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载重6.5t中型货车万向节与传动轴设计【优秀课程毕业设计+含7张CAD图纸+带开题报告+34页加正文1.39万字】

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关键词：: 载重中型货车万向节传动轴设计中型货车万向节传动轴

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载重6.5t中型货车万向节与传动轴设计【优秀课程毕业设计+含7张CAD图纸+带开题报告+34页加正文1.39万字】

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摘要

万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还需加装中间支承。本设计主要研究中型货车变速器与驱动桥之间的万向传动装置。该设计是以万向传动装置的结构与工作原理为基础，采用有限元分析、理论研究与实际研究、定性与定量分析等方法计算出较为合理的万向节与传动轴结构。并用文字叙述与图表说明相结合的方法阐述了万向传动装置的构造及所选基本尺寸，然后计算了万向节的转矩，对十字轴上的力以及十字轴颈根部的弯曲应力和切应力进行强度校核，其中应用有限元分析的方法对中间传动轴进行应力分析，并绘制出了传动轴的受力云图。对十字轴滚针轴承进行接触应力和滚针所能承受的最大载荷的计算，以适合十字轴的使用；对万向节叉与十字轴连接支承时产生的作用反力，对其万向节叉承受弯曲和扭矩载荷进行校核，以达到使用强度。确保其在正常使用的情况下，拥有更长的使用寿命。

关键词：中型货车；万向传动装置；十字轴式万向节；伸缩花键

Abstract

Universal transmission device is generally composed by universal and shaft, and sometimes it also needs to install middle supporting. This design mainly studies about the medium van’s transmission and the universal transmission between axles.It is based on universal transmission device structure and working principle, and calculates the universal shaft and the reasonable structure by finite element analysis, theoretical research , practical research, the qualitative and quantitative analysis. Use text and illustrations method combining describes the structure ,universal transmission device and selected basic dimensions. Then calculate the torque, and compare the bending stress and shear stress intensity of universal shaft and the roots of the neck. Use application of the finite element analysis method in stress analysis of intermediate shaft transmission and mapped the stress contours. The cross axis needle bearing on contact stress and needle roller can withstand the maximum load calculation for the use of spiders. Compare the cardan shaft supporting the role of the reverse force, cardan sustaining bending and torque load test, in order to achieve intensity. To ensure the service life be longer by normal use in the circumstances.

Key words: medium truck；universal driving device；cardan universal joint；slip join

