李偉萬向傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1、山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原 創(chuàng) 聲 明本人李偉鄭重聲明：所呈交的論文“華利TJ1010萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)”是本人在導(dǎo)師陳雯的指導(dǎo)下開展研究工作所取得的成果。除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明，本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果，尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并愿為此承擔(dān)一切法律責(zé)任。論文作者(簽字)： 日期： 年 月 日25摘 要 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)TJ1010型貨車進(jìn)行萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)、研究。在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下，通過對(duì)汽車萬向傳動(dòng)裝置的了解，進(jìn)一步進(jìn)行萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)。通過實(shí)際的市場(chǎng)調(diào)查和

2、客觀的實(shí)際觀察，全面了解萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)，充分了解到萬向傳動(dòng)裝置的工作原理與意義，及其在汽車行駛中的重要作用。在汽車的正常工作中，是一個(gè)必不缺少的部件，也是一個(gè)不可替代的關(guān)鍵部件。對(duì)于萬向傳動(dòng)軸的研究，有很大的發(fā)展空間，具有相當(dāng)大的研究意義。在充分與指導(dǎo)老師討論、研究后，故選此課題。在進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，分析了萬向傳動(dòng)裝置類型的，根據(jù)題目所要求的原始數(shù)據(jù)要求，確定了所選用萬向傳動(dòng)軸的種類。在初定各個(gè)部件的相關(guān)尺寸后，根據(jù)要求進(jìn)行了校核，確定了所設(shè)計(jì)部件的尺寸和參數(shù)，并選擇了零部件的材料。關(guān)鍵詞：萬向節(jié),傳動(dòng)軸，強(qiáng)度，軸承，校核，AbstractThis graduation task is on

3、the TJ1010-type trucks for universal design, the transmission shaft. In the instructor's careful guidance, through the automotive universal drive unit, further universal design of the drive shaft. Through actual market research and objective observations, a comprehensive understanding of the str

4、ucture of universal drive shaft to fully understand the universal drive unit works and significance, and its vehicle. In the car's work, is a not missing parts, is a key part. For the study of universal drive shaft, have a high potential for growth, with considerable significance. In fully and i

5、nstructor to discuss, study, this issue.The design task, analyzed the universal transmission device type, under the title the required raw data requirements, decide to choose the kind of universal drive shaft. In various parts of the associated YTC sizes depending on the requirements for the check,

6、determine the design part of dimensions and parameters, and you selected parts of the material.Key words: Universal joint, Transmission shaft, Strength, Bearing, Check目 錄前 言11 華利TJ1010汽車原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求22 萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求33 萬向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案的分析53.1 基本組成的選擇53.2 萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷64 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析84.1 單十字萬向節(jié)傳動(dòng)84.1.1運(yùn)動(dòng)分析84.1.2

7、附加彎曲力偶矩的分析94.2 雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)115 萬向傳動(dòng)軸的選擇135.1 傳動(dòng)軸管的選擇135.2 伸縮花鍵的選擇136 傳動(dòng)軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核146.1 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速146.2 傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩146.3 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇146.4 傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定146.5 傳動(dòng)軸扭矩強(qiáng)度校核157 十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核177.1 十字軸萬向節(jié)尺寸的確定與強(qiáng)度校核177.2 傳動(dòng)軸的花鍵207.3 十字萬向節(jié)的軸承21結(jié) 論248.1 結(jié)論248.2 展望24致 謝25參考文獻(xiàn)26前 言本文所設(shè)計(jì)的是微型貨車的萬向傳動(dòng)裝置。萬向傳動(dòng)裝置在汽車上有很多應(yīng)用，結(jié)構(gòu)也稍有不同，但其功用都是

