HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置】【說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE】

HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置】【說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE】,十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置,說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE,HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置】【說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE】,hgc1050,萬(wàn)向,傳動(dòng)軸,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),十字,傳動(dòng),裝置,說(shuō)明書(shū),仿單 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 劉曉東 系部 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 車(chē)輛工程 B07-2 指導(dǎo)教師姓名 蘇清源 職稱(chēng) 副教授 從事 專(zhuān)業(yè) 車(chē)輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱(chēng) HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義 隨著汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，車(chē)型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。而傳動(dòng)軸及萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)裝配不良將產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，因此該總成設(shè)計(jì)是汽車(chē)設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。本題是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車(chē)型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)和主減速器安裝位置等條件下，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，著重設(shè)計(jì)計(jì)算萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算。在對(duì)各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后，繪制出該總成裝配圖及主要零件的零件圖。 二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法） 依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車(chē)型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)和主減速器安裝位置等條件下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，著重設(shè)計(jì)計(jì)算萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算。對(duì)汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)特性，技術(shù)難題，制造工藝，使用壽命影響因素，失效形式，進(jìn)行深入系統(tǒng)的分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免振動(dòng)，傳動(dòng)動(dòng)軸斷裂，十字軸折斷，及滾針軸承過(guò)早損壞等問(wèn)題。運(yùn)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法完成對(duì)傳動(dòng)軸的計(jì)算校核，傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算。萬(wàn)向節(jié)叉及十字軸的計(jì)算校核。利用相關(guān)書(shū)籍資料完成對(duì)十字軸滾針軸承的設(shè)計(jì)及校核，傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵和萬(wàn)向節(jié)的潤(rùn)滑方案的選擇與設(shè)計(jì)。 三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果 （一）計(jì)算說(shuō)明部分 1、十字軸萬(wàn)向節(jié)的計(jì)算及校核； 2、傳動(dòng)軸的計(jì)算及校核； 3、重要零部件的校核； 4、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) （二）圖紙部分 1、整體裝配圖A0一張； 2、傳動(dòng)軸主要零件圖合計(jì)A0一張； 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排 1、第1周 調(diào)研、開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述 2、第2~3周 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3、第4~7周 萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4、第8~9周 完成裝配圖 5、第10~11周 完成零件圖 6、第12周 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并且進(jìn)行有限元分析 7、第13周 審查修改圖紙、計(jì)算及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8、第14周 畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯準(zhǔn)備及答辯 9、第15~16周 畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 10、第17周 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 五、主要參考資料 [01] 盧曦,周萍,孫躍東.汽車(chē)等速萬(wàn)向節(jié)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2007,6 . [02] 吳修義.汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸的選擇和應(yīng)用.[J].重型汽車(chē),2006.6. [03] 李科,何志兵,沈海.等速萬(wàn)向節(jié)總成的設(shè)計(jì)方法[J].軸承,2006.9. [04] 任少云,朱正禮,張建武.雙十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)力學(xué)建模與仿真[J].上海交通大學(xué)報(bào),2008.11. [05] 何西冷.萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2009.6. [06] 李仕清,張波.萬(wàn)向節(jié)磚正確潤(rùn)滑[J].AUTO MAINTENANCE,2007.12. [07] 康健.萬(wàn)向節(jié)運(yùn)動(dòng)傳遞非等速特性研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008年,第39卷. [08] 劉惟信.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M]北京：清華大學(xué)出版社.2007. [09] 華同曙.虎克萬(wàn)向節(jié)節(jié)叉軸承滾針的凸度設(shè)計(jì)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2006.7. [10] 肖生發(fā).伍德榮.一種新型等速萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師.2008.7. [11] 李麗,顧力強(qiáng).碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速分析[J].汽車(chē)工程.2007.6. [12] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] 北京:機(jī)械工業(yè)出版社會(huì),2009.9 [13] 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造 [M] 北京機(jī)械工業(yè)出版社,2009.2. [14] 曹智軍.十字萬(wàn)向節(jié)油脂泄漏高速試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表學(xué)報(bào).2007.8. [15]王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006. 六、備注 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目: HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 系 名 稱(chēng): 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí): 車(chē)輛工程B07-2班 學(xué) 生 姓 名: 劉曉東 導(dǎo) 師 姓 名: 蘇清源 開(kāi) 題 時(shí) 間: 2011年2月28日 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名 劉曉東 系部 汽車(chē)與交通工程 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 車(chē)輛工程B07-2 指導(dǎo)教師姓名 蘇清源 職稱(chēng) 副教授 從事 專(zhuān)業(yè) 車(chē)輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱(chēng) HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1、研究現(xiàn)狀 隨著汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，車(chē)型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。萬(wàn)向傳動(dòng)軸是車(chē)輛底盤(pán)傳動(dòng)的主要總成之一，在工作中承受著巨大的扭矩和動(dòng)負(fù)荷。經(jīng)常騎使用后，級(jí)數(shù)狀況會(huì)發(fā)生變化，從而將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞，降低傳動(dòng)效率，增加燃料消耗，加速輪胎磨損，同時(shí)還會(huì)影響變速器和驅(qū)動(dòng)橋的正常工作。而傳動(dòng)軸及萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)裝配不良將產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，因此該總成設(shè)計(jì)是汽車(chē)設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。 萬(wàn)向傳動(dòng)軸是汽車(chē)的關(guān)鍵部件之一，也是汽車(chē)國(guó)產(chǎn)化技術(shù)難度較大的部件之一，沒(méi)有高技術(shù)的設(shè)備是很難達(dá)到要求的。它是汽車(chē)前后動(dòng)力的傳動(dòng)裝置，是汽車(chē)正常行駛不可或缺的一部分。目前，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)合資企業(yè)能夠具備這樣的生產(chǎn)能力，多數(shù)國(guó)內(nèi)企業(yè)是在根據(jù)國(guó)外的樣件進(jìn)行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，基本上沒(méi)有自主的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力。