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轻型商用车传动轴及万向节设计 轻型 商用 传动轴 万向节 设计

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内容简介：

附 录Cross-axis gimbal assembly Failure Analysis The main function of joints in different axis passing between the rotating shaft torque, it has been widely used in various types of truck axle shaft connected between the cross section, usually in the course of cross-axis universal joint of the Needle Roller Bearings for rotary movement is not, but for the rotation of the swing movement, the load cycle changes submitted. Based on the heavy-duty vehicle WX0082 Cross-axis gimbal assembly of less than life pieces of the failure mode of failure, failure, structural parameters and materials used and the performance of finite element analysis and other methods to conduct a comprehensive comparative analysis of product performance a design improvement.1. Oblique imprintThe author of a company from the provision of three packs of the three packs of Service returned failure cases observed that the cross-axis oblique journal imprint is relatively serious, bearing rings also produce the inner wall of the imprint, but the depth of cross-axis than the light. By the analysis of joints installed on the bearing assembly, when the total space bearing a larger circle, the needle easily skewed, with the result that journal have a cross-axis tilt angle with the axis of the embossing, the embossing depth of the expansion of more deep, the needle will not be able to spin, thus increasing frictional resistance, exacerbated by the extension of indentation. The total circumference of its appropriate space should be controlled in the range of 0.1 0.4mm inside, JB/T3232 in a given space for a total circumference of not more than 0.5mm. 2. Fatigue spallingShaft angle in the use of a smaller state, universal joint assembly of the needle bearing journal diameter and cross-axis angle in the framework of repeated smaller swing, when the cross-axis with the bearing radial clearance with the wear and tear expansion will lead to concentration of load, the load will be large local indentation fatigue prematurely in order to develop into a large area off the fatigue. Especially in the cross-axis the first axis, the stress concentration due to the impact of parts of their set was almost all the chamfering eat, severe high temperature sintering under a state of the phenomenon. Because users do not use lubricants or as a result of time added on the universal joints bearings sealed properly, resulting in early loss of oil-bearing materials as well as the dust temperature intolerance, lip oil seals in the winter cold weather aging cracks under so that the early loss of grease. In addition, the universal joint assembly less oil in operation due to high temperature generated, so that shaft bearings and killed, resulting in a broken needle and the damage to seals and dust jacket, traces of ferrule surface ablation, the failure mode of both failure mode is non-normal. 4. Needle failure I lapsed from the universal joint assembly observed in the sample found that the majority of needle point of the surface there are Ma, Ma Hang, and large-scale fatigue spalling, a small number of needle head was broken, a small number of needle from the needle about 1.5mm Department head Ma Hang, and the existence of a larger phenomenon of bite wounds, the majority of needle fracture fracture from here, this occurrence of the main bearing structure and the size parameters and the circular design of the total gap. 5. Gasket failure