绪论 1

1 万向传动装置结构方案分析 2

1.1 中型货车主要参数选择 2

1.2 总体设计方案 2

1.2.1 传动轴管选择 4

1.2.2 伸缩花键的选择 4

1.2.3 万向节分析 5

1.2.4 中间支承结构分析与设计 6

2 万向节的分类 8

2.1 不等速万向节 8

2.2 准等速万向节 9

2.3 等速万向节 9

3 万向节的设计与强度校核 10

3.1 万向节结构与尺寸设计 10

3.1.1 基本构造与基本原理 10

3.1.2 确定十字轴尺寸 10

3.1.3 十字轴万向节的传动效率 11

3.2 万向节强度校核 11

3.2.1 十字轴万向节运动和受力分析 11

3.2.2 十字轴万向节传动的附加弯矩和惯性力矩 12

3.2.3 十字轴万向节传动的弯曲应力与剪切应力 15

4 万向传动轴设计及强度校核 18

4.1 传动轴的临界转速 18

4.2 传动轴长度选择 21

4.3 传动轴管内外径确定 22

4.4 传动轴扭转强度校核 22

4.5 花键内外径确定 22

4.6 花键挤压强度校核 23

5 基于CATIA的有限元分析 25

5.1 设计零件模型 25

5.2 生成静态分析 25

6 技术与经济性分析 27

结论 28

参考文献 29

滑动叉.gif

十字轴.gif

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中间传动轴.gif

中间传动轴装配图.gif

主传动轴.gif

主传动轴装配图.gif

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致谢 30

内容简介：: 辽宁工程技术大学本科毕业设计开题报告题目中型货车万向节与传动轴设计指导教师任兰柱院（系、部）机械学院车辆工程系专业班级汽车 06 学号 0607130130 姓名邹伟日期 2010 教务处印制 1 一、选题的目的、意义和研究现状义：随着汽车行业的日渐成熟，特别是近几十年来汽车工业大发展以来，汽车行业对世界经济的发展和人类社会的进步产生了巨大影响。现今生活中的汽车的普及极大的扩大了人们的活动范围也加快的人们的生活节奏。因此，汽车成为了人类生活中不可或缺的一部分。如今，汽车的设计要求提高汽车的技术水平，使其承载能力更强，动力性更好，污染更少使用性能更好，更安全，更可靠，更经济舒适。本设计的研究对象是中型货车的万向传动装置，其作为汽车传动系统中的重要部件，零件的结构方案、材料的选择、所受力的分析是本文探讨设计的重点。万向传动装置一般由万向节和轴管及伸缩花键等零部件所组成，对于轴距较长的车辆，为了使传动轴的临界转速得到提高，并且为了避免共振，还需要装有中间支承。万向传动装置在汽车上应用的比较广泛，主要功用是使工作过程中相对位置不断变化的两根轴之间传递转矩和旋转运动。在发动机前置后轮驱动的汽车上，万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间；而前置发动机前轮驱动的汽车省略了传动轴，万向节安装在前桥半轴与车轮之间。在万向传动装置的工作过程中，输出轴绕自身轴的旋转的动力来源是由输入轴绕其轴的旋转提供的。为满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化。万向节允许被连接的零件之间存在相应的夹角并在一定范围内变化。按万向节在扭转方向上是否有明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节又可分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节三种。（ 1）不等速万向节十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为 15 20。十字轴式万向节由一个十字轴，两个万向节叉和四个滚针轴承等组成。两万向节叉 1和 3上的孔分别套在十字轴 2的两对轴颈上。这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动，这样就适应了夹角和距离同时变化的需要。在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承 5，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。为了润滑轴承，十字轴上一般安有注油嘴并有油路通向轴颈。润滑油可从注油嘴注到十字轴轴颈的滚针轴承处。 2 （ 2）准等速万向节常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。双联式万向节实际上是一套将传动轴长度减缩至最小的双十字轴式万向节等速传动装置，双联叉相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉。在当输出轴与输入轴的交角较小时，处在圆弧上的两轴轴线交点离上述中垂线很近，使得 1 与 2 的差很小，能使两轴角速度接近相等，所以称双联式万向节为准等速万向节。（ 3）等速万向节目前轿车上常用的等速万向节为球笼式万向节，也有采用球叉式万向节或自由三枢轴万向节的。