四驱车万向传动装置毕业设计

中华人民共和国教育部 大学 毕 业 设 计设计题目: 四驱 车万向传动装置学 生：指导教师：学 院： 交通学院专 业： 交通运输类（车辆工程） 大学 毕 业 设 计 任 务 书 论 文题目 四驱车万向传动装置 指导教师 专 业 交通运输类 （车辆工程） 学 生 2 1 题目名称：四驱车万向传动装置设 计 课题内容 本题目要求学生利用计算机设计软件完成四 驱车万向传动装置的结构设计，包括各十字轴万向节、传动 轴的设计以及相应零件的计算、校核。 课题要求 1、查阅 相关资料，学习使用相关软件。 2、计算参数，设计结构， 利用计算机辅助设计软件绘图。 3、编写设计说明书。 4、 结构设计合理，图面清晰。 时间安排 2010.12.202011.3.13 调研、查阅万向传动装置设计的资料，撰写开题报告，进行 毕业实习。 2011.3.142011.3.20 开题。 2011.3.21 2011.4.17 计算各项基本数据，绘制草图，利用设计软件绘 出零件图及装配图。 2011.4.182011.4.28 中期考核。毕 业设计应完成总体设计方案、初步计算及总装配图，提供相 应计算结果、方案布置图等材料。 2011.4.282011.5.20 完成设计和论文初稿。 2011.5.212011.5.24 指导教师审 定设计和说明书内容、格式，修改后准备预答辩。 2011.5.25 2011.5.30 设计预答辩。毕业设计应完成所有 设计图纸及设计说明书的全部内容，并提供打印稿，指导教 师审阅并签字。 2011.5.31 2011.6.5 修改设计和说明 书，确定最终装配图、文稿，完善内容、格式，制作电子答 辩演示稿，完成答辩准备。 2011.6.6 2011.6.12 毕业设 计、 论文答辩。 完成工作量: 参考文献篇数： 10 篇以上。 图 纸 张 数：折合 0 图纸3 张，其中至少含 1 张 0 图纸。 说明书字数 ： 不低于 6000 字。 学科 （专业） 负责人意见 签 名： 年 月 日 2 1 万向传动装置的设计 摘 要 本设计主要 是深入学习和研究万向节与传动轴的结构、功能，同时也为 整车装配提供三维图。 因十字轴万向节是应用最为广泛的 万向节，故在设计中选用合适类型的十字轴万向节和传动 轴，进行实物测绘，对数据进行计算校核后，用 CATIA 软 件画出十字万向传动装置的三维立体图形，用 CAD 出图。 设计通过详细的公式计算、准确的绘图、正确的参数选择， 大大缩短了设计的周期，提高了工作效率，对十字万向传动 装置的生产产生一定积极的作用。通过此次设计，熟练掌握 了 CATIA、 CAD 的使用方法， 并将过去所学的知识融会贯通， 了解并掌握工业设计的过程和基本方法，为将来实践中的设 计打下良好基础。 关键词： 十字轴万向节；传动轴；设计 Propeller shaft and Cardan universal joint contrary design Abstract This design has mainly gone deeply into studying the structure and the function of the universal jointand the propeller shaft. Because the cardan universal joint has the most extensive application in the universaljoint I have used the suitable kind of cardan universal joint and propeller shaft and I have had the real objectdrawn and after computed and examined the logarithms I have drawn the 3D stereoscopic sketch of thecardan shaft system with the CATIA softwaresand then used the CAD to have the diagram. The design had adetailed formula calculation an accurate painting and a right parameter choice which shortened the periodof the design consumedly raised the work efficiency and also made an aggressive function to the productionof the cardan shaft system. Through the design I have controlled the operation method of theCATIA CADmasterly have had the knowledge learned in the past integrated and have understood and controlled theprocess and basic method of the industrial design all of which made me lay a good foundation in the designin future.Keywords: Cardan universal joint Propeller shaft Design 目 录摘要 Abstract1 绪 论 11.1 各种万向节简 介 11.1.1 十字轴式刚性万向 节 11.1.2 准等速万向 节 21.1.3 等速万向 节 21.1.4 挠性万向 节 31.2 传动 轴 3 2 十字轴万向传动装置基本参数的确定与校 核52.1 万向节基本 尺寸参数的确定与校 核52.1.1 十 字轴尺寸参数的确定与校 核52.1.2 万向节叉和凸缘螺栓的计 算62. 