CN107504159A - 一种汽车传动轴结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车传动轴结构，包括轴头、两个轴瓦、壳体、轴叉及内衬壳体；内衬壳体设置于壳体内，轴头的一端插入壳体的一端并与内衬壳体的一端连接，然后通过一个轴瓦固定连接；轴叉的一端插入壳体的另一端并与内衬壳体的另一端连接，然后通过另一个轴瓦固定连接。本技术方案通过将壳体设置为FRP增强塑料，降低传动轴的重量，节能减耗，降低传动轴的剩余不平衡量，且传动轴固定牢靠。

Description

一种汽车传动轴结构

技术领域

本发明属于汽车传动技术领域，特别是指一种汽车传动轴结构。

背景技术

传动轴总成由万向节和传动轴组成，有时还加装中间支承。它主要用来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。

传动轴总成设计应满足如下基本要求：

1)保证所连接的两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。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。

3)传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。

传动轴总成在汽车上应用比较广泛。在发动机前置后轮或全轮驱动的汽车上，由于弹性悬架的变形，变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴的轴线相对位置经常变化，所以普遍采用十字轴传动轴总成。在转向驱动桥中，内、外半轴之间的夹角随行驶需要而变，这时多采用等速传动轴总成。当后驱动桥为独立悬架时，也必须采用传动轴总成。

万向节按扭转方向是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式连接传递动力的，可分成不等速万向节(如十字轴式)、准等速万向节(如双联式、凸块式、三销轴式等)和等速万向节(如球叉式、球笼式等)。挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。

不等速万向节是指万向节连接的两个传动轴的夹角大于零时，输出轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动，但平均角速度比为1的万向节。准等速万向节是指在设计角度下工作时以等于1的瞬时角速度比传递运动，而在其它角度下工作时瞬时角速度比近似等于1的万向节。输出轴和输入轴以等于1的瞬时角速度比传递运动的万向节，称之为等速万向节。

现在每个汽车厂家都在进行汽车轻量化，每个零部件都要进行轻量化设计。使用纤维增强塑料(FRP)来替代金属材料，不仅可大幅减小零部件的质量，而且还可抑制振动和噪音，同时，提升燃油经济性，降低二氧化碳排放量。

现有技术的汽车从变速器到驱动桥都采用传动轴总成连接，传动轴总成有一节或多节传动轴，多节传动轴通过不等速万向节连接在一起。如图1所示为现有技术传动轴总成，包括十字轴01，十字轴支架02、传动轴支承03、传动轴04、轴头041、壳体042、平衡块043及轴叉044构成一个不等速万向节。

传动轴支承内有轴承，轴承内圈套在端轴上，传动轴绕轴承轴线旋转，传动轴支承通过腰形孔固定在车身上。

十字轴的四个端部都有滚针轴承，轴头和轴叉都可各自绕其与十字轴安装的轴线旋转。

传动轴在传递动力时，主要受到扭转力作用，直径越大扭转应力越小，所以传动轴的轴头和轴叉直径采用很长的圆柱形金属壳体，并将轴头、轴叉和壳体焊接在一起。

由于传动轴的弯曲、重量不平衡、前后安装部的中心错位等原因，当传动轴旋转时产生弯曲振动，随着速度的上升，振动随之增大，当传动轴的速度接近其弯曲固有振动频率时，就出现共振现象，以致振幅急剧增大而引起传动轴折断，此时速度是传动轴的危险转速。传动轴的危险转速取决于传动轴的尺寸、结构和支承情况。在传动轴上增加一个质量块减振器，可以改变危险转速的大小，从而使危险转速避开工作转速，如在壳体上焊接一个平衡块，拉开危险转速和工作转速，减小振动和噪声。

现有技术的传动轴总成中，传动轴壳体为很长的圆柱形金属壳体，加工精度要求比较高，重量大；要求不同尺寸的平衡块，还要焊接在壳体上，焊接应力影响壳体扭转强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车传动轴结构，以解决现有技术的传动轴总成的重量大、加工精度要求较高及需要不同尺寸的平衡块的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种汽车传动轴结构，包括轴头、两个轴瓦、壳体、轴叉及内衬壳体；

