉总成第32页/共77页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。第33页/共77页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

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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。

第35页/共77页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。第36页/共77页(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）。

第37页/共77页设计传动轴时，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。

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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。第40页/共77页第41页/共77页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。

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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。第43页/共77页

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。第44页/共77页

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

第45页/共77页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)产品的生产纲领及生产类型

4)零件毛坯图及毛坯生产情况

5)本厂（车间）的生产条件

6)各种有关手册、标准等技术资料

7)国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况

(2)制定传动轴工艺方法所需原始资料

第46页/共77页(3)传动轴工艺方法制定步骤

1）阅读装配图和零件图

了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求。

2）工艺审查审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。

3）熟悉或确定毛坯

确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等。第47页/共77页4）选择定位基准（粗基准、精基准，基准原则）5）拟定加工路线（工艺过程卡）6）确定满足各工序要求的工艺装备①包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。②工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。③对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。7)