綜上所述，設(shè)計(jì)出工作可靠、造價(jià)低廉的傳動(dòng)軸，能降低整車(chē)生產(chǎn)成本，推動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 汽車(chē)傳動(dòng)軸能在不同軸心的兩軸間甚至在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷變化的兩軸間傳遞動(dòng)力，連接或裝配各項(xiàng)配件而可移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形物體配件，一般均使用輕而抗扭性佳的合金鋼管制成。汽車(chē)傳動(dòng)軸的作用就是使在不同軸心的兩軸間甚至在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷變化的兩軸間傳遞動(dòng)力。 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置在汽車(chē)上有很多應(yīng)用，結(jié)構(gòu)也稍有不同，但其功用都是一樣的，即在軸線(xiàn)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(wàn)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(wàn)向節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其作用在航空航天、機(jī)床、機(jī)械、尤其是汽車(chē)領(lǐng)域非常重要。隨著汽車(chē)工業(yè)100多年的發(fā)展歷史，萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)形式也得到了很快的發(fā)展。目前，十字軸式萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸在商用車(chē)中用得最廣泛。 另外一個(gè)重要的組成部分是滑動(dòng)花鍵副，由內(nèi)、外花鍵組成，用于傳遞長(zhǎng)度的變化。傳動(dòng)軸的萬(wàn)向節(jié)擺角和滑動(dòng)花鍵副的最大伸縮量，是根據(jù)整車(chē)布置時(shí)進(jìn)行的傳動(dòng)軸跳動(dòng)校核而確定的。一般的情況下還可能有傳動(dòng)軸管，空心的軸管具有較小的質(zhì)量但能傳遞較大的扭矩，并且比相同外徑的實(shí)心軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)多采用十字軸剛性萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸。其優(yōu)點(diǎn)是可保證在軸間交角變化時(shí)可靠地傳遞動(dòng)力，有較高的傳動(dòng)效率；缺點(diǎn)是在傳動(dòng)過(guò)程中，主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速不相等。這種不等速性降使傳動(dòng)軸及相連的傳動(dòng)部件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)機(jī)附加交變載荷，產(chǎn)生噪聲，影響部件使用壽命，時(shí)常發(fā)生故障。 為了實(shí)現(xiàn)兩角間的等速傳動(dòng)，可采用雙萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)，第一萬(wàn)向節(jié)的不等速效應(yīng)就有可能被第二萬(wàn)向節(jié)的不等速效應(yīng)相抵消，從而實(shí)現(xiàn)兩軸間均勻運(yùn)轉(zhuǎn)。要達(dá)到這個(gè)目的，還必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件，一是萬(wàn)向節(jié)兩軸間的夾角與第二萬(wàn)向節(jié)兩軸間的夾角相等；二是第一萬(wàn)向節(jié)從動(dòng)叉的平面與第二萬(wàn)向節(jié)主動(dòng)叉的平面處于同一平面內(nèi)。由于變速器和主減速器是隨發(fā)動(dòng)機(jī)和后橋相對(duì)位置而固定的，發(fā)動(dòng)機(jī)定位偏差、前后橋的彈性懸架機(jī)構(gòu)的振動(dòng)，造成其相對(duì)位置不斷變化。為保證軸間夾角變化在正常范圍內(nèi)，改善傳動(dòng)系的等速性能，贏注重對(duì)影響傳動(dòng)軸定位各部件的校正。 另外，萬(wàn)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(chē)行駛時(shí)，由于懸架在行駛過(guò)程中由于路況的不平整造成的顛簸發(fā)生不斷變形，變速器或分動(dòng)器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸軸線(xiàn)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(wàn)向傳動(dòng)軸；某些汽車(chē)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(kāi)一端距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車(chē)架的變形，所以常采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸或撓性萬(wàn)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(chē)行駛軌跡變化而改變方向，這時(shí)多采用等速萬(wàn)向傳動(dòng)軸。 2、目的、依據(jù)和意義 本課題的選擇充分考慮了所研究課題對(duì)汽車(chē)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)和工作的指導(dǎo)作用。對(duì)本課題的研究能夠使學(xué)生了解商用車(chē)萬(wàn)向軸設(shè)計(jì)方法，通過(guò)本課題的研究，學(xué)生可以完成理論課程的實(shí)踐總結(jié)，獲得一定的工程設(shè)計(jì)工作方法。綜合運(yùn)用這幾年所學(xué)的知識(shí)去分析、解決各種相關(guān)問(wèn)題，在作畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整理、運(yùn)用，提高自己的動(dòng)手能力和培養(yǎng)自己的解決問(wèn)題的能力。通過(guò)對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的研究，培養(yǎng)了我的綜合分析、解決問(wèn)題的能力和獨(dú)立工作的能力。 二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題 1、研究的基本內(nèi)容 （1）萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案的分析； （2）萬(wàn)向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷； （3）萬(wàn)向傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)和受力分析； （4）萬(wàn)向傳動(dòng)軸的選擇； （5）Pro/E建模，Ansys分析。 2、擬解決的主要問(wèn)題 （1）傳動(dòng)軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核； （2）傳動(dòng)軸扭矩強(qiáng)度校核； （3）傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算； （4）十字軸的計(jì)算與校核； （5）軸承的計(jì)算與強(qiáng)度校核。 三、技術(shù)路線(xiàn)（研究方法） 調(diào)查并查閱相關(guān)資料 方案分析 萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)軸花鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì) 十字軸參數(shù)計(jì)算 軸承參數(shù)計(jì)算 傳動(dòng)軸參數(shù)計(jì)算 傳動(dòng)軸花鍵參數(shù)計(jì)算 強(qiáng)度校核 不合格 合格 Pro/E建模，Ansys分析 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和說(shuō)明書(shū) 四、進(jìn)度安排 1、第1～2周（2月28日～3月11日） 調(diào)研、開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述 2、第3周（3月14日～3月18日） 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3、第4～7周（3月21日～4月15日） 萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4、第8～9周（4月18日～4月29日） 完成裝配圖 5、第10～11周 （5月2日～5月13日） 完成零件圖 6、第12周（5月16日～5月20日） 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并且進(jìn)行有限元分析 7、第13周 （5月23日～5月27日） 審查修改圖紙、計(jì)算及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8、第14周（5月30日～6月3日） 畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯準(zhǔn)備及答辯 9、第15～16周 （6月6日～6月17日） 畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 10、第17周（6月20日～6月24日） 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 五、參考文獻(xiàn) [01] 盧曦,周萍,孫躍東.汽車(chē)等速萬(wàn)向節(jié)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2007,6 . 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Generally by the universal joint, the drive shaft and the middle supporting is composed. The universal joint energy conservation realization changes the angle power transmission;Transmit the torque of the gear box to the transaxle with drive shaft;The middle supporting can compensate the drive shaft axial and the angle direction in the wiring error and the vehicles travel process because the engine flees moves the displacement which or distortions and so on frame causes. The rotary transmission device function is in the automobile travel process, the included angle and the mutual position changes between the revolution axis in the axis between to transmit the power frequently. This article mainly is carries on the design to the automobile cross shaft type rotary transmission device. According to vehicles exploitation conditions and vehicles parameter, according to transmission system design procedure and request, Mainly has carried on following work: Mainly has carried on following work choice correlation design variable mainly is: Cross axle, universal joint, drive shaft, middle supporting parameter determination, and has