所述内衬壳体设置于所述壳体内，所述轴头的一端插入所述壳体的一端并与所述内衬壳体的一端连接，然后通过一个轴瓦固定连接；

所述轴叉的一端插入所述壳体的另一端并与所述内衬壳体的另一端连接，然后通过另一个轴瓦固定连接。

所述轴头为旋转体，在所述轴头的一端设置有螺纹孔，所述轴头的外表面轴向依次为十字轴支架安装面、轴承安装面、小圆柱面、端面、轴向并列槽、轴圆环面及轴圆柱面；在所述轴圆柱面上设置有轴滚花层；

所述轴向并列槽为复数圆环槽。

所述轴瓦包括相对连接的上部轴瓦和下部轴瓦；所述上部轴瓦和下部轴瓦通过铆钉固定连接；

所述上部轴瓦与所述下部轴瓦的结构相同，可以互换；

所述上部轴瓦包括轴瓦本体及所述轴瓦本体两端的连接部，在所述连接部上设置有铆钉孔；

所述轴瓦本体为弧形结构，在所述轴瓦本体的内表面依次为限位圆环、中圆柱面、小圆弧旋转面、大圆弧旋转面及内端圆柱面；

所述限位圆环与所述小圆柱面及端面相配合；所述中圆柱面、小圆弧旋转面、大圆弧旋转面及内端圆柱面用于同所述壳体的安装配合。

在与所述内端圆柱面相对的所述轴瓦本体外表面设置有端部加强筋，在所述轴瓦本体外表面设置有配重环及配重孔。

所述中圆柱面的直径、小圆弧旋转面的直径、所述大圆弧旋转面的直径及所述内端圆柱面的直径依次减小。

所述内衬壳体为管形结构，由浸润过树脂的纤维或纤维束缠绕而成的纤维增强塑料组成。

所述轴叉的一端设置有内盲孔，另一端设置有十字轴安装孔，在所述轴叉的外表面自设置有内盲孔的一端向所述十字轴安装孔方向，依次设置有叉圆柱面、叉圆环面、叉并列槽、圆环端面、沟槽及叉体；所述十字轴安装孔设置于所述叉体上；在所述叉圆柱面上设置有叉滚花层；

所述叉圆柱面及所述叉圆环面用于与所述内衬壳体的一端连接，所述叉并列槽与所述壳体的一端固定连接。

所述壳体为FRP增强塑料，所述壳体自端部向中部延伸时，所述壳体的外表面依次包括大端圆柱面、小弧旋转面、大弧旋转面、过渡圆柱面及本体圆柱面；

与所述大端圆柱面相对的内表面设置有内排凸起；

所述大端圆柱面、所述小弧旋转面及所述大弧旋转面用于轴瓦的安装。

所述本体圆柱面的直径为D1，所述过渡圆柱面的直径为D2，所述大端圆柱面的直径为D3；所述D1＜D2＜D3。

过渡圆柱面内侧至壳体端部的距离为L1；限位圆环内侧圆环面到轴瓦内侧端部的距离为L2；所述叉圆环面到所述圆环端面的距离为L3；所述轴叉的端面到所述圆环端面的距离为L4；所述L1＞L4＞L2＞L3。

本发明的有益效果是：

本技术方案通过将壳体设置为FRP增强塑料，降低传动轴的重量，节能减耗，降低传动轴的剩余不平衡量，且所述传动轴固定牢靠。

附图说明

图1为现有技术传动轴总成示意图；

图2为本发明传动轴结构示意图；

图3为本发明传动轴主视图；

图4为本发明传动轴仰视图；

图5为图3的A-A剖视图；

图6为图5的I处放大图；

图7为轴头示意图；

图8为轴瓦示意图；

图9为壳体示意图；

图10为轴叉示意图；

图11为图6的B-B剖面图；

图12为图11的II处放大图。

附图标记说明

01十字轴，02十字轴支架，03传动轴支承，04传动轴，041轴头，042壳体，043平衡块，044轴叉，1轴头，11螺纹孔，12十字轴支架安装面，13轴承安装面，14小圆柱面，15端面，16轴并列槽，17轴圆柱面，18轴圆环面，2轴瓦，21铆钉孔，22限位圆环，23中圆柱面，24小圆弧旋转面，25大圆弧旋转面，26内端圆柱面，27端部加强筋，28配重环，29配重孔，3壳体，31内排凸起，32大端圆柱面，33小弧旋转面，34大弧旋转面，35过渡圆柱面，36本体圆柱面，4轴叉，41内盲孔，42叉并列槽，43沟槽，44叉体，45十字轴安装孔，46圆环端面，47叉圆环面，48叉圆柱面，49工艺孔，50叉小角锥面，5铆钉，6内衬壳体。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