输入轴和输出轴以始终相等的瞬时角速度传递的万向节，既称之为等速万向节。二、研究方案及预期结果 3 （设计方案或论文主要研究内容、主要解决的问题、理论、方法、技术路线及论文框架等）主要解决问题：（ 1）当前较为常见的万向节根据不同的要求有哪些分类。（ 2）每种万向节的特点及其适用哪些车辆。（ 3）对十字轴万向节进行参数确定以及强度校核，以适应其工作环境，并达到一定的使用强度和使用寿命。论：本论文采用理论研究与实际研究、定性与定量分析、文字叙述与图表说明相结合的方法，对研究对万向传动轴运动情况进行了分析，确定出万向节的转矩，并对十字轴上的力以及十字轴颈根部的弯曲应力和切应力进行校核。保证使其在正常使用时，拥有更长的使用时将。对十字轴滚针轴承进行接触应力和滚针所能承受的最大载荷的计算，以适合十字轴的使用；对万向节叉与十字轴连接支承时产生的作用反力，对其万向节叉承受弯曲和扭矩载荷进行校核，以达到使用强度。万向传动轴设计应满足的要求：（ 1) 能可靠传递动力，当两轴的相对位置在预计的范围内变动时。（ 2）保证传动尽可能同步，两轴的转速尽可能一样。（ 3）振动噪音以及附加载荷（万向节传动引起的）在允许范围内。（ 4）效率高，使用寿命长。（ 5) 结构简单、制造方便、维修容易。典型的十字轴万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。学习研究汽车构造、汽车理论、汽车设计、材料力学、理论力学等相关课程，深入了解万向传动装置的结构及工作原理，为毕业设计打下坚实的理论基础。（ 1）先阅读大量关于汽车万向传动装置的理论文献，打好理论基础。后在老师的指导下，明确总体方案设计。（ 2）通过图书馆查阅相关文献、工具书、网络资源搜索等方法收集相关资料比整理以备查阅。（ 3）通过分析研究后完成图纸绘制并撰写成论文。 4 汽车在行驶过程中，由于发动机的振动及不平路面的冲击等因素影响，会引起弹性悬架系统的振动，使变速器的输出轴和驱动桥的输入轴相对位置经常变化，采用万向传动装置可实现两轴之间的动力传递。 0 号纸说明书 1 份 40000 字左右题名、作者、中英文摘要、引言、正文、技术与经济性分析、结论、参考文献。正文： 1 万向传动装置结构方案分析 2 万向节分类 3 万向节的设计与强度校核 4 万向传动轴的设计及强度校核 5 基于有限元分析三、研究进度第 1：毕业实习，熟悉相关资料和参考图第 3：编写开题报告及万向传动装置总体方案设计第 5：确定万向节基本参数和主要结构尺寸设计第 7：传动轴尺寸设计计算第 9：绘制万向节与传动轴的总装配图第 11：绘制万向节与传动轴零件图第 13：编写说明书第 15：修改说明书及准备答辩 5 四、主要参考文献 1 王望予 M械工业出版社 2 羊拯民 M. 北京：人民交通出版社， 3 陈家瑞 M机械工业出版社， 4 孙志礼，冷兴聚 ,魏延刚 ,曾海泉 . 机械设计 M. 第 1版 2000. 5 习天录，苏俊华 . 十字轴万向节串联轴系传动特性研究 J 2003. 6 刘惟信 M机械工业出版社， 7 M1997. 8 巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波计 M学出版社， 9 韩正铜，王天煜 M中国矿业大学出版社 ,2007. 10 10189， 2000 汽车用等速万向节及其总成 S 11 3232承齿轮 S 12 张武农 J2001,9(4). 五、指导教师意见指导教师签字： I 摘要万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还需加装中间支承。本设计主要研究中型货车变速器与驱动桥之间的万向传动装置。该设计是以万向传动装置的结构与工作原理为基础，采用有限元分析、理论研究与实际研究、定性与定量分析等方法计算出较为合理的万向节与传动轴结构。并用文字叙述与图表说明相结合的方法阐述了万向传动装置的构造及所选基本尺寸，然后计算了万向节的转矩，对十字轴上的力以及十字轴颈根部的弯曲应力和切应力进行强度校核，其中应用有限元分析的方法对中间传动轴进行应力分析，并绘制出了传动轴的受力云图。对十字轴滚针轴承进行接触应力和滚针所能承受的最大载荷的计算，以适合十字轴的使用；对万向节叉与十字轴连接支承时产生的作用反力，对其万向节叉承受弯曲和扭矩载荷进行校核，以达到使用强度。确保其在正常使用的情况下，拥有更长的使用寿命。关键词：中型货车；万向传动装置；十字轴式万向节；伸缩花键 is by it to s is on by of of of in of on of of in to To be by in 目录绪论 . 错误 !未定义书签。 1 万向传动装置结构方案分析 . 错误 !未定义书签。型货车主要参数选择 . 错误 !未定义书签。体设计方案 . 错误 !未定义书签。动轴管选择 . 错误 !未定义书签。缩花键的选择 . 错误 !未定义书签。向节分析 . 错误 !未定义书签。间支承结构分析与设计 . 错误 !未定义书签。 2 万向节的分类 . 错误 !未定义书签。等速万向节 . 错误 !未定义书签。等速万向节 . 错误 !未定义书签。速万向节 . 错误 !未定义书签。 3 万向节的设计与强度校核 . 错误 !未定义书签。向节结构与尺寸设计 . 错误 !未定义书签。本构造与基本原理 . 错误 !未定义书签。定十字轴尺寸 . 错误 !未定义书签。