传动轴法兰盘平台化设计

【摘要】本文以一款高端SUV车型两四驱传动轴法兰盘平台化的案例，对传动轴法兰盘设计要点以及分析方法进行了描述，重点描述了传动轴法兰盘平台化的设计过程，为其他车型进行零部件平台化设计提供了参考。

【关键词】SUV；越野；传动轴；法兰盘；平台化

一、设计背景

万向传动轴在汽车上的应用比较广泛。发动机前置后轮或全轮驱动汽车行驶时，由于悬架不断变形，变速器或分动器的输出轴与驱动桥输入轴轴线之间的相对位置经常变化，因而普遍采用可伸缩的十字轴万向传动轴，本文校核的车型采用的十字轴万向传动轴；对于转向驱动桥，左、右驱动轮需要随汽车行驶轨迹变化而改变方向，这时多采用等速万向传动轴。

本案例中，通过对十字轴万向传动轴法兰的更改，改善了公传动轴法兰装配干涉的问题，为降低设计投入要求底盘平台化。目标车型定位为高端的国际化强功能越野车型，功能定义为具有高通过性和爬坡能力、较强的脱困能力。因此，对传动轴的强度及打滑扭矩等参数都有较高的要求。

二、布置分析及问题对策

经对后传动轴进行装配分析，发现存在如下问题：

a）四驱：后传动轴法兰连接螺栓上力矩时，定值力矩扳手与传动轴存在干涉。

b）两驱：后传动轴法兰连接螺栓与法兰节叉间隙只有1.64mm，紧固套筒无法安装（套筒壁厚3mm），紧固工具与法兰干涉，且经与供应商沟通，无满足要求的薄壁套筒。

c）经计算四驱后传动轴法兰螺栓（M10）安全系数为0.76，小于参考车型传动轴法兰螺栓M11安全系数0.96，因此需将螺栓尺寸增大。

附：安全系数计算过程：

法兰M10螺栓安全系数为0.76，更改为M12螺栓后安全系数为1.19，参考车型M11螺栓安全系数为0.96，螺栓更改为M12后，安全系数满足要求；计算结果如下表所示：

（二）解决思路

第1步：考虑平台化及现有资源，经过结构分析及论证后确定以下事宜

1、四驱后传动轴前后法兰分度圆（法兰螺栓孔中心所在的圆）直径更改为107.95mm（更改前分度圆直径为90mm），止口尺寸按AT两驱止口尺寸（直径68mm）更改，后桥法兰及分动器法兰对应更改；更改四驱法兰后，定值力矩扳手与法兰节叉间隙干涉0.26mm，工具放入位置干涉量0.7mm，经现场验证满足要求；

2、四驱螺栓通孔更改为12.3mm，采用M12六角法兰面螺栓，设定螺栓法兰面尺寸（15mm），为保证装配，螺栓为非标件，经校核满足要求；

3、两驱后传动轴前端十字万向节更改为挠性万向节，后端法兰分度圆直径与四驱更改相同，后桥法兰及变速器法兰对应更改；

第2步：对应后传动轴法兰与油箱间隙小的问题 ：

1）问题来源：

a）因传动轴配合面的传扭力矩问题将后桥输入法兰盘也进行了相应的通用性更改，法兰半径加大了7.5mm；

b）同时由于考虑后桥与其它车型平台化，后桥主减的输入轴左右偏距由26mm减小到了23mm，导致后桥输入法兰及传动轴总成向左摆移了3mm；

c）法兰部分相对于原来的结构向左加大了3+7.5=10.5mm，油箱在左边，使后桥法兰与燃油箱的距离减小了；

d）综上所述，最终导致后桥法兰与燃油箱总成的Y向间隙在设计状态由38.2mm减小到了27.7mm，不满足公司保安防灾≥30mm的要求。

2）校核分析：通过对燃油箱总成装配、悬架装配及悬架运动的分析来对27.7mm间隙进行验证；

a）由于后悬架为五连杆结构的非独立悬架，后桥的运动受到悬架后控制杆的约束，从图中可以看出在半载设计状态时，后控制杆基本上处于水平状态，所以无论是桥上跳还是下跳，桥上的安装点均会沿图示的圆弧轨迹运动（图2），所以在半载设计状态时受后桥约束的后传动轴总成与燃油箱之间的距离是最小的，桥在上下跳动过程中均会远离燃油箱总成的护板，距离均会变大。

b）部分模拟时后桥法兰与燃油箱的最小距离为23.8mm（图3），考虑后控制杆的衬套厚度（单侧3.5mm）时，后桥最大左移量为7mm，此时的法兰包络与燃油箱的距离为17.6mm（衬套为铁碰铁时，图4），此距离不包括零部件的加工公差及装配公差。

c）后桥法兰部分与燃油箱总成的最小距离17.6mm（两个衬套铁碰铁时，图4），所涉及到的零部件公差后最小距离为（考虑悬架部分螺栓孔轴配合及燃油箱扎带装配的总公差±3）：

结果如图5所示：按极限算法时公差为±13.2mm，概率算法时为±5.9mm，均小于其最小距离的17.6mm，同时在车轮上下跳动时因为悬架后控制杆的作用后桥相对于车架均会向右侧移动，即使再考虑衬套的极限铁碰铁状态，后桥法兰与燃油箱的最小距离在悬架跳动时均会大于17.6mm。

即：后桥法兰与燃油箱的最小距离在悬架运动的最极限状态仍然会存在间隙，且间隙会大于17.6-13.2=4.4mm；

以上分析未考虑燃油箱的装配及装载燃油后的变形，变形量无法明确量化，认为此距离余量不足。

（三）确定更改方案：

经评审，共有两个更改方案：

方案1、燃油箱总成后部进行局部削减8mm；

方案2、更改后桥主减速器输入轴的左右偏距到28mm；

经综合考虑成本及周期，确定采用方案1更改油箱局部尺寸。

参考文献

[1]刘涛主编.汽车设计【M】.北京：北京大学出版社，2008.

[2]《汽车设计手册 》编纂委员会.汽车设计手册【M】.长春：长春汽车研究所，1998.

[3]《汽车工程手册 》编委会.汽车工程手册设计篇【M】.北京：人民交通出版社，2001.

[4]成大先主编.第五版机械设计手册【M】.北京：化学工业出版社，2007