本申请提供一种汽车传动轴结构，如图2至图12所示，包括轴头、两个轴瓦、壳体、轴叉及内衬壳体。

内衬壳体设置于壳体内，轴头的一端插入壳体的一端并与内衬壳体的一端连接，然后通过一个轴瓦固定连接。

轴叉的一端插入壳体的另一端并与内衬壳体的另一端连接，然后通过另一个轴瓦固定连接。

轴头1为旋转体，在轴头的端部设置有螺纹孔11、轴头的外表面轴向依次为十字轴支架安装面12、轴承安装面13、小圆柱面14、端面15、轴并列槽16、轴圆柱面17、轴圆环面18。在轴圆柱面上设置有轴滚花层；螺纹孔11和十字轴安装面12用于十字轴支架的连接；轴承安装面13用于安装传动轴支架轴承的安装；小圆柱面14和端面15用于轴瓦2端部的安装和限位；轴并列槽16为复数圆环槽，用于壳体3端部的内排凸起31的形成；轴圆柱面17、轴圆环面18用于内衬壳体6的安装。

所述轴瓦包括相对连接的上部轴瓦和下部轴瓦；所述上部轴瓦和下部轴瓦通过铆钉固定连接。

所述上部轴瓦与所述下部轴瓦的结构相同，可以互换。

所述上部轴瓦包括轴瓦本体及所述轴瓦本体两端的连接部，在所述连接部上设置有铆钉孔。

所述轴瓦本体为弧形结构，在所述轴瓦本体的内表面依次为限位圆环、中圆柱面、小圆弧旋转面、大圆弧旋转面及内端圆柱面。

所述中圆柱面的直径、小圆弧旋转面的直径、所述大圆弧旋转面的直径及所述内端圆柱面的直径依次减小。

铆钉孔21为铆钉5过孔，用于固定安装轴瓦2；限位圆环22内侧圆环面与轴头1上的端面15、轴叉4上的圆环端面46贴合，用于轴瓦2的外端限位，同时也用于壳体3两端的限位，限位圆环22内侧圆环面到轴瓦2内侧端部的距离为L2；中圆柱面23、小圆弧旋转面24、大圆弧旋转面25、内端圆柱面26用于轴瓦与壳体3端部的安装，同时，壳体3受到力和扭矩作用后，限制壳体3上的小弧旋转面33和大弧旋转面34向内侧移动趋势，保证壳体3端部固定的可靠性；端部加强筋27用于提高轴瓦的强度；配重环28一方面起到轴瓦2的增强效果，另一方面，传动轴总成旋转时振动比较大时，可在配重环打复数个配重孔29，减小剩余不平衡量大的一侧重量，以致减小振动。

内衬壳体6的内外面都是单一的圆柱面，在钢管上由浸润过树脂的纤维或纤维束缠绕而成的纤维增强塑料(FRP)。

轴叉4上有内盲孔41、叉并列槽42、沟槽43、叉体44、十字轴安装孔45、圆环端面46、叉圆环面47、叉圆柱面48、工艺孔49。在所述叉圆柱面上设置有叉滚花层；内盲孔41用于轴叉4的减重；沟槽43和圆环端面46用于轴瓦2端部的安装和限位；叉并列槽42为复数圆环槽，用于壳体3端部的内排凸起31的形成，叉并列槽42；叉体44、十字轴安装孔45用于安装十字轴；叉圆环面47、叉圆柱面48用于内衬壳体6的安装，叉圆环面47到圆环端面46距离为L3，轴叉4的端面到圆环端面46距离为L4。叉小角锥面50便于轴叉4插入内衬壳体6。