字轴万向节的传动效率 . 错误 !未定义书签。向节强度校核 . 错误 !未定义书签。字轴万向节运动和受力分析 . 错误 !未定义书签。字轴万向节传动的附加弯矩和惯性力矩 . 错误 !未定义书签。 4 字轴万向节传动的弯曲应力与剪切应力 . 错误 !未定义书签。 4 万向传动轴设计及强度校核 . 错误 !未定义书签。动轴的临界转速 . 错误 !未定义书签。动轴长度选择 . 错误 !未定义书签。动轴管内外径确定 . 错误 !未定义书签。动轴扭转强度校核 . 错误 !未定义书签。键内外径确定 . 错误 !未定义书签。键挤压强度校核 . 错误 !未定义书签。 5 基于有限元分析 . 错误 !未定义书签。计零件模型 . 错误 !未定义书签。成静态分析 . 错误 !未定义书签。 6 技术与经济性分析 . 错误 !未定义书签。结论 . 错误 !未定义书签。参考文献 . 错误 !未定义书签。致谢 . 错误 !未定义书签。附录 A 译文 . 错误 !未定义书签。附录 B 外文文献 . 错误 !未定义书签。附录 C 传动轴静态结构力分析 . 错误 !未定义书签。 I 学科门类：单位代码：毕业设计说明书（论文）中型货车万向节与传动轴设计生姓名所学专业班级学号指导教师二 *年题报告一、选题的目的、意义和研究现状随着汽车行业的日渐成熟，特别是近几十年来汽车工业大发展以来，汽车行业对世界经济的发展和人类社会的进步产生了巨大影响。现今生活中的汽车的普及极大的扩大了人们的活动范围也加快的人们的生活节奏。因此，汽车成为了人类生活中不可或缺的一部分。如今，汽车的设计要求提高汽车的技术水平，使其承载能力更强，动力性更好，污染更少使用性能更好，更安全，更可靠，更经济舒适。本设计的研究对象是中型货车的万向传动装置，其作为汽车传动系统中的重要部件，零件的结构方案、材料的选择、所受力的分析是本文探讨设计的重点。万向传动装置一般由万向节和轴管及伸缩花键等零部件所组成，对于轴距较长的车辆，为了使传动轴的临界转速得到提高，并且为了避免共振，还需要装有中间支承。万向传动装置在汽车上应用的比较广泛，主要功用是使工作过程中相对位置不断变化的两根轴之间传递转矩和旋转运动。在发动机前置后轮驱动的汽车上，万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间；而前置发动机前轮驱动的汽车省略了传动轴，万向节安装在前桥半轴与车轮之间。在万向传动装置的工作过程中，输出轴绕自身轴的旋转的动力来源是由输入轴绕其轴的旋转提供的。为满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化。万向节允许被连接的零件之间存在相应的夹角并在一定范围内变化。按万向节在扭转方向上是否有明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节又可分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节三种。（ 1）不等速万向节十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为15 20。十字轴式万向节由一个十字轴，两个万向节叉和四个滚针轴承等组成。两万向节叉 1和 3上的孔分别套在十字轴 2的两对轴颈上。这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动，这样就适应了夹角和距离同时变化的需要。在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承 5，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。为了润滑轴承，十字轴上一般安有注油嘴并有油路通向轴颈。润滑油可从注油嘴注到十字轴轴颈的滚针轴承处。（ 2）准等速万向节见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。双联式万向节实际上是一套将传动轴长度减缩至最小的双十字轴式万向节等速传动装置，双联叉相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉。在当输出轴与输入轴的交角较小时，处在圆弧上的两轴轴线交点离上述中垂线很近，使得 1 与 2 的差很小，能使两轴角速度接近相等，所以称双联式万向节为准等速万向节。（ 3）等速万向节目前轿车上常用的等速万向节为球笼式万向节，也有采用球叉式万向节或自由三枢轴万向节的。输入轴和输出轴以始终相等的瞬时角速度传递的万向节，既称之为等速万向节。二、研究方案及预期结果（设计方案或论文主要研究内容、主要解决的问题、理论、方法、技术路线及论文框架等）（ 1）当前较为常见的万向节根据不同的要求有哪些分类。（ 2）每种万向节的特点及其适用哪些车辆。（ 3）对十字轴万向节进行参数确定以及强度校核，以适应其工作环境，并达到一定的使用强度和使用寿命。论：本论文采用理论研究与实际研究、定性与定量分析、文字叙述与图表说明相结合的方法，对研究对万向传动轴运动情况进行了分析，确定出万向节的转矩，并对十字轴上的力以及十字轴颈根部的弯曲应力和切应力进行校核。保证使其在正常使用时，拥有更长的使用时将。