carried on the unit design mainly is: Cross axle design, universal joint design, drive shaft design as well as middle supporting design and so on. And to designs the rotary transmission device through the finite element Pro/E and ANSYS software to carry on the structure analysis, Carries on the improvement design according to the analysis result to the rotary transmission device to obtain the reasonable design proposal. Keywords: Universal Transmission Device; Cross Axle; Universal Joint; Transmission shaft; Finite Element Analysis 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II 目 錄 摘要 I AbstractII 第 1 章 緒 論 1 1.1 概 述 1 1.2 汽車(chē)傳動(dòng)軸的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3 研究汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的目的和意義 3 1.3.1 研究汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的目的 3 1.3.2 研究汽車(chē)傳動(dòng)軸的意義 3 1.4 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求 4 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容 5 第 2 章 汽車(chē)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案分析與選擇 7 2.1 汽車(chē)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案概述 7 2.1.1 萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)型式 7 2.1.2 傳動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承結(jié)構(gòu)型式 7 2.1.3 萬(wàn)向節(jié)類(lèi)型 10 2.2 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)方案 12 2.3 本章小結(jié) 13 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 14 3.1HGC1050 汽車(chē)的主要技術(shù)參數(shù) 14 3.2 傳動(dòng)軸總成設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 15 3.2.1 傳動(dòng)軸計(jì)算載荷的確定 15 3.2.2 傳動(dòng)軸軸管的選擇及校核 16 3.2.3 中間支承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 3.3 十字軸總成的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 24 3.3.1 萬(wàn)向節(jié)的受力分析 24 3.3.2 十字軸萬(wàn)向 節(jié)的設(shè)計(jì)及校核 26 3.3.3 十字軸滾針軸承的校核 27 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) III 3.3.4 萬(wàn)向節(jié)叉的設(shè)計(jì)及校核 28 第 4 章 傳動(dòng)軸總成建模與裝配 30 4.1 Pro/ENGINEER 軟件簡(jiǎn)介 30 4.2 利用 ProENGINEER 軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模 31 4.2.1 十字軸的創(chuàng)建 31 4.2.2 凸緣叉的創(chuàng)建 31 4.2.3 軸承差的創(chuàng)建 32 4.2.4 傳動(dòng)軸管的創(chuàng)建 32 4.2.5 帶花鍵的傳動(dòng)軸管的創(chuàng)建 33 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的有限元靜力學(xué)分析 34 5.1 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 34 5.2Pro/E 與 ANSYS 接口的創(chuàng)建 34 5.3 利用 ANSYS 對(duì)望向傳動(dòng)裝置進(jìn)行有限元受力分析 36 5.3.1 十字軸有限元受力分析 36 5.3.2 凸緣叉有限元受力分析 40 5.3.3 傳動(dòng)軸有限元受力分析 41 5.4 本章小結(jié) 42 結(jié) 論 43 參考文獻(xiàn) 44 致 謝 45 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 第 1 章 緒 論 1.1 概述 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)用于在不同軸心的兩軸間甚至在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷變化的兩軸 間傳遞動(dòng)力。例如，在某些重型汽車(chē)和越野汽車(chē)上，根據(jù)總布置的要求需將離合器與 變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開(kāi)一定距離時(shí)，考慮到在它們之間很難保證軸與軸能 同心以及安裝基體即車(chē)架也可能發(fā)生變形，因此在這些總成之間就應(yīng)采用萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)。 此時(shí)常采用普通十字軸萬(wàn)向節(jié)，也有采用撓性萬(wàn)向節(jié)的，其工作夾角一般不大于 。前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)在行駛過(guò)程中，由于懸架的不斷變形，變速器與53 驅(qū)動(dòng)橋的相對(duì)位置(高度和距離)也在不斷變化，因此它們之間需要用可伸縮的萬(wàn)向傳 動(dòng)軸聯(lián)接。這時(shí)當(dāng)聯(lián)接的距離較近時(shí)，常采用兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)和一根可伸縮的傳動(dòng)軸；當(dāng) 距離較遠(yuǎn)而使傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度超過(guò) 1.5 時(shí)，常將傳動(dòng)軸分成兩根或三根，用三個(gè)或四m 個(gè)萬(wàn)向節(jié)，且后面一根傳動(dòng)軸可伸縮，中間傳動(dòng)軸應(yīng)有支承，萬(wàn)向節(jié)所聯(lián)的兩軸之間 的夾角，對(duì)一般載貨汽車(chē)不應(yīng)超過(guò) ，對(duì)于短軸距的 44 越野汽車(chē)，最大可達(dá)2015 。對(duì)于又要轉(zhuǎn)向又要驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪需要隨汽車(chē)行駛的軌跡30 而改變方向，這時(shí)多采用球籠式或球叉式等速萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)，其最大夾角即車(chē)輪的最大 轉(zhuǎn)角可達(dá) 。萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)還用于帶有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及動(dòng)42 力輸出裝置等。 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)應(yīng)適應(yīng)所聯(lián)兩軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)的不斷變化且能可靠 而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力，保證所聯(lián)兩軸能等速旋轉(zhuǎn)，且由于萬(wàn)向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、 振動(dòng)及噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車(chē)速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此外，萬(wàn)向節(jié)傳 動(dòng)還要求傳動(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 8。 本課題使用 CAD、Pro/E、ANSYS 技術(shù)對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì) 與制造的一體化，具有明顯的優(yōu)越性。在縮短了設(shè)計(jì)周期的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，通 用化，系列化，提高了加工效率及加工質(zhì)量，有利于提高企業(yè)自身應(yīng)變能力和市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)力，給企業(yè)帶來(lái)綜合效率。通過(guò)對(duì) HGC1050 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，能夠使我熟練 地掌握 CAD、Pro/E、ANSYS 在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，鍛煉自己分析問(wèn)題解決問(wèn)題的 能力。解放汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置正廣泛應(yīng)用于各種車(chē)輛上，使汽車(chē)傳動(dòng)性能顯著提高， 因此，對(duì)此課題的研究具有十分重要的意義。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1.2 汽車(chē)傳動(dòng)軸的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 萬(wàn)向傳動(dòng)軸在汽車(chē)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(chē)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(xiàn)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(wàn)向傳動(dòng)軸；某些汽車(chē)根據(jù)總布置要求需要將 離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器拉開(kāi)一段距離，顧及到它們之間很難保證軸與軸同 心及車(chē)架的變形，所以常采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸或撓性萬(wàn)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(chē)行駛軌跡變化而改變方向，多采用等速萬(wàn)向傳動(dòng)軸。依據(jù)在 扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，萬(wàn)向節(jié)分為剛性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)。剛性萬(wàn)向節(jié)又 分為不等速萬(wàn)向節(jié)（十字軸式） 、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)（雙聯(lián)式、凸塊式、三銷(xiāo)式、球面滾 輪式）和等速萬(wàn)向節(jié)（球叉式、球籠式） 。其中十字軸式萬(wàn)向節(jié)是目前在汽車(chē)上應(yīng)用 最廣泛的；雙聯(lián)式萬(wàn)向節(jié)在越野車(chē)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)用增多；球籠式萬(wàn)向節(jié)在轎車(chē)轉(zhuǎn)向驅(qū) 動(dòng)橋得到廣泛應(yīng)用。