1.3 十字轴万向节的轴 承 72.2 传动轴和花键基本尺寸参数的确定与校 核82.2.1 花键基本 尺寸参数的确定与校 核82.2.2 主要参数和主要尺寸的确定和校 核93 结 论 10 参考文献附录致谢 万向传动装置 的设计 1 绪论 万向传动装置的应用十分广泛，更是汽车的 重要组成部分， 汽车上任何一对轴线相交且相对位置经常 变化的轴线之间的动力传递， 均需通过万向传动装置。前 置发动机四轮驱动的汽车在行驶过程中， 由于悬架的不断 变形， 变速器与驱动桥的相对位置（高度和距离）也在不 断变化。在他们之间需要用可伸缩的万向传动轴连接。这时 当传动轴的长度小于 1.5m 时常采用两个十字轴万向节和一 根可伸缩的传动轴；万向传动轴应适应所联两轴夹角及相对 位置在一定范围内的不断变化且能可靠而稳定地传递动力， 保证所联两轴能等速旋转， 并且由于万向节夹角而产生的 附加载荷振动及噪声等应在允许范围内， 在使用车速范围 内不应有共振现象。还要求传动效率高，使用寿命长，结构 简单，制造方便及维修容易。最原始的万向节是英国物理学 家 （Robert Hook） 1663 年制造的一个铰接传动装置， 在 虎克把这种装置称为 “万向节”。后来法国人雷诺将万向 节首先用于汽车传动，拉开了万向传动装置在汽车上应用的 序幕。从此万向传动装置成为汽车上不可缺少的重要的部 件。研究万向传动装置对提高汽车的性能具有十分重要的意 义。1.1 各种万向节简介 在发动机前置后驱的汽车上，变 速器与驱动桥通过万向节连接。汽车运行中路面不平产生跳 动，负荷变化或者两个总成安装位置差异，都会使得变速器 输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的夹角和距离发生变 化，这也需要万向节来连接。同样，越野车变速器与分动器 之间，前驱动的可转向驱动桥与半轴之间，也都不能直接刚 性连接，而需要万向节来连接。上述万向节的各种应用如图 1-1 所示： 图 1-1 万向节在汽车上的各种应用 常用的万 向节大体可以分为四类：十字轴式刚性万向节、准等速万向 节、等速万向节、 1 挠性万向节 。1.1.1 十字轴式刚性万 向节 在各种万向节中，使用最为广泛的是十字轴式刚性万 向节，又称为叉式万向节。十字轴式刚性万向节结构简单、 强度高、耐久性好，生产性高，生产成本较低，且传动可靠， 1 效率较高， 目前允许两传动轴之间的交角一般为 15- 20， 在连接角较小时大都使用这种万向节。 因其成本较低， 且传动可靠，普遍应用于各类汽车的传动系中。其缺点是不 等速，并且当连接角较大时，转速的波动很大，从而引起传 动系统的振动和噪声，特别是在四轮驱动汽车中，由于驱动 轮系的增加，万向节使用的数量比较大，问题尤其突出。结 构如图 1-2 所示 1： 图 1-2 十字轴式刚性万向节 1.1.2 准 等速万向节 （1）双联式万向节 双联式万向节是由两个十 字轴式万向节组合而成。 双联式万向节的主要优点是允许 两轴间的夹角较大，轴承密封性好，效率高，工作可靠，制 造方便。缺点是结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。 当应用于转向驱动桥时，由于双联式万向节轴向尺寸较大， 为使主销轴线的延长线与地面交点到轮胎的接地印迹中心 偏离不大， 就必须用较大的主销 1 内倾角 。 （2）凸块式 万向节 凸块式万向节，就运动副来看也是一种双联式万向 节。 它主要由两个万向节叉以及两个特殊形状的凸块组成。 可以保证输入轴与输出轴近似等速。 它工作可靠， 加工简单， 允许的万向节夹角较大。但是由于工作面全为滑动摩擦，所 以效率低，摩擦表面易磨损，且对密封和润滑要求较高。它 主要用于中型上越野车的转向驱动桥 1。 （3）三销轴式万 向节 三销轴式万向节是由双联式万向节演变而来。 它主要 由两个偏心轴叉、两个三销轴和六个滚针轴承组成。三销轴 式万向节允许所连接的两轴最大夹角 45，易于密封。但 其外形尺寸较大，零件形状较复杂，毛坯需要精确模锻。主 动轴一侧需装轴向推力轴承。这种结构目前用于个别中、重 型越野车的转向驱动桥 1。1.1.3 等速万向节 （1）球叉式 万向节 球叉式万向节按其钢球滚道形状不同可分为圆弧槽 和直槽两种形式。圆弧槽型球叉式万向节主要应用于轻、中 型越野车的转向驱动桥中。直槽型球叉式万向节主要应用于 断开式驱动桥中，当半轴摆动时，用它可补偿半轴的长度变 化而省去滑动花键。