8、一樣的，即在軸線相交且相互位置經(jīng)常發(fā)生變化的兩轉(zhuǎn)軸之間傳遞動(dòng)力。與其它的齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，萬向節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有著獨(dú)特的、其它機(jī)構(gòu)不能代替的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)需要將一根軸上的扭矩或傳動(dòng)以較大的軸間夾角傳到相距較遠(yuǎn)、且角度可能變化的另一根軸時(shí)，往往只能選擇萬向節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。其作用在航空航天、機(jī)床、機(jī)械、尤其是汽車領(lǐng)域非常重要。隨著汽車工業(yè)100多年的發(fā)展歷史，萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)形式也得到了很快的發(fā)展。目前，常用的萬向節(jié)大體可以分為四類：十字軸式剛性萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)、等速萬向節(jié)、撓性萬向節(jié)。在TJ1010型貨車中，由于十字軸式剛性萬向傳動(dòng)軸具有其不可忽視的優(yōu)點(diǎn)，所以在此次設(shè)計(jì)任務(wù)中，選用十字

9、軸式剛性萬向傳動(dòng)軸。本文介紹了華利TJ1010型貨車的萬向傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，及相關(guān)參數(shù)的確定。全文的中心內(nèi)容共分為七章：第一章為華利TJ1010汽車原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求；第二章為萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求；第三章為萬向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案的分析；第四章為萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析；第五章為萬向傳動(dòng)軸的選擇；第六章為傳動(dòng)軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核；第七章為十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核。在原始數(shù)據(jù)確定的前提下，設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)有：查找、收集相關(guān)資料，進(jìn)一步確定萬向傳動(dòng)裝置的基本尺寸的選取、材料選擇、加工精度、熱處理方法和傳動(dòng)過程中的接觸應(yīng)力等工作，其中傳動(dòng)過程中零件內(nèi)部的接觸應(yīng)力最為關(guān)鍵，在此文中著

10、重做到了應(yīng)力校核這一步。最后的工作是工程制圖，實(shí)實(shí)在在地手工制圖，發(fā)現(xiàn)了一些知識(shí)點(diǎn)的死角，都進(jìn)行一定程度的糾正，驗(yàn)證了許多以前只有在書本上學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。通過此次課程設(shè)計(jì)的親身體驗(yàn)，極大地增長(zhǎng)了見識(shí)，拓展了視野，提高了親身動(dòng)手的能力，對(duì)畢業(yè)以后參加工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1 華利TJ1010汽車原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求原始數(shù)據(jù)： 表1-1 主要參數(shù)Tab.1.1 The main parameter額定載荷 （kg）最大總質(zhì)量（kg） 最高車速 （km/h） 最大扭矩 N· m/(r/min)額定功率kw/(r/min)630 1450 100 59/3500 29.4/5500TJ1010微型

11、貨車的一些初定基本參數(shù)：汽車的總長(zhǎng)：3200mm 總寬：1400mm 總高；1700mm貨箱的內(nèi)部尺寸：長(zhǎng)1900mm 寬1350mm 高250mm軸距：1800mm輪距：前輪1200mm 后輪1180mm整車整備質(zhì)量：820kg 前軸451kg（55%） 后軸369kg（45%）最大總質(zhì)量：前軸580kg（40%） 后軸870kg（60%）設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)微型貨車的萬向傳動(dòng)裝置，進(jìn)行萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析，確定萬向傳動(dòng)裝置的基本組件的尺寸，進(jìn)行彎、扭矩的強(qiáng)度校核，畫圖。2 萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求萬向傳動(dòng)軸一般是由萬向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支撐組成。主要用于工作過程中相對(duì)位置不斷改變的兩根

12、軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伸縮套能自動(dòng)調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間距離的變化。萬向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸兩軸線夾角的變化，并實(shí)現(xiàn)兩軸的等角速傳動(dòng)。一般萬向節(jié)由十字軸、十字軸承、凸緣叉及軸向定位件和橡膠密封件等組成。傳動(dòng)軸是一個(gè)高轉(zhuǎn)速、少支承的旋轉(zhuǎn)體，因斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。重型載貨汽車根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式的不同選擇不同型式的傳動(dòng)軸。一般來講4×2驅(qū)動(dòng)形式的汽車僅有一根主傳動(dòng)軸。6×4驅(qū)動(dòng)形式的汽車有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸。6×6驅(qū)動(dòng)形式的汽車不僅有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸，而且還有前橋驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸。在長(zhǎng)軸距車輛的中間傳動(dòng)軸一般設(shè)有