剛性萬(wàn)向節(jié)是靠零件的鉸接式連接傳遞動(dòng)力；撓性萬(wàn)向節(jié)是靠彈 性零件傳遞動(dòng)了的，具有緩沖減振作用。單十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的不等速，使從動(dòng)軸及 其相連的部件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，影響部件壽命，所以常采用雙十字軸萬(wàn)向節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)等速 傳動(dòng)。等速萬(wàn)向節(jié)是從結(jié)構(gòu)上保證在其工作中，其傳力點(diǎn)總位于兩軸交角的平分面上； 這也是以后的發(fā)展方向。這次課題設(shè)計(jì)中選的是目前汽車(chē)上應(yīng)用廣泛的十字軸萬(wàn)向節(jié)。 傳動(dòng)軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在離心力的作用下長(zhǎng)生劇烈振動(dòng)；所以，傳動(dòng)軸與萬(wàn)向節(jié)裝 配后，必須滿(mǎn)足動(dòng)平衡要求。傳動(dòng)軸過(guò)長(zhǎng)時(shí)，自振頻率較低，易產(chǎn)生共振；通常將傳 動(dòng)軸分成兩段并加中間支承。蜂窩軟墊式中間支承應(yīng)用較廣泛。有的汽車(chē)也采用擺動(dòng) 式中間支承。 有限元方法在汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用非常廣泛，主要在汽車(chē)上有以下幾種應(yīng)用： （1）結(jié)構(gòu)靜力分析 這是在車(chē)輛及其發(fā)動(dòng)機(jī)的各種零部件設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題， 也是應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，即分析計(jì)算結(jié)構(gòu)與時(shí)間無(wú)關(guān)的應(yīng)力分布與變形情況。如齒 輪輪齒、鋼板彈簧、車(chē)橋、飛輪、傳動(dòng)軸的靜力分析。 （2）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 一是求解結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性，如固有頻率、振型 等，這對(duì)分析與解決振動(dòng)問(wèn)題是十分重要的；二是強(qiáng)迫響應(yīng)分析，即結(jié)構(gòu)在動(dòng)載的作 用下的響應(yīng)，這較靜力分析更接近于車(chē)輛及其發(fā)動(dòng)機(jī)中的許多零部件的實(shí)際工作情況， 但一般計(jì)算量也將增加許多倍。隨著對(duì)環(huán)境問(wèn)題的益重視，在車(chē)輛及發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中 已普遍采用各種分析工具，采取各種有效措施，來(lái)改善和減少車(chē)輛的振動(dòng)和噪聲。例 如車(chē)輛動(dòng)力裝置的動(dòng)態(tài)性分析等。 （3）溫度場(chǎng)分析 分析結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的分布情況以及熱應(yīng)力和熱變形的情況，包 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 括穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的問(wèn)題，例如可應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞、氣缸蓋等燃燒室附近的零部件。 在進(jìn)行這類(lèi)零部件的強(qiáng)度剛度分析計(jì)算時(shí)，不僅要考慮機(jī)械負(fù)荷而且還要同時(shí)考慮熱 負(fù)荷。 （4）流場(chǎng)分析 是有限元方法在流體力學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。一般流場(chǎng)分析是非線(xiàn)性 問(wèn)題，較為復(fù)雜。解決流體力學(xué)中的問(wèn)題應(yīng)用較多的是有限差分法與可以認(rèn)為是介于 有限差分法和有限元方法之間的有限容積法。這一類(lèi)問(wèn)題的應(yīng)用實(shí)例有車(chē)輛外形對(duì)行 駛阻力的影響的分析、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的分析等。 對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)進(jìn)行分析與優(yōu)化，可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期 對(duì)其剛度和強(qiáng)度有充分的認(rèn)識(shí)，使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程就可保證使用要求，縮短設(shè)計(jì)試驗(yàn) 周期，節(jié)省試驗(yàn)和生產(chǎn)費(fèi)用。它在汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中應(yīng)用使得汽車(chē)在輕量化、舒適性、 經(jīng)濟(jì)性與操縱穩(wěn)定性等方面得到改善及提高。 1.3 研究汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的目的和意義 1.3.1 研究汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的目的 中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，車(chē)型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)汽車(chē) 業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)我國(guó)汽車(chē)傳動(dòng)軸需求持續(xù)大幅增長(zhǎng)。汽車(chē)傳動(dòng)軸市場(chǎng)潛在需求與 潛在機(jī)會(huì)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模具有非常大的擴(kuò)展空間，單個(gè)企業(yè)規(guī)模也會(huì)越來(lái)越大。在這 樣的一個(gè)背景下，中國(guó)汽車(chē)傳動(dòng)軸發(fā)展前景一片光明。 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)應(yīng)適應(yīng)所聯(lián)兩軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)的不斷變化且能可靠 而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力，保證所聯(lián)兩軸能等速旋轉(zhuǎn)，且由于萬(wàn)向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、 振動(dòng)及噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車(chē)速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此外，萬(wàn)向節(jié)傳 動(dòng)還要求傳動(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。而傳動(dòng)軸及萬(wàn) 向節(jié)的設(shè)計(jì)裝配不良將產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，因此該總成設(shè)計(jì)是汽車(chē)設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之 一。本題是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車(chē)型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速 器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)和主減速器安裝位置等條件下，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求 的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，著重設(shè)計(jì)計(jì)算萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算。在對(duì)各種 結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后，繪制出該總成裝配圖及主要零件的零件圖。 1.3.2 研究汽車(chē)傳動(dòng)軸的意義 本課題使用 CAD、Pro/E、ANSYS 技術(shù)對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制 造的一體化，具有明顯的優(yōu)越性。在縮短了設(shè)計(jì)周期的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，通用化， 系列化，提高了加工效率及加工質(zhì)量，有利于提高企業(yè)自身應(yīng)變能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力， 給企業(yè)帶來(lái)綜合效率。通過(guò) HGC1050 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，能夠使我熟練地掌握 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 CAD、Pro/E、ANSYS 在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，鍛煉自己分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。汽車(chē) 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置正廣泛應(yīng)用于各種車(chē)輛上，使汽車(chē)傳動(dòng)性能顯著提高，因此，對(duì)此課題 的研究具有十分重要的意義。 1.4 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求 萬(wàn)向傳動(dòng)軸一般是由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支撐組成。主要用于工作過(guò)程中相對(duì) 位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(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(wàn)向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸兩軸線(xiàn)夾角的變化，并實(shí) 現(xiàn)兩軸的等角速傳動(dòng)。一般萬(wàn)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(chē)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(lái)講 42 驅(qū)動(dòng) 形式的汽車(chē)僅有一根主傳動(dòng)軸。64 驅(qū)動(dòng)形式的汽車(chē)有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、 后橋傳動(dòng)軸。66 驅(qū)動(dòng)形式的汽車(chē)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(chē)輛的中間傳動(dòng)軸一般設(shè)有傳動(dòng)軸中間支承它 是由支承架、軸承和橡膠支承組成。 傳動(dòng)軸是由軸管、伸縮套和萬(wàn)向此它的動(dòng)平衡是至關(guān)重要的。一般傳動(dòng)軸在出廠(chǎng) 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(chǎng)的， 在使用中就應(yīng)特別注意。其基本結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示 圖 1.1 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的工作原理及功用 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 圖 1.2 變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置 基本要求： 1.