球叉式万向节的缺点是只有在传力钢球 与滚道之间具有一定的预紧力时，才能保证同步传动的特 性，使用过程中，随着磨损的增加，预紧力逐渐减小。一旦 预紧力消失，两轴叉之间便发生轴向窜动，传动的同步特性 即遭破坏。 （2）球笼式万向节 球笼式等速万向节（亦称 球笼式万向联轴器），是一类容许两相交轴间有较大角位移 的联轴器，它是目前应用最为广泛的等速万向节。球笼式等 速万向节主要由钟形壳、星形 2 套、钢球和保持架（亦称球 笼）构成。固定端具有同步等速性。这种等速万向节无论转 动方向如何，六个钢球全都传递转矩，它可在两轴之间的夹 角达 35-37的情况下工作。球笼式万向节与十字轴式刚 性万向节相比， 具有单节瞬时同步、两轴间角位移大、 效 率高、安装拆卸方便、能承受重载及冲击载荷等突出优点。 但是，球笼式等速万向节因其加工制造精度高、 难度大， 国产球笼式等速万向节由于回转方向间隙原因会产生很大 的噪音和振动，当球笼式等速万向节回转方向间隙过大，内 部零件之间发生干涉时，等速万向节会产生冲击、噪音。此 外，它还会受到其他驱动系的影响产生振动，所以，对大幅 度减少回转方向间隙的要求比较强烈。 （3）三枢轴式万向 节 三枢轴式等速万向节是一种新型的万向节， 有轴间角时 同样具有等速性。 它是一种能够轴向伸缩的联轴节。 当三 枢轴式等速万向节形成活动角传递动力时， 基于内部零件 的相对滑动，产生了摩擦力， 其轴向分力（也即诱发轴向 力）变成了起振力，使车身产生振动。减少振动的最佳方案 是减少等速万向节内部摩擦，主要有两条途径：一是改善润 滑方式，二是减少滑动， 增设滚动零件之类的措施进行结 构的改进。三枢轴式等速万向节具有结构简单、体积小、润 滑好、散热快、承载能力大和工作可靠等优点在国内外被 广泛地应用于汽车前后驱动轴上， 特别在采用轻量化设计 以及在布置上比较困难的中小排量轿车上应 1 用的更多 。 1.1.4 挠性万向节 挠性万向节依靠其中弹性元件的弹性变 形来保证在相交两轴间传动时不发生干涉。挠性万向节能减 小传动系的扭转振动、动载荷和噪声，结构简单，使用中不 需润滑，一般用于两轴间夹角不大和很小轴向位移的万向传 动场合。它常在轿车三万向节传动中，被用来作为靠近变速 器的第一万向节，或在重型汽车中用于发动机与变速器之消 除制造安装误差 1 和车架变形对传动的影响 。 综上所述， 常用万向节类型如下： 图 1-3 万向节的分类 31.2 传动轴 的变化。为减少磨损还装有用以加注滑脂的油嘴、油封、 堵盖和防尘套。传动轴在高速旋转时，由于离心力作用将产 生剧烈震动， 因此传动轴与万向节装配后， 必须满常见的轻、 中型货车中，连接变速器与驱动桥的传动轴部件由传动轴及 其两端焊接的花键轴和万向节差组成。汽车行驶过程中，变 速器与驱动桥的相对位置经常变化，为避免运动干涉传功 轴中设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键连接，以实现传 足动平衡要求。需加平衡片。 1.2.1 传动轴管 传动轴多做 成空心的，一般用厚度为 1.53.0mm 的薄钢板卷焊而成。 超重型货车的传动铀则直接采用无缝钢管。在转向驱动桥、 断开式驱动桥或微型汽车的万向传动装置中，通常将传动轴 制成实心轴。为减小传动轴中间花键连接的周向滑动阻力和 磨损，可对花键进行磷化处理或喷涂尼龙层或在花键槽内设 置滚动元件。 1.2.2 伸缩花键 采用矩形齿形，用于补偿由 于汽车行驶时传动轴两端万向节之间的长度变化。为减小阻 力及磨损，对花键齿磷化处理或喷涂尼龙，当承受转矩的花 键在伸缩时，产生轴向摩擦力，为减小健齿摩擦表面间的压 力及磨损，应使键长与最大直径之比不小于 2.。装配时传 动轴的伸缩花键一端应靠近变速器而不应靠近驱动桥。动平 衡的不平衡度由点焊在轴管外的平衡片补偿。 42 十字轴万 向传动装置基本参数的确定与校核 2.1 万向节基本尺寸参 数的确定与校核 2.1.1 十字轴尺寸参数的确定与校核 （1） 轴颈根部截面的弯曲应力及切应力 32dpt d 4 d0 4 （3-1） 式中：D 十字轴轴径 ，取 15mm ； T 平均作用 力作用点到校核应力的距离，取前传动轴 8.5mm； M p max （3-2） 2r 其 中 ： r 十 字 轴 轴 径 的 中 点 到 十 字 轴 中 心 的 距 离 ，取 前 传 动 轴 26mm ；M .i M max e max 1 （3-3） N 其中： M e max 发动机最 大扭矩，为 185n/m； i1 变速器头档速比，为 4.295； （还要考虑四驱时分动器速比） N 驱动桥数。四驱时 为 2； 后驱时为 1 将所有相关数据和所选参数代入式 （3-3） 中得 M max ？代入式 （3-2） 中得 p？， 5 最后代入式 （3-1） 中得 ？lt250350N/mm2，所以，十字轴轴颈弯曲应力合 格？ 3 。 （2） 轴颈根部截面的切应力 2.1.2 万向节叉和 凸缘螺栓的计算 （1）弯曲应力： pc （3-6） Wn pa （3-7） Wd bh 2 Wn （3-8） 6 M max p （3-9） H L 式中：H 十字轴端部之间的距离；L 滚针的工作长度， 为 10mm； Wd hb 2 （3-10） h 式中： 与 45/182.5 有关，查系数表 得 0.292。 b 将上述数据代入式（