将轴头1的轴圆柱面17插入内衬壳体6内，使得轴滚花层与内衬壳体固定配合，直至内衬壳体6的端部与轴头1的轴圆环面18接触，同样，将轴叉4的叉圆柱面48插入内衬壳体6内，使得叉滚花层与内衬壳体固定配合；直至内衬壳体6的端部与轴叉4的叉圆环面47接触，在轴头1端用轴承安装面13等定位安装，在轴叉4端用工艺孔49等定位安装，完成本发明的预装组件。

壳体3为很长的旋转体，在本发明的预装上，由浸润过树脂的纤维或纤维束缠绕而成的壳体3，壳体3为纤维增强塑料(FRP)，上有内排凸起31、大端圆柱面32、小弧旋转面33、大弧旋转面34、过渡圆柱面35、本体圆柱面36。内排凸起31为复数排凸起圆环；大端圆柱面32、小弧旋转面33、大弧旋转面34用于轴瓦2的安装，同时，壳体3受到力和扭矩作用后，限制壳体3上的小弧旋转面33和大弧旋转面34向内侧移动趋势，保证壳体3端部固定的可靠性；过渡圆柱面35用于大端圆柱面32与本体圆柱面36过渡，防止在受到较大力和扭矩时应力过大，过渡圆柱面内侧至壳体端部的距离为L1；大端圆柱面32的直径为D3、过渡圆柱面35的直径为D2、本体圆柱面36的直径为D1，D1＜D2＜D3。

先再将壳体3上的大端圆柱面32涂上胶水，将两个轴瓦2上的限位圆环22分别从上、下卡在轴头1的端面15上，最后用四个铆钉5分别通过轴瓦2上四个铆钉孔1将上下两个轴瓦2铆接在一起，完成传动轴一头的安装。

同样，将壳体3上的大端圆柱面32涂上胶水，将两个轴瓦2上的限位圆环22分别从上、下卡入轴叉4的沟槽43内，并使限位圆环22与圆环端面46贴合，最后用四个铆钉5分别通过轴瓦2上四个铆钉孔1将上下两个轴瓦2铆接在一起，完成传动轴另一头的安装，并且形成L1＞L4＞L2＞L3尺寸关系，保证传动轴的可靠性，完成本发明的安装。

将完成安装的传动轴装在动平衡检测仪器上，高速旋转传动轴，测出传动轴的剩余不平衡量的大小和方位，在剩余不平衡量大的一侧，在轴瓦2的配重环28上打复数孔，消除此方位的剩余不平衡量，完成本发明的质量检测和调整。

工作原理

原理1：

传动轴断裂直接影响车辆行驶的安全性，本发明采用三重保护措施，充分保证壳体3与轴头1、轴叉4的安装可靠性。

措施一：缠绕壳体3时，壳体3端部的内排凸起31镶嵌在轴头1的轴并列槽16、轴叉4的叉并列槽42内，外通过胶水轴瓦2固定在一起。

措施二：轴瓦2的中圆柱面23、小圆弧旋转面24、大圆弧旋转面25、内端圆柱面26分别与壳体3的大端圆柱面32、小弧旋转面33、大弧旋转面34、过渡圆柱面35的几何形状和尺寸相同，轴瓦2的内端圆柱面26直径小于中圆柱面23的直径，壳体3受到力和扭矩作用后，铆接在一起的上下两个轴瓦2限制壳体3上的小弧旋转面33和大弧旋转面34向内侧移动趋势，保证壳体3端部固定的可靠性。

措施三：铆接在一起的上下两个轴瓦2上的限位圆环22分别卡在轴头1的端面15上，同样，铆接在一起的上下两个轴瓦2上的限位圆环22分别卡入轴叉4的沟槽43内，进一步防止壳体3和轴瓦2脱出。

原理2：

在大端圆柱面32与本体圆柱面36采用过渡圆柱面35过渡，防止在受到较大力和扭矩时应力过大。

原理3：

FRP材料本身很轻，剩余不平衡量本身很小，在轴瓦2的配重环28上打复数孔，就可消除此传动轴的剩余不平衡量，减小振动。

原理4：

先做成内衬壳体6，再在预装组件上由浸润过树脂的纤维或纤维束缠绕而成的壳体3，使壳体3和内衬壳体6形成一体，并固定牢靠。

内衬壳体6在工作时壳体受到的剪切应力作用，通过端部内侧与轴头1、轴叉4的滚花层挤压固定在一起，提高内衬壳体6的安装可靠性和强度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种汽车传动轴结构，其特征在于，包括轴头、两个轴瓦、壳体、轴叉及内衬壳体；