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(wàn)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(chē)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。 萬(wàn)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(chē)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(xiàn)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(wàn)向傳動(dòng)軸；某些汽車(chē)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(kāi)一端距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心 及車(chē)架的變形，所以常采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸或撓性萬(wàn)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(chē)行駛軌跡變化而改變方向，這時(shí)多采用等速萬(wàn)向傳動(dòng)軸。如 圖 1.3 所示 圖 1.3 萬(wàn)向節(jié)在汽車(chē)上的各種應(yīng)用 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容 依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車(chē)型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)和主減速器安裝位置等條件下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的萬(wàn)向傳動(dòng) 裝置，著重設(shè)計(jì)計(jì)算萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算。對(duì)汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的 運(yùn)動(dòng)特性，技術(shù)難題，制造工藝，使用壽命影響因素，失效形式，進(jìn)行深入系統(tǒng)的分 析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免振動(dòng)，傳動(dòng)動(dòng)軸斷裂，十字軸折斷，及滾針軸承過(guò)早損壞等問(wèn) 題。運(yùn)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法完成對(duì)傳動(dòng)軸的計(jì)算校核，傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算。萬(wàn)向 節(jié)叉及十字軸的計(jì)算校核。利用相關(guān)書(shū)籍資料完成對(duì)十字軸的設(shè)計(jì)及校核，傳動(dòng)軸滑 動(dòng)花鍵和萬(wàn)向節(jié)的潤(rùn)滑方案的選擇與設(shè)計(jì)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 汽車(chē)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案分析與選擇 2.1 汽車(chē)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案概述 2.1.1 萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)型式 汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置通常稱(chēng)為汽車(chē)的萬(wàn)向傳動(dòng)軸或簡(jiǎn)稱(chēng)為傳動(dòng)軸，它 由萬(wàn)向節(jié)、軸管及其伸縮花鍵等組成。對(duì)于長(zhǎng)軸距汽車(chē)的分段傳動(dòng)軸，還需有中間支 承。如圖 2.1 所示 2.1.2 傳動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承結(jié)構(gòu)型式 傳動(dòng)軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄(1.53.0mm)、管徑較大、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲 剛度大、適于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成如圖 2.1 所示。 圖 2.1 汽車(chē)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)圖 (a)帶有中間支承并有兩根軸管的分段傳動(dòng)軸；(b)具有一根軸管的傳動(dòng)軸 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 1萬(wàn)向節(jié)；2傳動(dòng)軸管；3平衡片；4伸縮軸管； 5防塵罩；6十字軸；7中間支承 伸縮花鍵具有矩形或漸開(kāi)線(xiàn)齒形，用于補(bǔ)償由于汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié)之 間的長(zhǎng)度變化。當(dāng)承受轉(zhuǎn)矩的花鍵在伸縮時(shí)，產(chǎn)生軸向摩擦力為 。aF (2.1)RTfFja= 式中： 傳動(dòng)軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩；jT 花鍵齒側(cè)工作表面的中徑；R 摩擦系數(shù)。f 由于花鍵齒側(cè)工作表面面積較小，在大的軸向摩擦力作用下將加速伸縮花鍵的磨 損，引起不平衡及振動(dòng)。應(yīng)提高鍵齒表面硬度及光潔度，進(jìn)行磷化處理、噴涂尼龍， 改善潤(rùn)滑?？蓽p小摩擦阻力及磨損。也有用滾珠或滾柱的滾動(dòng)摩擦代替花鍵齒間的滑 動(dòng)摩擦的結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示。 圖 2.2 帶有滾柱的汽車(chē)傳動(dòng)軸 1滾柱；2帶有滾柱內(nèi)滾道的傳動(dòng)軸管；3帶有滾柱外滾道的軸管 花鍵應(yīng)有可靠的潤(rùn)滑及防塵措施，間隙不宜過(guò)大，以免引起傳動(dòng)軸振動(dòng)。內(nèi)、外 花鍵應(yīng)對(duì)中，為減小鍵齒摩擦表面間的壓力及磨損應(yīng)使鍵齒長(zhǎng) 與其最大直徑 之比jljd 不小于 2。花鍵齒與鍵槽應(yīng)按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以免破壞傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。動(dòng)平衡 的不平衡度由點(diǎn)焊在軸管外表面上的平衡片補(bǔ)償。裝車(chē)時(shí)傳動(dòng)軸的仲縮花鍵一端不應(yīng) 靠近后驅(qū)動(dòng)橋，而應(yīng)靠近變速器或中間支承，以減小其軸向摩擦力及磨損。中間支承 用于長(zhǎng)軸距汽車(chē)的分段傳動(dòng)軸，以提高傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，避免共振，減小噪聲。它 安裝在車(chē)架橫梁或車(chē)身底架上，應(yīng)能補(bǔ)償傳動(dòng)軸的安裝誤差及適應(yīng)行駛中由于彈性懸 置的發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車(chē)架變形引起的位移，而其軸承應(yīng)不受或少受由此產(chǎn)生的附加載 荷。以前中間支承多采用自位軸承，目前則廣泛采用坐于橡膠彈性元件上的單列球軸 承如圖 2.1，圖 2.3。橡膠彈性元件能吸收傳動(dòng)軸的振動(dòng)，降低噪聲，承受徑向力，但 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 不能承受軸向力。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇支承剛度，避免在傳動(dòng)軸常用轉(zhuǎn)速內(nèi)產(chǎn)生共振。 擺臂式中間支承的擺臂用于適應(yīng)中間傳動(dòng)軸軸線(xiàn)在縱向平面內(nèi)的位置變化如圖 2.4。66 越野汽車(chē)傳動(dòng)軸的中間支承常安裝在中驅(qū)動(dòng)橋殼上,多采用兩個(gè)圓錐滾子軸 承，軸承座應(yīng)牢固地固定在中橋殼上如圖 2.5 所示。 圖 2.3 汽車(chē)傳動(dòng)軸的中間支承 (a)傳動(dòng)軸及其中間支承；(b)-(e)中間支承方案 1 一撓性萬(wàn)向節(jié)；2、4 一前、后傳動(dòng)軸；3 一彈性中間支承；5 一平衡片；6 一橡膠套；7 一橫梁 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 2.4 擺臂式中間支承 圈 2.5 越野汽車(chē)傳動(dòng)軸的中間支承 2.1.3 萬(wàn)向節(jié)類(lèi)型 汽車(chē)用萬(wàn)向節(jié)分為剛性的、撓性的、等速的和不等速的幾種。汽車(chē)除轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋 及帶有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋的分段式半軸多采用等建萬(wàn)向節(jié)外，一般驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸均采 用一對(duì)十字軸萬(wàn)向節(jié)。 1、普通十字軸萬(wàn)向節(jié) 普通十字軸萬(wàn)向節(jié)如圖 2.6 所示，由兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉及聯(lián)接它們的十字軸、滾針軸 承及訥封等組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高。十字軸萬(wàn)向節(jié)的損壞形式主要是十字軸 軸頸和滾針軸承的磨損，以及十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面的壓痕和剝落。通常 認(rèn)為當(dāng)磨損或壓痕超過(guò) 0.25 時(shí)，十字軸萬(wàn)向節(jié)就應(yīng)報(bào)廢。為了提高其使用壽命。m 出現(xiàn)了各種有效的組合式潤(rùn)滑密封裝置，以潤(rùn)滑和保護(hù)十字軸軸頸與滾針軸承如圖 2.7。 轎車(chē)和輕型客、貨車(chē)常于裝配時(shí)封入潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以減少車(chē)輛的潤(rùn)滑點(diǎn)，這時(shí)應(yīng) 采用密封效果較好的雙刃口或多刃口橡膠油封。當(dāng)需定期加注潤(rùn)滑脂時(shí)，應(yīng)如圖 2.7 所示將油封反裝以利在加注潤(rùn)滑脂時(shí)能將陳油和磨損產(chǎn)物排出。軸蕊中的滾針直徑的 差值應(yīng)控制在 0.003 以?xún)?nèi)，否則會(huì)加重載荷在滾針間的分配不均勻性。滾針軸承m 的徑向間隙過(guò)大會(huì)使受載的滾針數(shù)減少及引起滾針歪斜，間隙過(guò)小則可能受熱卡住， 合適的間隙為 0.0090.095 。滾針的用向總間隙取 0.080.30 為宜。重型汽m 車(chē)有時(shí)采用較粗的滾針并分成兩段以提高其壽命，也有以滾柱代替滾針的結(jié)構(gòu)。為防 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 止十字軸軸向竄動(dòng)及避免摩擦發(fā)熱，有的在十字軸軸端和軸承碗之間加裝端面滾針軸 承。 圖 2.6 普通十字軸萬(wàn)向節(jié) 1 一軸承蓋；2、6 一萬(wàn)向節(jié)叉；3 一油嘴；4 一十字軸； 5 一安全閥；7 一油封；8 一滾針；9-軸承碗 圖 2.7 十字軸的潤(rùn)滑與密封 1 一防塵罩；2 一油封座圈；3 一止推環(huán)；4 一滾針；間隙；a 一油封壓配錐面 單個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)不是等速萬(wàn)向節(jié)，其特點(diǎn)是當(dāng)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間有夾角時(shí)， 不能等速傳遞而有轉(zhuǎn)角差，使主、從動(dòng)軸的角速度周期性地不相等。