　　　汽车的万向传动轴是由传动轴、万向节两个主要部件联接而成，在长轴距的车辆中还要加装中间支承。万向传动轴主要用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。在本世纪初万向节与传动轴的发明与使用，在汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。随着汽车工业的发展，现代汽车对万向节与传动轴的效率、强度、耐久性和噪声等性能方面的设计及计算校核要求也越来越严格。本毕业设计将依据现有生产企业在生产车型(CA1041)的万向传动装置作为设计原型。在给定整车主要技术参数以及发动机、变速器等主要总成安装位置确定的条件下，对整车结构进行了分析，确定了传动轴布置方案，采用两轴三万向节带中间支承的布置形式。在确定了传动方案后，对传动轴、万向节总成、中间支承总成进行设计，使该总成能够在正常使用的情况及规定的使用寿命内不发生失效。　　

关键字：传动轴；万向节；中间支承；设计；校核 The universal drive shaft of automotive is composed of transmission shaft and cardin joint. The main function of the universal drive shaft is to transmitting torque and rotation movement between two shafts whose relative position is variation in the working process. At the beginning of this century the transmission shaft and cardin joint play an important role in the development of automobile industry. As the development of automobile industry, the automobile demand that the design and verification of transmission shaft and cardin join stricter in the efficiency, intension, durability and noise performance. This graduation design chooses existing production business enterprise of basis is producing the car type(CA1041) of ten thousand to spread to move to equip the conduct and actions design prototype. Under the conditions of the main technical parameters of the given vehicle, installation location of engine, transmission and other major assembly are determined , the structure of the vehicle is analysised, the transmission shaft layout program is determined. Two shaft-three cardin joints is adapted. After determining the transmission options, the right drive shaft and universal joint assembly, intermediate bearing assembly is designed, so that the assembly can be used in normal situations and the life within no failure.

目　　录

摘要I

Abstract II

第1章绪论1

1.1选题的目的和意义1

1.2国内外研究现状、发展趋势1

1.3研究内容及方法2

1.3.1传动轴方案的选择及主要参数的确定2

1.3.2万向节类型的选择2

1.3.3十字轴式万向节的结构分析2

1.3.4万向节总成主要参数的确定与校核3

1.3.5中间支承的设计与校核3

第2章传动轴总成的设计5

2.1万向传动轴总体概述5

2.2传动布置型式的选择5

2.3传动轴断面尺寸的确定与强度校核6

2.3.1传动轴的运动分析6

2.3.2传动轴断面尺寸的计算与校核9

2.4主传动轴滑动花键的设计12

2.5中间传动轴花键的设计15

2.6本章小结17

第3章万向节总成的设计18

3.1万向节类型的选择18

3.2十字轴式万向节的结构分析19

3.3万向节的受力分析20

3.3.1单十字轴万向节的受力分析20

3.3.2双十字轴万向节传动22

3.3.3多十字轴万向节传动23

3.4万向节总成主要参数的确定与校核24

3.4.1十字轴24

3.4.2滚针轴承26

3.5联接元件的设计29

3.5.1联接螺栓29

3.5.2万向节叉31

3.6十字轴总成的润滑32

3.7本章小结33

第4章中间支承的设计34

4.1中间支承的结构分析与选择34

4.2轴承的选取35

4.3本章小结37

结论38

参考文献39

致谢40

　　　随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为发展趋势，对汽车节能、舒适与轻量化的要求越来越高。而传动轴及万向节的设计装配不良将产生振动和噪声，增添未能估算在内的符加动载荷，还可能导致传动系不能正常运转和早期破坏，万向传动轴是汽车传动系的重要组成部件之一[1]。传动轴选用与设计的合理与否直接影响传动系的传动性能。选用、设计不当会给传动系增添不必要的和设计未能估算在内的附加负荷，可能导致传动系不能正常运转，因此该总成设计是汽车设计中重要的环节之一。

国内外研究现状、发展趋势

传动轴普遍采用具有较高的强度的薄钢板卷焊而成的空心轴，超重型货车的传动轴则直接采用无缝钢管制成。近年来由于对汽车低能耗，低成本的要求越来越高，汽车必须轻量化，汽车变得更易产生振动和噪声。因此对传动系重要组成部分万向节振动特性必须进行分析[2]。目前国内外都将以NVH(噪音，振动，啸声)为设计目标，为了满足这类要求，汽车制造厂对该总成的设计要求越来越严格。随着Matlabl软件　　　在汽车行驶过程中，由于发动机的振动及不平路面的冲击等因素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，故两根轴不能刚性地连接，而必须采用一般由两个十字轴万向节和传动轴组成的万向传动装置。在变速器与驱动桥之间距离较远的情况下，应将传动轴分成两段，并用三个十字轴式万向节连接起来，且在中间传动轴后端加装中间支承。