13、傳動(dòng)軸中間支承它是由支承架、軸承和橡膠支承組成。其廣泛應(yīng)用在汽車上，如下圖 傳動(dòng)軸是由軸管、伸縮套和萬向此它的動(dòng)平衡是至關(guān)重要的。一般傳動(dòng)軸在出廠前都要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，并在平衡機(jī)上進(jìn)行了調(diào)整。因此，一組傳動(dòng)軸是配套出廠的，在使用中就應(yīng)特別注意。其基本結(jié)構(gòu)如下圖：圖2-1 萬向傳動(dòng)裝置的工作原理及功用Fig.2.1 The work theory and function of Universal drive shaft圖2-2 變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的萬向傳動(dòng)裝置Fig.2.1 Universal drive shaft of Transmission and Drive bridge基本要求：1

14、.保證所連接的兩根軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能可靠而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力。 2.保證傳動(dòng)盡可能同步，所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。 3.由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 4.傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易等。 另，萬向傳動(dòng)裝置有極其廣泛的應(yīng)用，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(duì)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；某些汽車根據(jù)總布置要求需將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開一端距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變

15、形，所以常采用十字軸萬向傳動(dòng)軸或撓性萬向傳動(dòng)軸；對(duì)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。如下圖圖2-3 萬向節(jié)在汽車上的各種應(yīng)用Fig.2.3 All kinds of apply of Cardan in cars3 萬向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案的分析3.1 基本組成的選擇 通過參考我國(guó)微型貨車的基本設(shè)計(jì)參數(shù)，選定TJ1010微型貨車為前置后驅(qū)的布置形式，平頭駕駛室。因其用途一般，則軸數(shù)根據(jù)其特點(diǎn)確定為兩軸，驅(qū)動(dòng)形式：42，后輪驅(qū)動(dòng)。此種布置的優(yōu)點(diǎn)有：1.容易發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障，維修方便；離合器、變速器等操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易布置；貨廂地板低平；2.汽車總長(zhǎng)和

16、軸距尺寸短；最小轉(zhuǎn)彎直徑?。粰C(jī)動(dòng)性能良好；不需要發(fā)動(dòng)機(jī)罩和翼子板，加上總長(zhǎng)縮短等因素的影響，汽車整備質(zhì)量減??；駕駛員的視野得到明顯改善；采用翻轉(zhuǎn)式駕駛室是能改善發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件的接近性；汽車面積利用率高。 由于TJ1010微型貨車的軸距不算太長(zhǎng)，根據(jù)初選為1800mm，且載重量不超過2t，所以不選中間支撐，只選用一根主傳動(dòng)軸，設(shè)計(jì)此發(fā)動(dòng)機(jī)形式為前置后驅(qū)，由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器輸出軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常變化,根據(jù)貨車的總體布置要求，將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開一段距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以采用十字軸萬向傳動(dòng)軸，為了避免運(yùn)動(dòng)干涉,在傳動(dòng)軸中設(shè)有由

17、滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié),以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的變化?？招膫鲃?dòng)軸具有較小的質(zhì)量，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，比實(shí)心傳動(dòng)軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，所以此傳動(dòng)軸管采用空心傳動(dòng)軸。在普通汽車傳動(dòng)裝置中，因十字軸式剛性萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。十字軸式剛性萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、耐久性好，生產(chǎn)性高，生產(chǎn)成本較低，且傳動(dòng)可靠，效率較高，目前允許兩傳動(dòng)軸之間的交角一般為15°20°，在連接角較小時(shí)大都使用這種萬向節(jié)。十字軸式剛性萬向節(jié)結(jié)構(gòu)如圖圖3-1 十字軸式剛性萬向節(jié)Fig.3.1 The cardan of universal joint pin在TJ1010微型貨車設(shè)計(jì)中，