对十字轴滚针轴承进行接触应力和滚针所能承受的最大载荷的计算，以适合十字轴的使用；对万向节叉与十字轴连接支承时产生的作用反力，对其万向节叉承受弯曲和扭矩载荷进行校核，以达到使用强度。万向传动轴设计应满足的要求：（ 1) 能可靠传递动力，当两轴的相对位置在预计的范围内变动时。（ 2）保证传动尽可能同步，两轴的转速尽可能一样。（ 3）振动噪音以及附加载荷（万向节传动引起的）在允许范围内。（ 4）效率高，使用寿命长。（ 5) 结构简单、制造方便、维修容易。典型的十字轴万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。习研究汽车构造、汽车理论、汽车设计、材料力学、理论力学等相关课程，深入了解万向传动装置的结构及工作原理，为毕业设计打下坚实的理论基础。（ 1）先阅读大量关于汽车万向传动装置的理论文献，打好理论基础。后在老师的指导下，明确总体方案设计。（ 2）通过图书馆查阅相关文献、工具书、网络资源搜索等方法收集相关资料比整理以备查阅。（ 3）通过分析研究后完成图纸绘制并撰写成论文。汽车在行驶过程中，由于发动机的振动及不平路面的冲击等因素影响，会引起弹性悬架系统的振动，使变速器的输出轴和驱动桥的输入轴相对位置经常变化，采用万向传动装置可实现两轴之间的动力传递。 0号纸说明书 1 份 40000字左右题名、作者、中英文摘要、引言、正文、技术与经济性分析、结论、参考文献。正文： 1 万向传动装置结构方案分析 2 万向节分类 3 万向节的设计与强度校核 4 万向传动轴的设计及强度校核 5 基于三、研究进度 V 第 1业实习，熟悉相关资料和参考图第 3写开题报告及万向传动装置总体方案设计第 5确定万向节基本参数和主要结构尺寸设计第 7动轴尺寸设计计算第 9绘制万向节与传动轴的总装配图第 11绘制万向节与传动轴零件图第 13编写说明书第 15：修改说明书及准备答辩四、主要参考文献 1 王望予 M大学：机械工业出版社 2 羊拯民 M. 北京：人民交通出版社， 3 陈家瑞 M机械工业出版社， 4 孙志礼，冷兴聚 ,魏延刚 ,曾海泉 . 机械设计 M. 第 1版 2000. 5 习天录，苏俊华 . 十字轴万向节串联轴系传动特性研究 J 2003. 6 刘惟信 M机械工业出版社， 7 M书出版社， 1997. 8 巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波计 M9 韩正铜，王天煜 M国矿业大学出版社 ,2007. 10 10189， 2000 汽车用等速万向节及其总成 S 11 3232承齿轮 S 12 张武农 J2001,9(4). 五、指导教师意见导教师签字：要万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还需加装中间支承。本设计主要研究中型货车变速器与驱动桥之间的万向传动装置。该设计是以万向传动装置的结构与工作原理为基础，采用有限元分析、理论研究与实际研究、定性与定量分析等方法计算出较为合理的万向节与传动轴结构。并用文字叙述与图表说明相结合的方法阐述了万向传动装置的构造及所选基本尺寸，然后计算了万向节的转矩，对十字轴上的力以及十字轴颈根部的弯曲应力和切应力进行强度校核，其中应用有限元分析的方法对中间传动轴进行应力分析，并绘制出了传动轴的受力云图。对十字轴滚针轴承进行接触应力和滚针所能承受的最大载荷的计算，以适合十字轴的使用；对万向节叉与十字轴连接支承时产生的作用反力，对其万向节叉承受弯曲和扭矩载荷进行校核，以达到使用强度。确保其在正常使用的情况下，拥有更长的使用寿命。关键词：中型货车；万向传动装置；十字轴式万向节；伸缩花键 is by it to s is on by of of of in of on of of in to To be by in 录绪论 . 11 1 万向传动装置结构方案分析 . 12 型货车主要参数选择 . 12 体设计方案 . 12 动轴管选择 . 14 缩花键的选择 . 14 向节分析 . 15 间支承结构分析与设计 . 16 2 万向节的分类 . 18 等速万向节 . 18 等速万向节 . 19 速万向节 . 19 3 万向节的设计与强度校核 . 20 向节结构与尺寸设计 . 20 本构造与基本原理 . 20 定十字轴尺寸 . 20 字轴万向节的传动效率 . 21 向节强度校核 . 22 字轴万向节运动和受力分析 . 22 字轴万向节传动的附加弯矩和惯性力矩 . 23 10 字轴万向节传动的弯曲应力与剪切应力 . 25 4 万向传动轴设计及强度校核 . 29 动轴的临界转速 . 29 动轴长度选择 . 32 动轴管内外径确定 . 32 动轴扭转强度校核 . 32 键内外径确定 . 33 键挤压强度校核 . 34 5 基于有限元分析 . 35 计零件模型 . 35 成静态分析 . 35 6 技术与经济性分析 . 37 结论 . 38 参考文献 . 39 致谢 . 40 11 绪论随着汽车行业的渐成熟，特别是近几十年来汽车工业大发展以来，汽车行业对世界经济的发展和人类社会的进步产生了巨大影响。现今生活中，汽车的普及极大的扩大了人们的活动范围也加快的人们的生活节奏。如今，汽车成为了人类生活中不可或缺的一部分。在过去的几十年中，发达国家一辆新车的零售价上涨了 100%，而个人平均收入只增加了50%。为确保在 2015 年广大人民仍旧能够买得起车并且让制造商有利可图，汽车制造商需要将每辆汽车的制造成本降低 1500 欧元左右。