　　　根据给定的发动机功率、变速器最大传动动比、主速器传动动比计算出最大剪应力和弯曲应力，选取钢材的材料并查得其屈服极限，传动轴临界转速的校核。

万向节类型的选择

　　　对万向节类型及其结构进行分析，并结合（CA1041）技术要求选择合适的万向节类型。考虑到本毕业设计所针对的车型为中轻型货车，对其万向传动轴的设计应满足：制造加工容易、成本低，工作可靠承载能力强，使用寿命长，结构简单，调整维修方便等要求，本设计选用十字轴式万向节，带中间支承的两段式传动轴。

十字轴式万向节的结构分析

　　　十字轴式万向节的基本构造，一般由一个十字轴、两个万向节叉、和滚针轴承等组成。两个万向节叉上的孔分别松套在十字轴的两对轴颈上。为了减少磨擦损失，提高效率，在十字轴的轴颈处加装有由滚针和套筒组成的滚针轴承。然后，将套筒固定在万向节叉上，以防止轴承在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，又可绕十字轴中心在任意方向摆动。目前，最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[4]。

万向节总成主要参数的确定与校核

　　1、十字轴

　　　十字轴万向节的损坏形式主要是十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈的滚针轴承帽工作表面出现压痕和剥落。一般情况下，当磨损或压痕超过0.15mm时便应报废。十字轴主要失效形式是轴颈根部断裂，所以设计时应保证该处有足够的抗弯强度。

　　2、十字轴滚针轴承

　　　滚针轴承的结构分析：汽车万向节用滚针轴承的结构型式较多，但就滚针来说、主要有三种型式：锥头滚针、平头滚针及圆头滚针。为了防止在运输及安装过程中掉针，国内的协作配套厂家大多都采用锥头滚针[5]。这种结构的轴承除滚针端头为圆锥形外，还多了一个挡针圈并且在外圈滚道与底道之间加工出基底凹槽，滚针圆锥头靠挡针圈及外圈基底凹槽挡住，从而避免了径向掉针。

　　3、联接螺栓

在发动机前置后驱动的汽车中，连接变速器与驱动桥之间的传动轴是靠万向节叉与驱动桥或变速器的法兰盘组成的联轴器来传递转矩的，由于螺栓联接工作时即承受剪切力又承受轴向力，所以需校核抗拉强度，抗剪强度和抗挤压强度。传动轴总成的设计

万向传动轴总体概述

　　　万向传动轴是汽车传动系的重要组成部件之一。传动轴选用与设计的合理与否直接影响传动系的传动性能。选用、设计不当会给传动系增添不必要的和设计未能估算在内的附加负荷，可能导致传动系不能正常运转..。

传动轴是将发动机输出的转知经分动器传递给前驱和后驱的传动机构，转速达3000~7000r/min,振动是传动轴总成设计需考虑的首要问题。尽管采取涂层技术来减小滑移阻力，但产生的滑移阻力仍为等速万向节的10~40倍，而滑移阻力将产生振动。为选型设计提供依据，传动轴分为CJ+CJ型、BJ+BJ型（靠花键产生滑移)BJ+DOJ型、BJ+TJ型、BJ+LJ型5种类型。

传动布置型式的选择

　　　万向节传动轴是汽车传动系的重要组成部件之一。传动轴选用与设计布置的合理与否直接影响传动系的传动性能。选用与布置不当会给传动系增添不必要的和设计未能估算在内的附加动负荷，可能导致传动系不能正常运转和早期损坏。

　　　车辆的万向节传动，主要应用于非同心轴间和工作中相对位置不断改变的两轴之间的动力传递。装在变速器输出轴与前后驱动桥之间。变速器的动力输出轴和驱动桥的动力输入轴不在一个平面内。有的装载机在车桥与车架间装有稳定油缸、铰接式装载机在转向时均会使变速箱与驱动桥之间的相对位置和它们的输出、输出入轴之间的夹角不断发生变化。这时常采用一根或多根传动轴、两个或多个十字轴万向节的传动[7]。图2.1为用于汽车变速箱与驱动桥之间的不同万向传动方案。