所述内衬壳体设置于所述壳体内，所述轴头的一端插入所述壳体的一端并与所述内衬壳体的一端连接，然后通过一个轴瓦固定连接；

所述轴叉的一端插入所述壳体的另一端并与所述内衬壳体的另一端连接，然后通过另一个轴瓦固定连接。

2.根据权利要求1所述的汽车传动轴结构，其特征在于，所述轴头为旋转体，在所述轴头的一端设置有螺纹孔，所述轴头的外表面轴向依次为十字轴支架安装面、轴承安装面、小圆柱面、端面、轴向并列槽、轴圆环面及轴圆柱面；所述轴圆柱面上设置有轴滚花层；

所述轴向并列槽为复数圆环槽。

3.根据权利要求2所述的汽车传动轴结构，其特征在于，所述轴瓦包括相对连接的上部轴瓦和下部轴瓦；所述上部轴瓦和下部轴瓦通过铆钉固定连接；

所述上部轴瓦与所述下部轴瓦的结构相同，可以互换；

所述上部轴瓦包括轴瓦本体及所述轴瓦本体两端的连接部，在所述连接部上设置有铆钉孔；

所述轴瓦本体为弧形结构，在所述轴瓦本体的内表面依次为限位圆环、中圆柱面、小圆弧旋转面、大圆弧旋转面及内端圆柱面；

所述限位圆环与所述小圆柱面及端面相配合；所述中圆柱面、小圆弧旋转面、大圆弧旋转面及内端圆柱面用于同所述壳体的安装配合。

4.根据权利要求3所述的汽车传动轴结构，其特征在于，在与所述内端圆柱面相对的所述轴瓦本体外表面设置有端部加强筋，在所述轴瓦本体外表面设置有配重环及配重孔。

5.根据权利要求3所述的汽车传动轴结构，其特征在于，所述中圆柱面的直径、小圆弧旋转面的直径、所述大圆弧旋转面的直径及所述内端圆柱面的直径依次减小。

6.根据权利要求1所述的汽车传动轴结构，其特征在于，所述内衬壳体为管形结构，由浸润过树脂的纤维或纤维束缠绕而成的纤维增强塑料组成。

7.根据权利要求3所述的汽车传动轴结构，其特征在于，所述轴叉的一端设置有内盲孔，另一端设置有十字轴安装孔，在所述轴叉的外表面自设置有内盲孔的一端向所述十字轴安装孔方向，依次设置有叉圆柱面、叉圆环面、叉并列槽、圆环端面、沟槽及叉体；所述十字轴安装孔设置于所述叉体上；在所述叉圆柱面上设置有叉滚花层；

所述叉圆柱面及所述叉圆环面用于与所述内衬壳体的一端连接，所述叉并列槽与所述壳体的一端固定连接。

8.根据权利要求7所述的汽车传动轴结构，其特征在于，所述壳体为FRP增强塑料，所述壳体自端部向中部延伸时，所述壳体的外表面依次包括大端圆柱面、小弧旋转面、大弧旋转面、过渡圆柱面及本体圆柱面；

与所述大端圆柱面相对的内表面设置有内排凸起；

所述大端圆柱面、所述小弧旋转面及所述大弧旋转面用于轴瓦的安装。

9.根据权利要求8所述的汽车传动轴结构，其特征在于，所述本体圆柱面的直径为D1，所述过渡圆柱面的直径为D2，所述大端圆柱面的直径为D3；所述D1＜D2＜D3。

10.根据权利要求8所述的汽车传动轴结构，其特征在于，过渡圆柱面内侧至壳体端部的距离为L1；限位圆环内侧圆环面到轴瓦内侧端部的距离为L2；所述叉圆环面到所述圆环端面的距离为L3；所述轴叉的端面到所述圆环端面的距离为L4；所述L1＞L4＞L2＞L3。