采用兩個(gè)十字軸 萬(wàn)向節(jié)并把與傳動(dòng)軸相連的兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉布置在同一平面內(nèi)，且使萬(wàn)向節(jié)的夾角 ，則可使處于同一平面內(nèi)的輸出軸與輸入軸等角速旋轉(zhuǎn)。21= 十字軸萬(wàn)向節(jié)兩軸的夾角。不宜過(guò)大當(dāng) 由 增至 時(shí)，滾針軸承壽命將下416 降至原壽命的 14。 2、撓性萬(wàn)向節(jié) 利用橡膠盤(pán)、塊、環(huán)及橡膠一金屬套筒等橡膠彈性元件在夾角不大于 的兩軸間5 傳遞轉(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需潤(rùn)滑，能減小傳動(dòng)系的扭振、動(dòng)載荷及噪聲。有的結(jié)構(gòu) 還允許一定的軸向變形當(dāng)這種軸向變形量能滿(mǎn)足使用要求時(shí)，可省去伸縮花鍵。常 用作轎車(chē)三萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)中的靠近變速器的第一萬(wàn)向節(jié)或用在重型車(chē)的離臺(tái)器與變速器， 變速器與分動(dòng)器之間?？紤]到用到這些地方的撓性萬(wàn)向節(jié)常要在掛直接檔時(shí)的高轉(zhuǎn)速 下工作，為保證傳動(dòng)軸總成的平衡精度，則必須使萬(wàn)向節(jié)兩側(cè)的軸線(xiàn)對(duì)中。圖 2.8 給 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 出了汽車(chē)撓性萬(wàn)向節(jié)及其橡膠彈性元件的典型結(jié)構(gòu)圖，其中圖(a)、圖(b)分別為具有 球面對(duì)中機(jī)構(gòu)的環(huán)形和六角形撓性萬(wàn)向節(jié)：圖(c)為橡膠金屬套筒結(jié)構(gòu)的撓性萬(wàn)向 節(jié)；圖(d)、圖(e)分別為組合型和盤(pán)形橡膠元件。 用于橡膠金屬套筒結(jié)構(gòu)的橡膠應(yīng)具有的物理機(jī)械特性為：抗拉強(qiáng)度不小于 1 5 ；相對(duì)拉伸率不小于 350；肖氏硬度 6575；最大擠壓應(yīng)力為 7.58MPa ；剪切彈性模量 =0.85 ；工作溫度范圍為-4580。GMPa (a) 球面對(duì)中機(jī)構(gòu)的環(huán)形撓性萬(wàn)向節(jié)；(b)六角形撓性萬(wàn)向節(jié)；(c)橡膠金屬套筒結(jié)構(gòu)的撓性萬(wàn)向 節(jié)；(d) 組合型橡膠元件；(e)盤(pán)形橡膠元件 圖 2.8 撓性萬(wàn)向節(jié)及其橡膠元件的典型結(jié)構(gòu) 3、等速萬(wàn)向節(jié) 主、從動(dòng)軸的角速度在兩軸之間的夾角變動(dòng)時(shí)仍然相等的萬(wàn)向節(jié)，稱(chēng)為等角速萬(wàn) 向節(jié)或等速萬(wàn)向節(jié)。 等速萬(wàn)向節(jié)的“ 等角速” 工作原理，可以一對(duì)大小相同的圓錐齒輪傳動(dòng)為例來(lái)說(shuō)明。 兩齒輪的軸線(xiàn)交角為 ，這兩個(gè)齒輪輪齒的接觸點(diǎn) 位于軸間夾角的平分線(xiàn)上由點(diǎn)P 到兩軸線(xiàn)的垂直距離相等并等于 在 點(diǎn)處兩齒輪的圓周速度是相等的，因而兩齒P0r 輪的角速度相等。多數(shù)等速萬(wàn)向節(jié)工作時(shí)的特點(diǎn)也都在于：它們所有的傳力點(diǎn)總是位 于兩軸夾角的等分平面上，這樣，被萬(wàn)向節(jié)所聯(lián) 接的兩軸的角速度就永遠(yuǎn)相等。 在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋、斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和 de Dion 式驅(qū)動(dòng)橋的車(chē)輪傳動(dòng)裝置中，廣泛地采用著 各種型式的等速萬(wàn)向節(jié)和近似等速的萬(wàn)向節(jié)。其常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式有球籠式、球叉式、 雙聯(lián)式、凸塊式和三銷(xiāo)式等。 2.2 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)所選車(chē)型為前置后驅(qū)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用十字軸萬(wàn)向節(jié)；并且軸距為 3800 （1500 一般須有中間支撐） ，需采用中間支撐。故最終決定采用帶中間m 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 支撐的兩軸三萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)方案。方案如圖 2.9 所示 圖 2.9 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置總體方案簡(jiǎn)圖 1-離合器；2- 變速器；3- 萬(wàn)向節(jié)；4-差速器；5-驅(qū)動(dòng)橋；6-傳動(dòng)軸管；7-中間支撐 2.3 本章小結(jié) 本章介紹了萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及各自特點(diǎn)，對(duì) HGC1050 的傳動(dòng)軸進(jìn)行了初 步的結(jié)構(gòu)選擇，根據(jù)本車(chē)的驅(qū)動(dòng)型式（FR）及軸距的要求選擇兩軸三個(gè)萬(wàn)向節(jié)的結(jié) 構(gòu)型式。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 3.1HGC1050 汽車(chē)的主要技術(shù)參數(shù) 根據(jù)任務(wù)書(shū)所提供的設(shè)計(jì)參數(shù)如表 3.1 所示。 表 3.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù) 乘員數(shù) 3 重量參數(shù) 載重 2165 自重 3095 總重 5455 空載軸荷（前/后） 1657/1438 滿(mǎn)載軸荷（前/后） 2200/3255 尺寸參數(shù) 貨箱尺寸 51102100450,550 軸距 3800 輪距（前/后） 1670/1602 前懸/后懸 1070/2060 性能參數(shù) 最大爬坡度% 28 最高車(chē)速 90 最小轉(zhuǎn)彎直徑 15.2 制動(dòng)距離 36.7m 最小離地間隙 190 接近角/離去角 22/15 油箱容積 120 最大續(xù)駛里程 800 發(fā)動(dòng)機(jī) 排量 3.168 額定功率/轉(zhuǎn)數(shù) 88/3200 最大扭距/轉(zhuǎn)數(shù) 300/1900-2100 排放標(biāo)準(zhǔn) 歐 II 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 3.2 傳動(dòng)軸總成設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 3.2.1 傳動(dòng)軸計(jì)算載荷的確定 HGC1050 所采用的驅(qū)動(dòng)形式為 FR（前置后驅(qū)） ，即傳動(dòng)軸位于變速器與驅(qū)動(dòng)橋 之間，因此傳動(dòng)軸計(jì)算載荷計(jì)算方法如下： 1.計(jì)算載荷按發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩和一檔傳動(dòng)比來(lái)確定： （3.1）nkiTeds1max= 2.計(jì)算載荷按驅(qū)動(dòng)輪打滑來(lái)確定： （3.2）mrsiG0 2 式中， 為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（ ） ；maxeTN 為計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)；n 為變速器一檔傳動(dòng)比；1i 為發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率； 為液力變矩器變矩系數(shù)；k 為猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)；d 為滿(mǎn)載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷（ ） ；2GN 為汽車(chē)最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；m 為輪胎與路面間的附著系數(shù)； 為車(chē)輪滾動(dòng)半徑（ ） ；r m 為主減速器傳動(dòng)比；0i 為主減速器從動(dòng)齒輪到車(chē)輪之間的傳動(dòng)比；m 為主減速器主動(dòng)齒輪到車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率。 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ， 1,30max=dekNT ， =5.3， ， =16.12/)-.(1)-(0+=+ki %4.0956=離變 n 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 ， = =32075.4 ， =1.2， =0.80， =0.371 ， =5.24， =1，2G8.96054N2mrm0imi =95%。m 所以計(jì)算可得： 23.41%0.9536.7301max =nkiTeds N.24.5.802mrsiGm 3.2.2 傳動(dòng)軸軸管的選擇及校核 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)與其所連接的萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常，萬(wàn)向傳動(dòng)軸由中間部 分和端部組成。中間部分可為實(shí)心軸或?yàn)榭招牡妮S管。實(shí)心軸僅用于作為與等速萬(wàn)向 節(jié)相連的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的半軸或用作斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和 de Dion 橋的擺動(dòng)半軸；空心的 軸管具有較小的質(zhì)量但能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，且比實(shí)心軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，故用作 汽車(chē)傳動(dòng)系的萬(wàn)向傳動(dòng)軸。 傳動(dòng)軸管由低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成，軸管外徑及壁厚(或內(nèi)徑)是根據(jù)所傳 最大轉(zhuǎn)矩、最高轉(zhuǎn)速及長(zhǎng)度按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) YB242-63 選定，并校核臨界轉(zhuǎn)速及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 電焊鋼管參數(shù)應(yīng)按冶金部標(biāo)準(zhǔn)摘自 YB242-63 選取如表 3-2 所示。表 3-2 給出外 徑 毫米的標(biāo)準(zhǔn)資料，以供設(shè)計(jì)時(shí)參考。9560=cD 表 3.2 毫米的電焊鋼管 (YB242-63)9560 外徑 （ ）m 鋼管厚度（ ）m外徑 （ ）m 鋼管厚度（ ）m 60 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5 83 1.4、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 63.5 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5 89 1.4、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、 4.8 70 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5 95 1.4、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、 4.8 75 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 、3.8、4.0、4.2、4.5 本設(shè)計(jì)中選取 =75 ，鋼管壁厚取 3 。所以 =69 。