18、選定為十字軸式萬向傳動(dòng)裝置，即采用單節(jié)式萬向傳動(dòng)軸，其兩端用普通萬向節(jié)分別與變速器和驅(qū)動(dòng)橋連接。裝配時(shí)，要滿足：1. 傳動(dòng)軸兩端的萬向節(jié)叉在同一平面內(nèi) ；2. 輸入軸、輸出軸與傳 動(dòng)軸的夾角相等，即1=2。如下圖圖3-2 輸入軸與輸出軸的夾角Fig.3.2 The included angle of input axle and export axle保證滿載時(shí)，實(shí)現(xiàn)等速傳動(dòng)。綜上可確定，TJ1010微型FR貨車的萬向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)為：兩個(gè)十字軸式萬向節(jié)和一個(gè)傳動(dòng)軸。此時(shí)的傳動(dòng)軸不分段，無需加中間支撐。 3.2 萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷 該設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)裝置用于變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間，則按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和

19、1擋傳動(dòng)比來確定，即： Tse1=kdTemaxki1ifn （3.1）其中： Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩59N·M n 為驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目 n=1 i1 為變速器1擋傳動(dòng)比 i1=3.996（由變速器設(shè)計(jì)知） 為發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率 =90% K 為液力變矩器的變矩系數(shù) k=1 kd 為猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù) kd=1 即，對(duì)于性能系數(shù) fi=0的汽車（一般貨車、礦用汽車和越野車） 代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 Tse1=212 N·m4 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析4.1 單十字萬向節(jié)傳動(dòng)4.1.1運(yùn)動(dòng)分析 如下圖4-1所示，設(shè)主動(dòng)叉由初始位置轉(zhuǎn)過1角，從動(dòng)叉相應(yīng)轉(zhuǎn)過2角，

20、圖4-1 萬向節(jié)的運(yùn)動(dòng)分析Fig.4.1 The motion analysis of cardan1-主動(dòng)叉 2-從動(dòng)叉 3-十字軸由機(jī)械原理分析可以得出如下關(guān)系式 tan1=tan2cos (4.1)當(dāng)十字軸萬向節(jié)的主動(dòng)軸與從動(dòng)軸存在一定夾角時(shí)，主動(dòng)軸角速度1與從動(dòng)軸的角速度2之間存在如下的關(guān)系 21=cos1-（sin）2（cos1）2 (4.2) 由于cos1是周期為2的周期函數(shù)，所以21也為同周期函數(shù)。當(dāng)1為0、2時(shí)，2達(dá)到最大值2max且為1cos；當(dāng)1為2、32時(shí)，2有最小值2min且為1cos。因此，主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢，即為普通十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性。十

21、字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)k來表示 k= 2max-2min1 =sintan (4.3)如不計(jì)萬向節(jié)的摩擦損失，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩與各自相應(yīng)的角速度有關(guān)系式T11 = T22因此可得 T2 = 1-（sin）2（cos1）2cosT1 (4.4)4.1.2 附加彎曲力偶矩的分析 具有夾角的十字軸萬向節(jié)，僅在主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和從動(dòng)軸反作用下是不能平衡的。從萬向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動(dòng)叉對(duì)十字軸的作用力偶矩，除主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1之外，還有作用在主動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩T1'。同理，從動(dòng)叉對(duì)十字軸也作用有從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩T2和作用在從動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩T2。在

22、這四個(gè)力矩作用下，使十字軸萬向節(jié)得以平衡。當(dāng)主動(dòng)叉處于0和位置時(shí)，由于T1作用在十字軸平面，T1'必為零；而T2的作用平面與十字軸不共平面，必有T2'存在，且矢量T2'垂直于矢量T2;合矢量T2'+T2指向十字軸平面的法線方向，與T1大小相等、方向相反。這樣，從動(dòng)叉上的附加彎矩 T2' = T1sin。 當(dāng)主動(dòng)叉處于2和32位置時(shí)，同理可知 T2'=0,主動(dòng)叉上的附加彎矩T1'=T1tan。 分析可知，附加彎矩的大小是在零與上述兩最大值之間變化，其變化周期為，即每一圈變化兩次。附加彎矩可引起與萬向節(jié)相連零部件的彎曲振動(dòng)，可在萬向節(jié)主、從動(dòng)