轻型商用车传动轴及万向节设计.gif

三维装配图.png

十字轴总成图.gif

内容简介：: SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名田宇系部汽车工程系专业、班级车辆工程 B05-18指导教师姓名苏清源职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称轻型商用车传动轴及万向节设计一、设计（论文）目的、意义随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为发展趋势。而传动轴及万向节的设计装配不良将产生振动和噪声，因此该总成设计是汽车设计中重要的环节之一。本题是依据现有生产企业在生产车型的万向传动装置作为设计原型，在给定变速器输出转矩、转速及发动机和主减速器安装位置等条件下，学生独立设计出符合要求的万向传动装置，着重设计计算万向节的结构参数及对其进行了校核计算。在对各种结构件进行了分析计算后，绘制出该总成装配图及主要零件的零件图。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）依据现有生产企业在生产车型的万向传动装置作为设计原型，在给定变速器输出转矩、转速及发动机和主减速器安装位置等条件下，独立设计出符合要求的万向传动装置，着重设计计算万向节的结构参数及对其进行了校核计算。对汽车万向传动轴的运动特性，技术难题，制造工艺，使用寿命影响因素，失效形式，进行深入系统的分析。在设计过程中避免振动，传动动轴断裂，十字轴折断，及滚针轴承过早损坏等问题。运用传统设计方法完成对传动轴的计算校核，传动轴滑动花键的设计计算。万向节叉及十字轴的计算校核。利用相关书籍资料完成对十字轴滚针轴承的设计及校核，传动轴滑动花键和万向节的润滑方案的选择与设计。三、设计（论文）完成后应提交的成果（一）计算说明部分1、十字轴万向节的计算及校核；2、传动轴的计算及校核；3、重要零部件的校核；4、设计计算说明书（二）图纸部分1、整体装配图A0 一张；2、传动轴主要零件图合计A0一张；3、中间支撑等零件图合计A0一张；4、应用软件（pro/e等）装配。四、设计（论文）进度安排1、第一周第三周 3月02日3月22日调研、开题报告、文献综述2、第四周第六周 3月23日4月12日传动轴的设计计算3、第七周第八周 4月13日4月26日万向节的设计计算4、第九周第十周 4月27日5月10日完成装配图5、第十一周第十二周 5月11日5月24日完成零件图6、第十三周第十四周 5月25日6月07日完成设计说明书7、第十五周 6月08日6月14日审查图纸、计算及设计说明书8、第十六周 6月15日6月21日修改图纸、计算及设计说明书9、第十七周 6月22日6月28日毕业答辩五、主要参考资料01 卢曦,周萍,孙跃东.汽车等速万向节的现状与发展J.机械设计与制造,2002,6 .02 吴修义.汽车万向节传动轴的选择和应用.J.重型汽车,1999.6.03 李科,何志兵,沈海.等速万向节总成的设计方法J.轴承,2006.9.04 任少云,朱正礼,张建武.双十字轴万向节传动力学建模与仿真J.上海交通大学学报,2004.11.05 何西冷.万向节机构的运动学分析J.起重运输机械,2001.6.06 李仕清,张波.万向节砖正确润滑J.AUTO MAINTENANCE,2000.12.07 康健，管迪华.万向节运动传递非等速特性研究J.清华大学学报(自然科学版). 1999年,第39卷,第8期.08 刘惟信汽车设计M北京：清华大学出版社.09 华同曙,沈雪瑾,陈晓阳.虎克万向节节叉轴承滚针的凸度设计J.华南理工大学学报(自然科学版).2006.7.10 吴家洲,吴波,杨叔子.球笼式万向节快速设计CAD系统研究J.机床与液压.2001.6.11 肖生发.伍德荣.一种新型等速万向节的设计J.机械工程师.2002.7.12 李丽,顾力强.碳纤维复合材料传动轴临界转速分析J.汽车工程.2005.6.13 徐灏机械设计手册第3卷,第4卷M 北京:机械工业出版社会,1991.914 陈家瑞汽车构造M 北京机械工业出版社,2001.6.15 曹智军.十字万向节油脂泄漏高速试验台设计J.仪器仪表学报.2004.8.16 李仕清,张波.万向节砖正确润滑J.AUTO MAINTENANCE,2000.12.17 吴家洲,吴波,杨叔子.球笼式万向节快速设计CAD系统研究J.机床与液压,2001.6.18 龚微寒,汽车现代设计制造M,人民交通出版社,2001.6.19 诸文农.底盘设计M.机械工业出版社,1999.8.20 五之煦,许杏根.机械设计手册M.机械工业出版社,2001.6.21 仇世侃, 刘卷苍. 单十字轴万向节不等速速比详解互证J. 汽车技术 , 2008,(08)22 Wangxiang Qianchao Company Ltd. A New Process of Universal Joint Bearings to Reduce Angular Clearance of Steering Shaft Automobile Technology 2005，（06）23 SDept. of mechanical Eng

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