降低成本的措施包括对生产工艺进行简化和标准化，以及生产低成本汽车。现今，汽车的设计的形势要求提高汽车的技术水平，使其承载能力更强，动力性更好，污染更少使用性能更好，更安全，更可靠，更经济舒适。本设计的研究对象是中型货车的万向传动装置，其作为汽车传动系统中的重要部件，零件的结构方案、材料的选择、所受力的分析是本设计探讨设计的重点。万向传动装置一般由万向节和轴管及伸缩花键等零部件所组成，如果是轴距较长的车辆，为了使传动轴的临界转速得到提高和避免共振，还需要装有中间支承。万向传动装置在汽车上应用的比较广泛，主要功用是在工作过程中相对位置不断变化的两根轴之间传递转矩和旋转运动。当车型是发动机前置后驱时，万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间；而前置发动机前轮驱动的汽车省略了传动轴，万向节安装在前桥半轴与车轮之间。在万向传动装置的工作过程中，输出轴绕自身轴的旋转的动力来源是由输入轴绕其轴的旋转提供的。万向节允许被连接的零件之间存在相应的夹角并在一定范围内变化来满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化。本文主要进行 4置后驱中型货车的万向节与传动轴设计。该类车上万向传动装置安装在变速器与驱动桥之间，且两者之间距离较远的情况下，将传动轴分成主传动轴和中间传动轴两端，并用三个十字轴式万向节相连，且在中间传动轴后端加装上中间支撑。 12 1 万向传动装置结构方案分析型货车主要参数选择表 1要参数选择 -1 to 动机最大转矩（ 318Nm 发动机到万向轴之间传动效率（）载状态下一个驱动桥静载荷（ 54498N 变速器一档传动比速器五档传动比减速器传动比轮滚动半径（ m）减速器主动齿轮到车轮之间传动效率 ( m) 车最大加速度时后轴负荷转移系数（）算驱动桥（ n） 1 最大变矩系数（ 3 轴距 3360 前、后轮距 1760、 1610（货车自重重量接离合器所产生的动载荷系数（ 1 体设计方案汽车在行驶的过程中，由于车辆上发动机的振动和行驶路面的不平的冲击等因素引起弹性悬架系统的振动，导致变速器的输出轴和驱动桥的输入轴之间的相对位置经常发生变化，所以两根轴之间不能采用刚性的连接，而一般采用由万向节、轴管及伸缩花键等组成的万向传动装置来连接。其安装在变速器与驱动桥之间，位置如图 1示。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化，使两轴在不同工况下能正常的工作。较为常见的万向节一般由十字轴、滚针轴承和凸缘叉等组成。万向节可保证变速器输出轴与驱动桥输 13 入轴两轴之间夹角的变化，并实现两轴的等角速传动。万向传动轴设计应满足的要求：（ 1) 确保两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠的传递动力。（ 2）保证传动尽可能同步，两轴的转速尽可能一样。（ 3）振动噪音以及附加载荷（万向节传动引起的）在允许范围内。（ 4) 传动效率高，使用寿命长、结构简单、制造方便、维修容易 1。汽车中传动轴的选择可根据车型的不同来选择相应形式的传动轴，车辆中，一般情况下，驱动形式为 4 2 的汽车时所选用传动轴为一根主传动轴。 6 4 驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。 6 6 驱动形式的汽车不仅有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴，而且还有前桥驱动传动轴。在轴距较长的汽车上所选用的传动轴形式是将传动轴分成主传动轴与中间传动轴两段，并且为了提高传动轴临界转速，避免共振以及考虑整车总体布置上的需要，一般情况下在中间传动轴后端安装上中间支承。中间支承是由支承架、轴承和橡胶支承组成。这样，可避免因传动轴过长而产生高转速下的共振，提高了传动轴的工作可靠性。传动轴在工作过程中做高转速运动且少有支撑体，用其来传递角度不断改变的两根轴间的转矩和旋转运动。传动轴在高速旋转时，由于离心力的作用将产生剧烈振动。因此，当传动轴与万向节装配后，必须满足动平衡要求。所以传动轴安装平衡用的平衡片，当平衡后，在万向节滑动叉与主传动轴上刻上装配位置标记，以便拆卸后重新装配时，保持二者的相对角位置不变。本设计所选车型为中型载货汽车，其轴距为 3360且载重量为体参数可由表 1知，所以传动轴选用主传动轴与中间传动轴两段轴，避免由于传动轴过长时固有频率会降低而产生的共振，并加设中间支承。根据货车的整体布置要求，将离合器与变速器，变速器与分动器之间拉开一段距离，考虑到轴与轴同心及车架的变形，决定采用十字轴式万向传动轴，为避免运动干涉，在传动轴中设有由滑动叉和花键轴组成的伸缩节。 14 图 1变速器与驱动桥之间的万向传动装置了使传动轴得到较高的强度和刚度，因此，将传动轴做成空心的传动轴，这样形式的传动轴具有质量较小，成本较低，传递转矩较大的优点，且比实心传动轴具有更高临界转速。万向传动轴的伸缩花键轴结构如图 1示。传动轴惊颤处于高速旋转状态下，传动轴材料的选择可根据机械零件手册选取 40用于重要轴的制造，具有较高的扭转强度。动轴管选择传动轴管由壁厚均匀易平衡、壁薄（ 1.5 ，管径较大、扭转强度高，弯曲刚度大，适于高速旋转的低碳钢薄板卷制的电焊钢管制成。