23、軸支承上引起周期性變化的徑向載荷，從而激起支承處的振動(dòng)。因此，為了控制附加彎矩，應(yīng)避免兩軸之間的夾角過大。（位置如下圖示4-2 4-3）圖4-2 十字萬向節(jié)的力偶矩(主動(dòng)叉處于0和位置)Fig.4.2 The moment of The cross cardan圖4-3 十字萬向節(jié)的力偶矩(主動(dòng)叉處于2和32位置)Fig.4.2 The moment of The cross cardan4.2 雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng) 當(dāng)輸入軸與輸出軸之間存在夾角 時(shí)，單個(gè)十字軸萬向節(jié)的輸出軸相對(duì)于輸入軸時(shí)不等速旋轉(zhuǎn)的。為了使處于同一平面的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn)，可采用雙萬向節(jié)傳動(dòng)，但必須保證同傳動(dòng)軸相連的兩萬向

24、節(jié)應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬向節(jié)夾角1與2相等。當(dāng)輸入軸與輸出軸平行時(shí)見圖4-4a，直接連接傳動(dòng)軸的兩萬向節(jié)叉所受的附加彎矩，使傳動(dòng)軸發(fā)生如圖4-4a'中雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲，從而引起傳動(dòng)軸的彎曲振動(dòng)。當(dāng)輸入軸與輸出軸相對(duì)時(shí)見圖4-4b，傳動(dòng)軸兩端萬向節(jié)叉上所受的附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動(dòng)軸發(fā)生如圖4-4b'所示中雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲圖4-4 附加彎矩對(duì)傳動(dòng)軸的作用Fig.4.4 The effect of The additional bending moment to drive axlea 輸入軸與輸出軸平行；b 輸入軸與輸出軸相交；a' 傳動(dòng)軸發(fā)

25、生彈性彎曲；b' 相交時(shí)傳動(dòng)軸發(fā)生彈性彎曲附表 表4-1 十字軸萬向節(jié)的允許范圍Tab.4.1 The limits of The cross cardan萬向節(jié)安裝位置或相聯(lián)兩總成夾角 不大于離合器與變速器；變速器與分動(dòng)器（相聯(lián)總成均裝在車架上） 13驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸汽車滿載靜止時(shí)一般汽車 6 越野汽車 12行駛中極限夾角 一般汽車 1520 短軸距越野汽車 305 萬向傳動(dòng)軸的選擇 5.1 傳動(dòng)軸管的選擇 傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸長(zhǎng)度處在最大值時(shí)，花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長(zhǎng)度；而在長(zhǎng)度處于最小時(shí)，兩者不頂死。傳動(dòng)軸夾角大小會(huì)影響萬

26、向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動(dòng)效率和十字軸的不均勻性。變化范圍為3。傳動(dòng)軸經(jīng)常處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，所以軸的材料查機(jī)械零件手冊(cè)選取40CrNi，適用于很重要的軸，具有較高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。傳動(dòng)軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁?。?.53.0mm）、管徑較大、易質(zhì)量平衡、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲剛度高、適用高速旋轉(zhuǎn)的電焊鋼管制成。5.2 伸縮花鍵的選擇選擇矩形花鍵，用于補(bǔ)償由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)軸兩端萬向節(jié)之間的長(zhǎng)度變化。為減小阻力及磨損，對(duì)花鍵齒磷化處理或噴涂尼龍，外層設(shè)有防塵罩，間隙小一些，以免引起傳動(dòng)軸的震動(dòng)?；ㄦI齒與鍵槽按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以保持傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。動(dòng)平衡的不平衡度由電焊在軸管外的平衡片補(bǔ)償。