Gasket is the first universal joint assembly of the components failure, the form of gasket failure nylon fracture and wear pads. I carefully analyzed samples gasket failure found that the outer gasket has obvious cracks, gasket has cracks and debris outside. Obviously, the gasket is the gasket by the external force resulting in rise of the local stress concentration, once the gasket external damage to the axial force will be borne by the rest of the pads to bear, the bear pads per unit area will increase the power, the entire pad tablets to be broken. Hence the need for well-designed shape and bearing structure pads. At the same time, each gasket failure due to damage and wear has been associated with failure, the gasket material must be selected high strength and wear resistance of materials. 6. Cross-axis fracture Cross shaft fracture is usually a serious overloading the user under the premise of the factors or unusual conditions occur, as joints in the design of the Department of full compliance with the standards of universal joints JB/T8925-2008 static torsional strength safety factor of 2.5 times the provisions of However, OEMs fault occurred during the three packs of the proportion of the total failure still accounts for 2% 5% of such cases is sudden, but inevitable, universal joints and therefore the static torsional strength of match, we must maximum output torque in the engine 3 times more specific in order to avoid overloading caused the emergence of sudden failure. 7. Metallographic test analysis Cases of failure to carry out physical and chemical analysis, respectively, in the cross shaft, ferrule and needle selection of the typical characteristics of the location of the site, cutting under the specimen and along the vertical cross-section metallographic sample preparation, the microstructure-level qualified. To determine the cross shaft, ferrule and the center needle hardness, respectively, by micro-hardness of various parts of a gradient distribution of Vickers hardness measured, and its basically in line with the hardness of the hardness distribution. Check the cross-axis universal joints, a test piece of the outer ring and a number of needle samples in 50% hydrochloric acid aqueous solution heated to 70 80 , heating of about 1h, check for hot acid found in various parts use burn phenomenon exists. This burn is to determine universal joints sealed as a result of poor performance and fat loss properties of the oil well, resulting in fever bearing universal joints burn too soon after the failure of the parts.万向节十字轴总成失效分析万向节的主要作用是在不同轴线上的轴之间传递旋转转矩，它被广泛应用于各类卡车的传动轴联接轴节叉之间，通常在使用过程中万向节十字轴上的滚针轴承不是作旋转运动，而是作旋转摆动的运动，其载荷呈交变的周期变化。本文是通过对重型载车用WX0082万向节十字轴总成寿命不足失效件的失效形式、失效原因进行分析。 分析结果如下： 1.斜压印 从某公司三包服务处提供的三包退回失效件中观察到，十字轴轴颈斜压印情况比较严重，轴承套圈内壁也产生相应的压印，但深度要比十字轴轻。经分析，安装在万向节总成上的轴承，当轴承圆周总间隙较大时，滚针易产生歪斜，致使十字轴轴颈产生与轴线倾斜一定角度的压印，当压印深度扩展较深时，滚针就不能自转，因此使摩擦阻力增大，加剧压痕的延伸。其合适的圆周总间隙应控制在0.10.4mm范围内，JB/T3232中给定的圆周总间隙为不超过0.5mm。 2.疲劳剥落 在传动轴摆角较小的使用状态下，万向节总成上的滚针轴承内径与十字轴轴颈在较小角度范围内反复摆动，当十字轴与轴承径向游隙随着磨损而扩大时，会导致产品载荷集中，载荷大的地方就会过早地产生疲劳压痕，从而发展成为大面积的疲劳剥落。特别是在十字轴轴头处，由于应力集中影响，其受载部位的倒角几乎全部被啃掉，严重时会在高温状态下出现烧结现象。 3.缺油烧蚀 由于在使用过程中用户不按期加注润滑油或由于万向节上的轴承密封不好，导致轴承早期失油以及防尘罩材料不耐低温，油封唇口在冬季寒冷气候下产生老化裂纹，使润滑脂早期流失。另外，万向节总成在运行中因缺油而产生高温，使轴承与轴径咬死，致使滚针折断以及密封和防尘外罩损坏，套圈表面有烧蚀痕迹，这种失效形式均属于非正常失效形式。 4.滚针失效 从万向节总成失效样品中观察发现，大多数滚针表面都存在麻点、麻坑和大面积疲劳剥落，少数滚针头部被折断，少数滚针在离滚针头部1.5mm左右处存在较大麻坑和啃伤现象，滚针断裂大部分也是从此处断裂，这种情况的发生主要与轴承结构尺寸参数及圆周总间隙设计有关。 5.垫片失效 垫片是万向节总成中首先失效的部件，垫片失效形式为尼龙垫片断裂和磨损。仔细分析失效垫片样品发现，垫片的外围有明显的裂纹，垫片外围有裂纹及碎片。很明显，垫片外围是垫片受涨力致使应力集中的地方，一旦垫片外围破坏，其轴向力将全部由余下的垫片承受，垫片单位面积上承受的力将增加，整个垫片将被破坏。