cDmmcdm 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速與其長(zhǎng)度及斷面尺寸等有關(guān)。由于沿軸管表面鋼材質(zhì)量分布的 不均勻性以及在旋轉(zhuǎn)時(shí)其本身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力所引起的靜撓度，使軸管產(chǎn)生彎曲應(yīng) 力，后者在一定的轉(zhuǎn)速下會(huì)導(dǎo)致軸管的斷裂。所謂傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速是指旋轉(zhuǎn)軸失去 穩(wěn)定性的最低轉(zhuǎn)速，它決定于傳動(dòng)軸的尺寸、結(jié)構(gòu)及其支承情況。為了確定臨界轉(zhuǎn)速， 可研究一下兩端自由地支承于剛性球鉸上的軸(見(jiàn)圖 3.1(a)。設(shè)軸的質(zhì)量 集中于m 點(diǎn)，且 點(diǎn)偏離旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的量為 ，當(dāng)軸以角速度 旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的離心力為OeWF (3.3)(2ymF+= 式中： 軸在其離心力作用下產(chǎn)生的撓度。y 與離心力相平衡的彈性力為 p (3.4)cy 式中： 軸的側(cè)向剛度。對(duì)于質(zhì)量分布均勻且兩端自由地支承于球形鉸接的軸，c 其側(cè)向剛度 =(3845)( ) ；3/LEJ)/(5/843LEJ= 材料的彈性模量可取 ；EMPa10.2 軸管截面的抗彎慣性矩。J 64/)-(4dDJ= 因 cyP2+emWF 故有 )-/(2y 認(rèn)為在達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速的角速度 時(shí)傳動(dòng)軸將破壞，即 ，則有：c y0-2=m （3.5）cW 對(duì)于傳動(dòng)軸管 LdDm)-(25.02= 式中： 軸管的外徑及內(nèi)徑, ；dD 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 傳動(dòng)軸的支承長(zhǎng)度，取兩萬(wàn)向節(jié)之中心距， ；L m 軸管材料的密度，對(duì)于鋼 。 5108.=kg/ 將上述 的表達(dá)式代人式 (3.5),令mjc及、 3/-ccnW 則得傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速 為i)/(rn （3.6） 2810.LdDc+= 圖 3.1 傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算用簡(jiǎn)圖 (a)兩端為剛性球鉸支承；(b)前端與加長(zhǎng)的變速器相連； (c)帶有彈性中間支承的雙傳動(dòng)軸傳 動(dòng) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 因?yàn)?(3.7)05maxinrUg= ，hka/04.8mx=24.5,1392.05=ig 所以 in/61rn 當(dāng) 時(shí)，十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率 為250 (3.8)ta2)/(-10rdf= 式中： 十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)效率；0 軸頸與萬(wàn)向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滾針軸承f 10.5.=f 十字軸軸頸直徑， =221d1dm 代入上式求得 %98.0= 初步選定 hmH26;2; 1= 由于傳動(dòng)軸動(dòng)平衡的誤差、伸縮花鍵聯(lián)接的間隙以及支承的非剛性等，傳動(dòng)軸的 實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速要低于按上式計(jì)算的值。因此應(yīng)引進(jìn)安全系數(shù) K，并取 0.21/max=nKc 式中： 相應(yīng)于最高車(chē)速時(shí)的傳動(dòng)軸最大轉(zhuǎn)速， ；maxn min/r 傳動(dòng)軸的計(jì)算臨界轉(zhuǎn)， 。c i/r =12 用于精確的動(dòng)平衡、高精度的伸縮花鍵及極微小的萬(wàn)向節(jié)間隙時(shí)。K =maxn in/34.1%98.6.310 r= 取 ，則有計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速 為5.1=kc mi/0.67.5.max rkc 因?yàn)?2810.cCLdDn+= 所以有 6.7 本設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸為兩段組成 ，長(zhǎng)度小于 1618.76 ，因m0,21=m 此本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸滿(mǎn)足臨界轉(zhuǎn)速的要求。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的斷面尺寸除應(yīng)滿(mǎn)足臨界轉(zhuǎn)速的要求外，還應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 傳動(dòng)軸的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ( )可按下式計(jì)算：Mpa (3.9)rdgeWkiT/1max= 式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩， ；maxeTN 變速器的一檔傳動(dòng)比；1gi 動(dòng)載系數(shù)；dk 抗扭截面系數(shù)。rW 對(duì)于傳動(dòng)軸管，上式又可表達(dá)為 （3.10）)-(164ccdDT= 式中： 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， =2432.341T,max1semN 傳動(dòng)軸管的外徑和內(nèi)徑。cdD, 按上式計(jì)算得出的傳動(dòng)軸管扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 不應(yīng)大于 300 。MPa 傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為： pMpadTcc 30 54.103)-(6 c4= 因?yàn)?的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度符合 的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度許用最大值，所以本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸滿(mǎn)足扭轉(zhuǎn)cc 強(qiáng)度的要求。 傳動(dòng)軸總成應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡，其不平衡度為：對(duì)轎車(chē)及輕型客、貨車(chē)，在 3000 6000 時(shí)不大于 12 ；對(duì) 5t 以上的貨車(chē)，在 10004000 時(shí)不大min/rmN min/r 于 10 。十字軸端面磨損會(huì)使其軸向間隙及竄動(dòng)增大而影響動(dòng)平衡，因此應(yīng)嚴(yán)N 格控制該間隙或采用彈性蓋板，有的可加裝端面滾針軸承。傳動(dòng)軸總成的徑向全跳動(dòng) 應(yīng)不大于 0.50.8 。 由于矩形花鍵聯(lián)接傳動(dòng)具有接觸面積大、承載能力高、定心性能和導(dǎo)向性能好， 鍵槽淺、應(yīng)力集中小，對(duì)軸和轂的強(qiáng)度削弱小，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，因此，常應(yīng)用 于傳遞較大的轉(zhuǎn)矩和定心精度要求高的靜聯(lián)接和動(dòng)聯(lián)接。 花鍵軸的尺寸按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取，最后進(jìn)行強(qiáng)度校核。目前采用的傳動(dòng)軸花鍵多為 矩形齒。它以?xún)?nèi)徑和側(cè)面定心。保證傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 對(duì)于傳動(dòng)軸花鍵，主要計(jì)算花鍵的擠壓應(yīng)力。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè) GB/T1144-2001 查 得花鍵的規(guī)格為 GB/T1144-2001，工作長(zhǎng)度取為 100 的矩形齒花鍵。6382m 式 3.3 亦可用于計(jì)算萬(wàn)向傳動(dòng)的實(shí)心軸，例如傳動(dòng)軸一端的花鍵軸和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋 的半軸以及斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和 de Dion 橋的擺動(dòng)半軸，并取上式的 d=0。對(duì)于花鍵軸： D 取花鍵的內(nèi)徑，且其許用應(yīng)力一般按安全系數(shù)為 23 確定。 計(jì)算傳動(dòng)軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力 (MPa)為j (3.11)ZLDTj )2-)(4(11+= 式中： 計(jì)算轉(zhuǎn)矩， ；1TmN 花鍵的外徑和內(nèi)徑， ；2,D 花鍵的齒數(shù)和鍵的有效長(zhǎng)度 ，L=100mm。LZ 當(dāng)花鍵的齒而硬度大于 35 時(shí)，傳動(dòng)軸伸縮花鍵的許用擠壓應(yīng)力為 2550HRC 。對(duì)于非滑動(dòng)花鍵，許用擠壓應(yīng)力為 50100 。MPa MPa 將已知數(shù)據(jù)代入(3.11) 得： =paj61.38pj502= 因此花鍵的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。 3.2.3 中間支承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由式(3.6)可以確定傳動(dòng)軸總成的最大可能長(zhǎng)度，如果它小于汽車(chē)總布置所要求的 傳動(dòng)軸尺寸，則需在變速器和后驅(qū)動(dòng)橋之間安置兩根萬(wàn)向傳動(dòng)軸，且在它們的聯(lián)接處 (在前傳動(dòng)軸后端) 需設(shè)置固定在車(chē)架或車(chē)身上的中間支承，如圖 3.2 所示。在某些轎 車(chē)上，為了縮短傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度而采用加長(zhǎng)的變速器。 當(dāng)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的前端與加長(zhǎng)的變速器相聯(lián)時(shí)，分析表明，這時(shí)由于傳動(dòng)軸前端支 承系統(tǒng)變速器殼及其加長(zhǎng)的后殼、離合器以及它們的支承具有明顯的柔性，使傳 動(dòng)軸的前端猶如架在彈性支承上，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 3.1(b)所示。當(dāng)傳動(dòng)系的橫向振動(dòng) 固有頻率一定時(shí)，傳動(dòng)軸的這種支承系統(tǒng)會(huì)使其振動(dòng)特性有明顯的改變。 式(3.6)是在假定傳動(dòng)軸兩端支承于剛性球鉸上的條件下求出的它也沒(méi)有考慮萬(wàn) 向節(jié)的質(zhì)量。因此，這里需再分析一下傳動(dòng)軸前端為彈性支承、后端為剛性支承如圖 3.1(b)這樣一個(gè)系統(tǒng)的情況。 當(dāng)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的前端與加長(zhǎng)的變速器相聯(lián)時(shí)，分析表明，這時(shí)由于傳動(dòng)軸前端支 承系統(tǒng)變速器殼及其加長(zhǎng)的后殼、離合器以及它們的支承具有明顯的柔性，使傳 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 動(dòng)軸的前端猶如架在彈性支承上，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 3.1(b)所示。當(dāng)傳動(dòng)系的橫向振動(dòng) 固有頻率一定時(shí)，傳動(dòng)軸的這種支承系統(tǒng)會(huì)使其振動(dòng)特性有明顯的改變。 