27、裝車時(shí)傳動(dòng)軸的伸縮花鍵一端應(yīng)靠近變速器，減小其軸向阻力和磨損。其結(jié)構(gòu)圖如下: 圖 5-1 萬向傳動(dòng)軸花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.5.1 Universal drive shaft-The structure fig of bloom bond 1-蓋子；2-蓋板；3-蓋墊；4-萬向節(jié)叉；5-加油嘴；6-伸縮套； 7-滑動(dòng)花鍵槽；8-油封；9-油封蓋；10-傳動(dòng)軸管6 傳動(dòng)軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核6.1 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速 長(zhǎng)度一定時(shí)，傳動(dòng)軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動(dòng)軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速，就是當(dāng)傳動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動(dòng)頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動(dòng)軸折斷

28、時(shí)的轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速nk（r/min）為，安全系數(shù)K取1.2，適用于一般精度的伸縮花鍵則有(因TJ1010微型貨車無超速擋，最高檔即直接擋) 即 nmax = nw = 5500 r/min （6.1） （nw為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）安全系數(shù)k k = nknmax = 1.2 （6.2） nk = 1.2nmax = 6600 rmin 6.2 傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T1 = Twi1 = 59×3.996×103×90% （6.3） = 212187 Nmm 6.3 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇 根據(jù)軸距 1800mm,初選傳動(dòng)軸支承長(zhǎng)度為（1250±3.6）mm，花鍵軸長(zhǎng)

29、度應(yīng)小于支承長(zhǎng)度，滿足萬向節(jié)與傳動(dòng)軸的間隙要求，取花鍵軸長(zhǎng)度為（1100±2.5）mm6.4 傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定 nk =1.2×108 Dc2+dc2Lc2 = 6600 rmin （6.4） 得 Dc2+dc2 = （6600×125021.2×108）2 = 7385.3 （6.5） 又 1.5 mm Dc - dc2 3 mm根據(jù)電焊鋼管外徑6095mm的標(biāo)準(zhǔn)資料（從冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB242-63中選?。?初選 DC = 63.5 mm ，則 dc = 7385.3-Dc2 = 58 mm （6.6）其中 Lc 為傳動(dòng)軸長(zhǎng)度(mm)，即兩萬向節(jié)中心的

30、距離 Dc和dc分別為傳動(dòng)軸軸管的外、內(nèi)徑(mm) 6.5 傳動(dòng)軸扭矩強(qiáng)度校核 由于傳動(dòng)軸只承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而不承受彎曲應(yīng)力，所以只需校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，根據(jù)公式有 c = 16DcdcDC4 - dc4 = 16×63.5×2121873.14×63.54-584 （6.7） =13.8 MPa c = 300 MPa（c為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力） 上式說明設(shè)計(jì)參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求附表 表6-1 6095mm毫米的電焊鋼管YB242-63Tab.6.1 The electric soldering steel tube of 60 to 95 millimetre YB242-6

31、3外徑（mm）鋼管厚度（mm）601.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、63.51.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、701.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、751.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5831.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5 891.4、1.5、1.6、1.8、2.0、

32、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5、4.8951.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5、4.87 十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核 為便于設(shè)計(jì)時(shí)確定十字軸總成尺寸，表7-1列出了不同噸位載重汽車十字軸按圖7-1所示尺寸的范圍表7-1 推薦采用的十字軸總成及花鍵尺寸Tab.7.1 The size of cross axle and bloom bond recommend載重質(zhì)量 t 十 字 軸 總 成 mm花鍵外型外徑mm花鍵工作長(zhǎng)度mm十 字 軸滾 針軸 承 套Hdhh1

33、L滾針數(shù) nD套C11.59018162031422324直35958522.59022212631826354直3895653410825242931829394直50855712734242931838504直6511581014734303532438504直6511515251654530373245061.54直701157.1 十字軸萬向節(jié)尺寸的確定與強(qiáng)度校核 按表7-1所示，初步確定十字軸萬向節(jié)的尺寸，然后利用強(qiáng)度校核公式進(jìn)行其軸頸彎曲應(yīng)力的校核。(十字軸要素見7-1圖)初步選定 H = 90 mm d = 18 mm h = 16 mm h1 = 20 mm d0 = 6 mm

