傳動(dòng)軸法蘭盤平臺化設(shè)計(jì)

【摘要】本文以一款高端SUV車型兩四驅(qū)傳動(dòng)軸法蘭盤平臺化的案例，對傳動(dòng)軸法蘭盤設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及分析方法進(jìn)行了描述，重點(diǎn)描述了傳動(dòng)軸法蘭盤平臺化的設(shè)計(jì)過程，為其他車型進(jìn)行零部件平臺化設(shè)計(jì)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】SUV；越野；傳動(dòng)軸；法蘭盤；平臺化

一、設(shè)計(jì)背景

萬向傳動(dòng)軸在汽車上的應(yīng)用比較廣泛。發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛時(shí)，由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸軸線之間的相對位置經(jīng)常變化，因而普遍采用可伸縮的十字軸萬向傳動(dòng)軸，本文校核的車型采用的十字軸萬向傳動(dòng)軸；對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，左、右驅(qū)動(dòng)輪需要隨汽車行駛軌跡變化而改變方向，這時(shí)多采用等速萬向傳動(dòng)軸。

本案例中，通過對十字軸萬向傳動(dòng)軸法蘭的更改，改善了公傳動(dòng)軸法蘭裝配干涉的問題，為降低設(shè)計(jì)投入要求底盤平臺化。目標(biāo)車型定位為高端的國際化強(qiáng)功能越野車型，功能定義為具有高通過性和爬坡能力、較強(qiáng)的脫困能力。因此，對傳動(dòng)軸的強(qiáng)度及打滑扭矩等參數(shù)都有較高的要求。

二、布置分析及問題對策

經(jīng)對后傳動(dòng)軸進(jìn)行裝配分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

a）四驅(qū)：后傳動(dòng)軸法蘭連接螺栓上力矩時(shí)，定值力矩扳手與傳動(dòng)軸存在干涉。

b）兩驅(qū)：后傳動(dòng)軸法蘭連接螺栓與法蘭節(jié)叉間隙只有1.64mm，緊固套筒無法安裝（套筒壁厚3mm），緊固工具與法蘭干涉，且經(jīng)與供應(yīng)商溝通，無滿足要求的薄壁套筒。

c）經(jīng)計(jì)算四驅(qū)后傳動(dòng)軸法蘭螺栓（M10）安全系數(shù)為0.76，小于參考車型傳動(dòng)軸法蘭螺栓M11安全系數(shù)0.96，因此需將螺栓尺寸增大。

附：安全系數(shù)計(jì)算過程：

法蘭M10螺栓安全系數(shù)為0.76，更改為M12螺栓后安全系數(shù)為1.19，參考車型M11螺栓安全系數(shù)為0.96，螺栓更改為M12后，安全系數(shù)滿足要求；計(jì)算結(jié)果如下表所示：

（二）解決思路

第1步：考慮平臺化及現(xiàn)有資源，經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析及論證后確定以下事宜

1、四驅(qū)后傳動(dòng)軸前后法蘭分度圓（法蘭螺栓孔中心所在的圓）直徑更改為107.95mm（更改前分度圓直徑為90mm），止口尺寸按AT兩驅(qū)止口尺寸（直徑68mm）更改，后橋法蘭及分動(dòng)器法蘭對應(yīng)更改；更改四驅(qū)法蘭后，定值力矩扳手與法蘭節(jié)叉間隙干涉0.26mm，工具放入位置干涉量0.7mm，經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)證滿足要求；

2、四驅(qū)螺栓通孔更改為12.3mm，采用M12六角法蘭面螺栓，設(shè)定螺栓法蘭面尺寸（15mm），為保證裝配，螺栓為非標(biāo)件，經(jīng)校核滿足要求；

3、兩驅(qū)后傳動(dòng)軸前端十字萬向節(jié)更改為撓性萬向節(jié)，后端法蘭分度圓直徑與四驅(qū)更改相同，后橋法蘭及變速器法蘭對應(yīng)更改；

第2步：對應(yīng)后傳動(dòng)軸法蘭與油箱間隙小的問題 ：

1）問題來源：

a）因傳動(dòng)軸配合面的傳扭力矩問題將后橋輸入法蘭盤也進(jìn)行了相應(yīng)的通用性更改，法蘭半徑加大了7.5mm；

b）同時(shí)由于考慮后橋與其它車型平臺化，后橋主減的輸入軸左右偏距由26mm減小到了23mm，導(dǎo)致后橋輸入法蘭及傳動(dòng)軸總成向左擺移了3mm；

c）法蘭部分相對于原來的結(jié)構(gòu)向左加大了3+7.5=10.5mm，油箱在左邊，使后橋法蘭與燃油箱的距離減小了；

d）綜上所述，最終導(dǎo)致后橋法蘭與燃油箱總成的Y向間隙在設(shè)計(jì)狀態(tài)由38.2mm減小到了27.7mm，不滿足公司保安防災(zāi)≥30mm的要求。

2）校核分析：通過對燃油箱總成裝配、懸架裝配及懸架運(yùn)動(dòng)的分析來對27.7mm間隙進(jìn)行驗(yàn)證；

a）由于后懸架為五連桿結(jié)構(gòu)的非獨(dú)立懸架，后橋的運(yùn)動(dòng)受到懸架后控制桿的約束，從圖中可以看出在半載設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)，后控制桿基本上處于水平狀態(tài)，所以無論是橋上跳還是下跳，橋上的安裝點(diǎn)均會沿圖示的圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)（圖2），所以在半載設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)受后橋約束的后傳動(dòng)軸總成與燃油箱之間的距離是最小的，橋在上下跳動(dòng)過程中均會遠(yuǎn)離燃油箱總成的護(hù)板，距離均會變大。

b）部分模擬時(shí)后橋法蘭與燃油箱的最小距離為23.8mm（圖3），考慮后控制桿的襯套厚度（單側(cè)3.5mm）時(shí)，后橋最大左移量為7mm，此時(shí)的法蘭包絡(luò)與燃油箱的距離為17.6mm（襯套為鐵碰鐵時(shí)，圖4），此距離不包括零部件的加工公差及裝配公差。

c）后橋法蘭部分與燃油箱總成的最小距離17.6mm（兩個(gè)襯套鐵碰鐵時(shí)，圖4），所涉及到的零部件公差后最小距離為（考慮懸架部分螺栓孔軸配合及燃油箱扎帶裝配的總公差±3）：

結(jié)果如圖5所示：按極限算法時(shí)公差為±13.2mm，概率算法時(shí)為±5.9mm，均小于其最小距離的17.6mm，同時(shí)在車輪上下跳動(dòng)時(shí)因?yàn)閼壹芎罂刂茥U的作用后橋相對于車架均會向右側(cè)移動(dòng)，即使再考慮襯套的極限鐵碰鐵狀態(tài)，后橋法蘭與燃油箱的最小距離在懸架跳動(dòng)時(shí)均會大于17.6mm。

即：后橋法蘭與燃油箱的最小距離在懸架運(yùn)動(dòng)的最極限狀態(tài)仍然會存在間隙，且間隙會大于17.6-13.2=4.4mm；

以上分析未考慮燃油箱的裝配及裝載燃油后的變形，變形量無法明確量化，認(rèn)為此距離余量不足。

（三）確定更改方案：

經(jīng)評審，共有兩個(gè)更改方案：

方案1、燃油箱總成后部進(jìn)行局部削減8mm；

方案2、更改后橋主減速器輸入軸的左右偏距到28mm；

經(jīng)綜合考慮成本及周期，確定采用方案1更改油箱局部尺寸。

參考文獻(xiàn)

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