因此需要设计合理的垫片形状和轴承结构。同时，由于垫片每次失效破坏都伴随着磨损失效，所以垫片材料必须选取强度和耐磨性较高的材料。 6.十字轴断裂 十字轴的断裂一般是在用户严重超载前提下或异常因素条件下发生，因为万向节在设计时完全遵循部标准JB/T8925-2008中万向节静扭强度安全系数2.5倍的规定，但在主机厂三包期内发生的故障比例仍占总故障的25，此种情况虽然是突发性的，但也不可避免，因此对万向节的静扭强度匹配，必须在发动机最大输出扭矩的3倍以上才能避免特殊超载引起的突发性故障的出现。 7.金相检验分析 对失效件进行理化分析，分别在十字轴、套圈和滚针的典型部位选择特征位置，切割下试件，并沿纵截面制取金相试样，其金相组织级别合格。为确定十字轴、套圈及滚针的心部硬度，用显微硬度计分别对各零件进行了维氏硬度梯度分布测定，其硬度也基本符合硬度分布规律。取万向节的十字轴、外圈各一试件及数个滚针试件，在50%盐酸水溶液中加热至7080，加热约1h，作热酸洗检查，结果发现各零件在使用过程中都存在烧伤现象。这种烧伤现象判断是由于万向节密封性能差失油及油脂性能不好，导致万向节轴承发热后各零件烧伤过早失效。7SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期年 月 日迄今已进行 周剩余 周学生姓名系部专业、班级指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容存在问题及努力方向学生签字： 指导教师意 见 指导教师签字： 年 月 日教研室意 见教研室主任签字： 年 月 日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 imulation Based On Matlab Software For The Hookes Joint Driven Shaft2004，（04）六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日毕业设计（论文）过程管理材料题 目轻型商用车传动轴及万向节设计学生姓名田 宇系部名称汽车工程系专业班级车辆工程 B05-18指导教师苏清源职 称副教授教研室车辆工程教研室起止时间2009.03-2009.06教 务 处 制SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告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、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状在本世纪初，万向节和传动轴在机械工程和汽车工业的发展中起到了及其重要的作用，与此同时为满足日益增长的需求，首批专业制造厂家将他们的注意力转向这一领域。在质量方面，他们对效率、强度、耐久性和噪声性能法方面的改进达到了一个新的程度，使万向传动轴成为一种重要的工程部件。1950年后，传动轴的产量达到了数以百万计。1984年主要由于汽车工业的增长，万向节传动轴的生产数量就已经达到数亿。在现代汽车的总体布置中，发动机、离合器和变速箱连成一体固装在车架上，而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接。由此可见，变速器输出轴轴线与驱动桥的输入轴轴线不在同一平面上。当汽车行驶时，车轮的跳动会造成驱动桥与变速器的相对位置(距离、夹角)不断变化，故变速器的输出轴与驱动桥的输入轴不可能刚性连接，必须安装有万向传动装置。十字轴式刚性万向节是各类车辆传动系统的重要部件, 实现角度变化的同时并传递转矩。它具有结构简单, 低幅磨损小, 传递功率大的特点。2. 目的和意义在汽车工业的迅猛发展，车型多样化、个性化的今天，人们对汽车舒适性，使用性能的要求日益提高，而传动轴及万向节的设计装配不良将产生振动和噪声就使之成为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。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题通过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以及通过PRO/E等软件完成装配。完成以下内容：（1）完成传动轴的设计（2）完成十字轴万向节的设计（3）完成传动轴中间支撑等主要零件的设计（4）完成PRO/E装配三、技术路线（研究方法）收集资料、可行性分析万向节结构方案分析万向传动的运动和受力分析万向节的设计计算传动轴结构分析与设计中间支承结构分析与设计完成零件图、装配图及PRO/E装配完成计算说明书四、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 完成零件图及PRO/E运动仿真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、参考文献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 李科,何志兵,沈海.等速万向节总成的设计方法J.轴承,2006.9.03 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,2004.11.04 何西冷.万向节机构的运动学分析J.起重运输机械,2001.6.05 李仕清,张波.万向节砖正确润滑J.AUTO MAINTENANCE,2000.12.06 刘惟信汽车设计M北京：清华大学出版社.07 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).2006.7.08 肖生发.伍德荣.一种新型等速万向节的设计J.机械工程师.2002.7.09 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.2005.6.10 陈家瑞汽车构造M 北京机械工业出版社,2001.6.11 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.2004.8.12 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,2001.6.13 龚微寒,汽车现代设计制造M,人民交通出版社,2001.6.14 五之煦,许杏根.机械设计手册M.机械工业出版社,2001.6.15 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)16 Wangxiang Qianchao Company Ltd. A New Process of Universal Joint Bearings to Reduce Angular Clearance of Steering Shaft Automobile Technology 2005，（06）17 SDept. of mechanical Eng imulation Based On Matlab Software For The Hookes Joint Driven Shaft2004，（04）六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日SY-025-BY-9毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名田 宇性别男系部汽车工程系专业车辆工程班级B05-18设计（论文）题目轻型商用车传动轴及万向节设计指导教师姓名苏清源职称副教授指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）： 系部公章： 年 月 日注：1、指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。SY-025-BY-6毕业设计指导教师评分表学生姓名田 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序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度1