34、； s = 8 mm r = 37 mm (自圖7-2十字軸受力示意圖)十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力 w 應(yīng)滿足 w = 32dFsd2-d02 (7.1)其中 d - 十字軸徑，mm F = Ts2r Ts 為萬向傳動(dòng)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nmmr 為合力F作用線到十字軸中心的距離，mm s - 合力F作用線到軸頸根的距離，mm do- 十字軸油道孔直徑，mm代入數(shù)據(jù)可得 w = 32×18×212187×83.14×184-64×2×37 =40.5 MPa w 式中 w 為彎曲應(yīng)力許用值，為250300MPa。則可得，十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力

35、滿足要求。圖7-1 十字軸尺寸要素Fig.7.1 The size of The cross axle十字軸軸頸的切應(yīng)力應(yīng)滿足 = 4Fd2-d02 = 4×2121873.14×182-62×2×37 (7.2) =12.7MPa 式中為切應(yīng)力 的許用值，為80120MPa。則，十字軸軸頸的切應(yīng)力滿足要求。圖7-2 十字軸受力示意圖Fig.7.2 The Fig of The cross axle strengthed7.2 傳動(dòng)軸的花鍵滑動(dòng)花鍵連接套為了后橋跳動(dòng)時(shí)補(bǔ)償傳動(dòng)軸長(zhǎng)度變化而設(shè)置的?；ㄦI軸頭應(yīng)壓入管口進(jìn)行焊接。傳動(dòng)軸帶花鍵的一端，為靜止時(shí)位置

36、較高的一端。傳動(dòng)軸花鍵的尺寸按表7-1推薦的數(shù)值進(jìn)行初定，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取，最后進(jìn)行強(qiáng)度校核。目前國(guó)產(chǎn)汽車的傳動(dòng)軸花鍵一般為矩形齒，它以內(nèi)徑或側(cè)面定心，保證傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。國(guó)外也有根據(jù)用戶要求使用漸開線花鍵的。初步確定花鍵的尺寸 d1 = 35 mm d2 = 26 mm Z = 10 L0 = 99其中 d1 - 花鍵外徑，mm d2 - 花鍵內(nèi)徑，mm Z - 花鍵的齒數(shù) L0 - 花鍵鍵齒的有效長(zhǎng)度 對(duì)于傳動(dòng)軸花鍵，主要計(jì)算花鍵的擠壓應(yīng)力。在硬度大于HRC35時(shí)，傳動(dòng)伸縮花鍵的許用擠壓應(yīng)力為2550 MPa 。 即 c = Td1+d24d1-d22ZL0 (7.3)其中 T 傳動(dòng)軸

37、的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 代入數(shù)據(jù)可得 c = 21218735+26435-262×10×99 = 3.1 MPa c即，傳動(dòng)軸花鍵的尺寸符合要求。7.3 十字萬向節(jié)的軸承 萬向節(jié)軸承可以認(rèn)為是由滾針、密封及軸承套所組成。軸承以總成方式把萬向節(jié)叉連接起來，軸承套用鋼制作，其硬度大于HRC60。軸承應(yīng)具有易于裝入萬向節(jié)叉的外形。萬向節(jié)軸承常用的滾動(dòng)體是滾針。當(dāng)軸承套的尺寸一定時(shí)，應(yīng)選用小直徑滾針配用較粗的軸頸，同時(shí)增加滾針數(shù)目，以降低滾針與軸頸間的接觸應(yīng)力，但滾針直徑不得小于1.6 mm，以免壓碎，而且差別要小，否則會(huì)加重載荷在滾針間分配的不均勻性，一般控制在0.003mm以內(nèi)。滾針軸承