超重型货车的传动轴则直接采用无缝钢管。缩花键的选择伸缩花键选用矩形花键，来补偿由于汽车运动时传动轴两端万向节之间的长度变化。装车时传动轴的伸缩花键一端不应靠近后驱动桥，而应靠近中间支撑，以减小其轴向摩擦力及磨损。，对花键齿进行磷化处理或喷涂尼龙，在花键轴外面加设有防尘罩，间隙小一些，一面引起传动轴的振动。花键齿与键槽按对应标记装配，以保持传动轴总成的动平衡。动平衡的不平衡度由电焊在轴管外的平衡片补偿，装配式，传动轴的伸缩花键一端应靠近变速器，减小其轴向阻力和磨损 2。花键应有可靠地润滑以及防尘措施，且间隙不宜过大，以免引起传动轴振动。内、外花键应对中，为减小键齿摩擦表面间的压力及磨损应使键齿长与其最大直径之比不小于 2。花键齿与键槽应按对应标记装配，以免破坏传动轴总成的动平衡。动平衡的不平衡度由点焊在轴管外表面上的平衡片补偿。 15 图 1向传动轴花键轴结构简图 -2 23456 789101 - 动轴的长度和夹角及它们的变化范围，由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与花键轴有足够的配合长度；而在长度处于最小时，两者不顶死。传动轴夹角大小会影响万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动效率和十字轴的不均匀性。根据车架与轮胎的形变量确定传动轴夹角变化范围为 15 18 之间。向节分析万向节种类繁多，典型的要数十字轴万向节，它一般由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。目前常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式、卡环式、固定式、和塑料环定位式等。盖板式轴承轴向定位方式的一般结构是用螺栓和盖板将套筒。固定在节叉上，并用锁片将螺栓锁紧。它工作可靠、拆装方便，但零件数目较多。有时将盖板点焊于轴承座底部，装配后，弹性盖板对轴承座底部有一定的预，以免高速转动时由于离心力作用，在十字轴端面与轴承底座之间出现间隙而引起十字轴轴向窜动，从而避免了由于这种窜动造成的传动轴动平衡状态的破坏。滚针轴承的润滑和密封好坏直接影响着十字轴万向节的使用寿命。毛毡油封由于漏油多，防尘、防水效果差，在加注润滑油时，在个别滚针轴承中可能出现空气阻塞而造成缺油，已不能满足越来越高的使用要求。结构较复杂的双刃口复合油封，其中反装的单刃口 16 橡胶油封用作径向密封，另一双刃口橡胶油封用作端面密封。当向十字轴内腔注人润滑油时，陈油、磨损产物及多余的润滑油便从橡胶油封内圆表面与十字轴轴颈接触处溢出，不需安装安全阀，防尘、防水效果良好。在灰尘较多的条件下使用时，万向节寿命可显著提高。十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低。但所连接的两轴夹角不宜过大，当夹角由 4增至 16时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1 4。汽车除转向驱动桥及带有摆动半轴的驱动桥的分段式半轴多采用等速万向节外，一般驱动桥传动轴均采用一对十字轴万向节材料选择。材料选择：十字轴常用材料为 20颈表面进行渗碳淬火处理，渗碳深度表面硬度为 8 ，轴颈端面硬度不低于 55 部硬度为3 。万向节叉一般采用 40 或 45 中碳钢，调质处理硬度 8 ，滚针针轴承材料一般采用字轴万向节的损坏形式主演由十字轴周静和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面出现压痕和剥落。一般情况下，十字轴万向节便报废。十字轴的主要失效形式时轴颈根部的断裂，因此应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。间支承结构分析与设计在乘用车上，有时为了提高传动系的弯曲刚度，改善传动系弯曲振动特性，减小噪声需在中间加装中间支撑将传动轴分成两段 3。中间支撑通常安装在车架横梁上或车身底架上，以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及车辆行驶过程中的发动机啊的窜动和车架等变形所引起的位移。目前广泛采用橡胶弹性中间支承，其结构中采用单列滚子轴承，橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动，降低噪声。这种弹性中间支撑不能传递轴向力，它主要承受传动轴因不平衡、偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。中间支承的固有频率可按下式计算 210 （ 1 式中，0 中间支承橡胶弹性元件的径向刚度（ N/ 17 m 为中间支承悬置质量（它等于传动轴落在中间支承上的一部分质量与中间支承轴承及其轴承所承受的质量之和。在设计中间支承时，应合理选择橡胶弹性元件的径向刚度固有频率 n=600f（ r/可能低于传动轴的常用转速范围，以免共振，保证隔振效果好。需用临界转速为 1000于乘用车，取下限。