利用拉格朗日方程求出系統(tǒng)的固有角頻率，則有 (3.12)0=+ipiKyEdt 圖 3.2 汽車(chē)傳動(dòng)軸的中間支撐 (a)傳動(dòng)軸及其中間支撐；(b)(e) 中間支承方案 1-撓性萬(wàn)向節(jié)；2、4-前、后傳動(dòng)軸；3-彈性中間支撐；5-平衡片；6- 橡膠套；7-橫梁 利用拉格朗日方程求出系統(tǒng)的固有角頻率，則有 (3.13)0=+ipiKyEdt 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 式中： 分別為系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能：PkE與 2215.0.ymEiK+=12.cyP 式中： 前萬(wàn)向節(jié)及變速器加長(zhǎng)部分的質(zhì)量；1m 傳動(dòng)軸管的質(zhì)量；2 變速器加長(zhǎng)部分及傳動(dòng)軸的剛度；1c、 相應(yīng)的位移，見(jiàn)圖 3.1。2y、 則系統(tǒng)質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方程為 （3.14）02y-111 . =+cym （3.15）122 令 ） 得） 、 式 （， 帶 入 式 （ 5.314.3sinwtAyi= 021121 =+AcwmA 由以上兩式可得到 21211 42cwmAcwmA=+=或 對(duì)后兩式整理后得系統(tǒng)的固有角頻率方程為 (3.16)0-24+BA 式中： ； 214mcA=21mc= 由式 3.16 可解得兩個(gè)固有角頻率，其中一個(gè)與變速器加長(zhǎng)部分的柔度有關(guān)。在 122 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 大柔度下系統(tǒng)會(huì)在汽車(chē)使用車(chē)速下就產(chǎn)生共振引起大的噪聲和劇烈的振動(dòng)并破壞萬(wàn) 向節(jié)傳動(dòng)的正常工作。提高變速器加長(zhǎng)部分的剛度則可使系統(tǒng)避開(kāi)在這一頻率下的共 振。 對(duì)于帶有橡膠彈性中間支承的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)，其固有角頻率可利用圖 3.1(c)所示的 簡(jiǎn)圖來(lái)確定。該系統(tǒng)的動(dòng)能和勢(shì)能為 )(21232+=ymyEk 232313ccp 系統(tǒng)質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方程為 02311=+ycm 312y0323133 =+yccym 令 ，代人上列力程中并按前述類(lèi)似步驟可求出圖 3.1（c）所示的固有角wtAyiisn 頻率方程為 （3.17）0246CBwA 式中： 第一、二傳動(dòng)軸的質(zhì)量、剛度和撓度；212121ycm、 中問(wèn)支承和萬(wàn)向節(jié)的總質(zhì)量；3 中問(wèn)支承的剛度及位移。yc， 這樣的系統(tǒng)具有三個(gè)固有角頻率，傳動(dòng)軸的角速度與其中任何一個(gè)固有角頻率相 一致時(shí)，都會(huì)引起共振產(chǎn)生。其中一個(gè)最低的固有頻率與中間支承有關(guān)。因此，現(xiàn)代 汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)中間支承的剛度，應(yīng)選擇得不會(huì)由于發(fā)動(dòng)機(jī)的擾動(dòng)而導(dǎo)致在使用車(chē)速 范圍內(nèi)產(chǎn)生共振。 本設(shè)計(jì)中所采用的中間支承如圖 3.3 所示，其特點(diǎn)是，中間傳動(dòng)軸可以通過(guò)軸承 在中間支撐中轉(zhuǎn)動(dòng)；支承軸四周有橡膠襯套，可以改善軸承受力。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 3.3 中間支撐 3.3 十字軸總成的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 3.3.1 萬(wàn)向節(jié)的受力分析 由于十字軸萬(wàn)向節(jié)主、從動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)矩 的作用，在主、從動(dòng)萬(wàn)向節(jié)叉上產(chǎn)生21,T 相應(yīng)的切向力 和軸向力 ，見(jiàn)圖 3.4：21,tF21,aF （3.18）tansi1incos)2/(taco)i/ 1211 2112 +=RTFat 式中： R切向力作用線(xiàn)與萬(wàn)向節(jié)叉軸之間的距離； 轉(zhuǎn)向節(jié)主動(dòng)叉軸之轉(zhuǎn)角；1 轉(zhuǎn)向節(jié)主、從動(dòng)叉軸之夾角。 (a) 初始位置 時(shí)；(b) 主動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)角 時(shí)=021=901 圖 3.4 作用在萬(wàn)向節(jié)叉及十字軸上的力 在十字軸軸線(xiàn)所在的平面內(nèi)并作用于十字軸的切向力與軸向力的合力為 （3.19）tansi2211+RTQ 圖 3.4（a）為主動(dòng)叉軸位于初始位置的受力狀況。此時(shí) 達(dá)到最大值：221,0aF 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 （3.20）sin2/1RTFa 圖 3.4（b）為主動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)角 時(shí)的受力狀況。這時(shí) 均達(dá)最大值：9012atFQ及、 （3.21）tan)2/(cos/1max2aRTFQt= 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 取在發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩下且變速器處于 檔是的轉(zhuǎn)矩和滿(mǎn)載是的驅(qū)動(dòng)車(chē)1T 輪最大附著力矩（ ）的換算轉(zhuǎn)矩兩者中的較小值。8.0 即 。而萬(wàn)向節(jié)工作夾角 ， 。將這Nse234;min1=4mR39 些數(shù)據(jù)代入（3.21）得 NRTFQa 9.21tan)/(7308cos1mx= 3.3.2 十字軸萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)及校核 對(duì)于十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)節(jié)需要計(jì)算其十字軸、萬(wàn)向節(jié)叉、凸緣、十字軸軸承和緊固 件。十字軸萬(wàn)向節(jié)的尺寸取決于十字軸的尺寸，而后者則是根據(jù)它在計(jì)算載荷作用下 無(wú)殘余變形的要求來(lái)確定的。設(shè)計(jì)是對(duì)萬(wàn)向節(jié)可根據(jù)其使用轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、夾角、車(chē)型 以及使用壽命等要求向?qū)I(yè)廠(chǎng)從系列產(chǎn)品中選購(gòu)。 根據(jù) HGC1050 貨車(chē)的載重質(zhì)量為 2.16 ，因此初選滾針軸承型號(hào)為 , t 20/NKI 。萬(wàn)向節(jié)工作夾角 。msdm10,4,221= =4 計(jì)算十字軸軸頸根部見(jiàn)圖 3.5（a）的截面 處的彎曲應(yīng)力 和剪切應(yīng)力 為Aw （3.22）421max3dsQw （3.23）21ax 式中： 十字軸軸頸直徑，mm；1d 十字軸軸頸油道孔直徑，mm；2 力的作用點(diǎn)到軸頸根部的距離，mm。s 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 3.5 十字軸及萬(wàn)向節(jié)叉的計(jì)算用圖 (a) 十字軸；(b) 萬(wàn)向節(jié)叉 十字軸的彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于 ；剪切應(yīng)力應(yīng)不大于 ，由MPa3502 MPa1208 鋼 或 20CrMnTi ， 等低碳合金鋼制造，經(jīng)滲碳淬火處理，表Cr20CrnTi0ArNi1 面硬度 。658HR 將已知數(shù)據(jù)代入（3.22） 、 （3.23）得： PaPasQdw 3502 47.29)-(3w41max =M18 65.8)-(21ax 因此，十字軸的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 3.3.3 十字軸滾針軸承的校核 十字軸滾針軸承中的滾針直徑通常不小于 1.6 ，以免壓碎，而且尺寸差別要m 小，否則會(huì)加重載荷在滾針間分配的不均勻性，公差帶控制在 0.003 以?xún)?nèi)。滾針m 軸承徑向間隙過(guò)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(guò)小 又有可能出現(xiàn)受熱卡住或因贓物阻塞卡住。合適的間隙為 ，滾針軸095. 承的周向總間隙以 為好。滾針的長(zhǎng)度一般不超過(guò)軸頸的長(zhǎng)度，這可使m30.8. 其既具有較高的承載能力，又不致因滾針過(guò)長(zhǎng)發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中。滾針在軸向 的游隙通常不應(yīng)超過(guò) 。4.2 十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力為 （3.24）lFdnj 172 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 為合力作用下一個(gè)滾針?biāo)艿降淖畲筝d荷，有下式確定nF =5440.15N （3.25）iZQFnmax6.4= 式中： 滾針直徑， ；dd3 滾針的工作長(zhǎng)度， ；l 18l 十字軸軸頸直徑。1 因此 MpaMpalFdjnj 32029.10)(2721 =+= 滾針軸承的許用載荷檢驗(yàn)按下式進(jìn)行： （3.26）31maxtan79giZdlQ 式中： 滾針數(shù)， ；Z26Z 滾針的直徑和工作長(zhǎng)度， ；ld, 發(fā)動(dòng)機(jī)在最大轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速， ；tn min/20rnt 自發(fā)動(dòng)機(jī)至萬(wàn)向節(jié)間的變速機(jī)構(gòu)的低檔傳動(dòng)比， ；1gi 3.51=g 萬(wàn)向節(jié)工作夾角， 。=4NinZdlNQgt 89.3725a79Q 7.304831maxmax= 因此十字軸滾針軸承滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 3.3.4 萬(wàn)向節(jié)叉的設(shè)計(jì)及校核 萬(wàn)向節(jié)叉在 力作用下承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，在截面 B-B 處，見(jiàn)圖 3.5(b)的彎max 曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 分別為wt （3.27）WeQwmax （3.28）tt 式中： 抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù)，對(duì)于矩形截面：tW, ；對(duì)于橢圓形截面：22,6/khbbt= 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 ；5/16/,10/ 222hbWbht= 矩形截面的高及寬或橢圓形截面的長(zhǎng)、短軸；bh, 與 有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)表 3.3。k/ 表 3.3 的關(guān)系bh/ h/b 1.0 1.5 1.75 2.0 2.5 3.0 4.0 10 k 0.208 0.231 0.239 0.246 0.258 0.267 0.282 0.312 見(jiàn)圖 3.5(b)。ae, 萬(wàn)向節(jié)叉由中碳鋼 35，40，45 或中碳合金鋼 制造，其彎曲應(yīng)力CrNiMoA40 不應(yīng)大于 5080 ，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 不應(yīng)大于 80160 。合應(yīng)力為wMPatPa （3.29）2tw 取 mekmhb 0,15,23.0,45,30= 根據(jù)截面關(guān)系知； （3.30）322156/4/bhW （3.31）.903.kt = 由式（3.27） 、 （3.28） 、 （3.30） 、 （3.31）得： MPaPaeQw 805 74.6wmax Wtt 1639t= 因此，通過(guò)各方面的計(jì)算與校核承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷滿(mǎn)足