38、徑向間隙過大時(shí)，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；間隙過小時(shí)，有可能出現(xiàn)受熱卡住或因贓物阻滯卡住，合適的間隙為0.0090.095mm，滾針軸承的周向總間隙以0.080.30mm為好。理論上滾針越長(zhǎng)，萬向節(jié)的承載能力越高，但滾針過長(zhǎng)時(shí)其歪斜帶來的不良影響亦越大，故其長(zhǎng)度不宜超過十字軸軸頸，使其具有較高的承載能力，又不至因滾針過長(zhǎng)發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中，滾針在軸向的游隙一般不超過0.20.4mm。則經(jīng)參考表7-1，另根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，初定十字萬向節(jié)軸承的尺寸為滾針尺寸 = 3 mm Lb = 14 mm n = 22軸承套尺寸 D套 = 32 mm C = 4 mm其中 滾針的直徑，mm

39、 Lb 滾針的長(zhǎng)度，mm n 滾針的數(shù)目 D套- 軸承套的外徑，mm C 軸承套的厚度，mm 滾針軸承的接觸應(yīng)力為 j = 2721d+1FnLb (7.4) 其中 Fn- 在合力F的作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷，N Fn = 4.6Fin (7.5)其中 i 滾針列數(shù)，此處取 i = 1 ,將數(shù)據(jù)代入上面兩式，得 j = 272118+134.6×21218714×22×2×37 = 1110.7 MPa j式中j為滾針的許用接觸應(yīng)力，當(dāng)其表面硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為30003200MPa 。 十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)效率與兩軸的軸間夾角 、十

40、字軸支承結(jié)構(gòu)和材料、加工和裝配精度以及潤(rùn)滑條件等有關(guān)。當(dāng)25°時(shí)可按下式計(jì)算 0 = 1-fdr2tan (7.6)式中 0 十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)效率 f - 軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)軸承，f=0.150.20，滾針軸承，f=0.050.10；其它符號(hào)意義同前。代入數(shù)據(jù)得， 0 = 98.5% 通常情況下,十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)效率約為97%99% 。十字軸常用材料為20CrMnTi 、20Cr 、20MnVB 等低碳合金鋼，軸頸表面進(jìn)行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0.81.2mm ,表面硬度5864HRC ,軸頸端面硬度不低于55HRC ，芯部硬度為3348HRC 。萬向節(jié)叉一般采用45

41、中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度1833HRC ,滾針軸承碗材料一般采用GCr15 。結(jié) 論8.1 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)生涯一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，對(duì)于個(gè)人也是一個(gè)相當(dāng)重要的經(jīng)歷。我在親自著手查閱資料，進(jìn)行實(shí)體模型分析，更進(jìn)一步地計(jì)算、設(shè)計(jì)全過程，學(xué)會(huì)了許多，也吸取了教訓(xùn)，使自己有了一個(gè)全面的發(fā)展，不再局限于書本知識(shí)，注重的是實(shí)際動(dòng)手能力。 隨著大型軟件的開發(fā)，再加上計(jì)算機(jī)速度的提高，人們對(duì)汽車方面的設(shè)計(jì)工作要求越來越高。此次的設(shè)計(jì)任務(wù)是萬向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行萬向節(jié)、傳動(dòng)軸等元件的計(jì)算與分析。在根據(jù)已知數(shù)據(jù)得前提下，查閱足夠的資料，進(jìn)行充分的計(jì)算，最后才能得出符合實(shí)際要求的尺寸。在繪圖中，利用三維制圖軟件UG，完成實(shí)體建模與工程圖的工作。通過積極地與老師溝通，與同學(xué)進(jìn)行交流，充分體會(huì)到了團(tuán)結(jié)的力量，在各方面的努力下，終于在規(guī)定日期完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。 此次設(shè)計(jì)的完成，是我大學(xué)生活中一次難忘的經(jīng)歷，一個(gè)令我終生難忘的經(jīng)驗(yàn)，是一筆寶貴的財(cái)富，也算是一次崗前的實(shí)習(xí)吧。通過對(duì)萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)