选取 n 为 1800r/中间支承的固有频率依此数据确定时，由于传动轴不平衡引起的共振转速为1000由于万向节上的附加弯矩引起的共振转速为 500r/此，确定00 图 1支架； 234561-U 234- 5- 618 2 万向节的分类万向节种类较多可根据其在扭转方向上是否有明显的弹性，可以将万向节分为刚性万向节和挠性万向节两大类 1。刚性万向节是靠零件的铰链式连接传递动力，而刚性万向节又可分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节三种。挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，其具有结构简单、无需润滑、减振降噪的优点。万向节详细分类如下图 2示：图 2等速万向节十字轴式刚性万向节是最为典型的不等速万向节，并在汽车中得到广泛应用，其允许相邻两轴的最大交角为 15 20。十字轴式万向节由一个十字轴，两个万向节叉和四组滚针轴承等组成。这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在万向节刚性万向节扰性万向节不等速万向节准等速万向节等速万向节十字轴式双联式凸块式三销轴式球面滚轮式球叉式球笼式圆弧槽滚道型式直槽轨道型伸缩型 9 任意方向摆动，这样就适应了夹角和距离同时变化的需要。在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。为了润滑轴承，十字轴上一般安有注油嘴并有油路通向轴颈。润滑油可从注油嘴注到十字轴轴颈的滚针轴承处。等速万向节常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。双联式万向节实际上是一套将传动轴长度减缩至最小的双十字轴式万向节等速传动装置，双联叉相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉。在当输出轴与输入轴的交角较小时，处在圆弧上的两轴轴线交点离上述中垂线很近，能使两轴角速度接近相等，所以称双联式万向节为准等速万向节。速万向节目前轿车上常用的等速万向节为球笼式万向节，也有采用球叉式万向节或自由三枢轴万向节的。输入轴和输出轴以始终相等的瞬时角速度传递的万向节，既称之为等速万向节。等速万向节在转向驱动桥和断开式驱动桥的车轮传动装置中应用较为广泛，常见的类型有球笼式、球叉式、凸块式等。 20 3 万向节的设计与强度校核向节结构与尺寸设计本构造与基本原理由于本设计对象为中型货车的万向节与传动轴，因此，选用十字轴式万向节。十字轴式万向节具有结构简单和传动效率高等优点。为了减少摩擦损失，提高传动效率和使用寿命，在十字轴轴颈和万向节叉孔之间装有由滚针和套筒组成的滚针轴承。现今，常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式、卡环式、瓦盖固定式和塑料环定位式等。本中型货车滚针轴承所选轴向定位为外卡环式，它具有结构简单、工作图 3可靠、零件少和质量小的优点。滚针轴承的润好密封好坏能影响到十字轴万向节的使用性能及寿命。为防止漏油、提高防尘和防水效果，本文选用结构较复杂的双刃口复合油封，在工作条件较差的情况下可显著提高万向节使用寿命。然后，用螺钉和轴承盖将套筒固定在万向节叉上，并用锁片将螺钉锁紧，以防止轴承在图 1字轴尺寸及受力简图离心力作用下从万向节叉内脱出。这样，当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可饶十字轴中心在任意方向摆动。定十字轴尺寸查阅汽车设计等资料，结合其他汽车的十字轴万向节尺寸及表 1定下面的十字表 3向节参数选择字轴轴颈直径 5字轴油道孔直径 8力 r=40针直径针总长度 L=2321 其他参数 e=44； a=24； h=46、 b=23（ h、 b 分别为矩形截面的高和宽的长度）滚针轴承尺寸：表 3针轴承的选择 he of 轴承代号基本尺寸（ b 01D H 1B 8 9 0 21 0 21 0 32 26 2 35 26 5 39 32 2 25 5 13 7 7 25 5 13 32 0 27 5 15 34 0 27 5 15 34 根据已知条件选取滚针轴承：十字轴万向节的传动效率十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角、十字轴的支承结构和材料、加工和装配精度以及润滑条件等有关。当 25时，可按下式计算 ta 0 a 1 10 （ 3 式中， 0 为十字轴万向节传动效率； f 为轴颈与万向节叉的摩擦因数，滑动轴承： 22 0 0 f ，滚针轴承： 0 0 f ；其他符号意义同前。通常情况下，十字轴万向节的传动效率约为 97% 99% 。向节强度校核字轴万向节运动和受力分析本文所选万向传动轴分为主传动轴和中间传动轴两段并由三个万向节相连接，因此运动和受力分析可按多十字轴万向节传动计算 : 多万向节传动的从动叉相对主动叉的转角差（计算公式与单万向节相似，可写成 )(2s 2 e（ 3 式中，e为多万向节传动的当量夹角；为主动叉的初相位角； 1 为主动轴转角。如果同具有夹角为e，而主动叉具有初相位单万向节传动一样。假如多万向节传动的各轴轴线均在同一平面，且各传动轴两端万向节叉平面之间的夹角为零或 /2，则当量夹角e为 232221 e

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