万向传动轴说明书

汽车设计课程设计说明书主题：大型货车万向轴设计名称：学号： 201124225同伴：专业班：十一级车辆工程一班指导教师：李淑玉商用汽车自由传动轴设计摘要万向轴传动轴广泛应用于汽车。 发动机的前后轮或全轮驱动车行驶时，由于悬架不断变形，变速器或变速器的输出轴与传动轴的输入轴轴线的相对位置始终变化，因此一般采用可伸缩的十字轴自由传动轴。 本设计注重实际应用，考虑整车的总体布置，改进了设计方法，追求整车结构和性能更合理。 传动轴由轴管、接头、伸缩花键等构成。 伸缩套筒能够自动调节变速器与驱动桥之间的距离变化的接头，在变速器输出轴与驱动桥输入轴的两轴线角度变化时，保证实现两轴的动力传递的接头由十字轴、十字轴承、凸缘轭等构成。 传动轴的配置直接影响交叉轴接头、主减速机的寿命，对汽车振动噪声也有很大影响。 在传动轴的设计中，主要考虑传动轴的临界转速，计算传动轴的花键轴和轴管的尺寸，验证其扭转强度和临界转速，确定适当的安全系数，合理优化传动轴和轴之间的角度。目录一、概要04二、卡车原始数据和设计要求05三、关节结构方案的分析与选择06四、万向传动的运动和受力分析08五、接头的设计计算11六、传动轴结构的分析与设计计算17七、参考文献20一、概要汽车的万向轴通常由接头、轴管及其伸缩花键等构成。 主要用于在工作中相对位置持续变化的2轴之间传递转矩和旋转运动。在动机前后轮驱动的汽车中，由于动作时悬架发生变形，所以变速驱动桥主减速机输入轴与变速器输出轴之间始终存在相对运动，一般采用万向节传动(图11a、b )。 驱动桥与变速器的距离长，传动轴的长度超过1.5m时，为了提高传动轴的临界速度和总配置，往往将传动轴切成两段或三段，将接头切成三段或四段。 此时，必须在中间传动轴上设置中间支承件。在转向变速驱动桥中，由于变速驱动桥是方向盘，因此左右半轴间的角度根据行驶的需要而变化，多采用滚珠叉式和滚珠笼式等速万向节传动(图11c )。 在后驱动桥为独立悬架结构的情况下，也必须采用接头传动(图11d )。关节在扭转方向上是否具有星形弹性分为刚性关节和挠性关节两种。 刚性接头还分为不等速接头(通常的十字轴式)、等速接头(球叉式、球笼式等)、标准等速接头(双式、凸台式、三轴式等)。如果联轴器传动要保证所连接的两轴的相对位置在预期范围内变动，则确保传动力，保证所连接的两轴尽可能同步动作，由联轴器的角度产生的附加负荷、振动、噪声必须在允许范围内。万向轴的设计应满足以下基本要求1 )、保证被连接的两轴的相对位置在预想范围内变动时，能够可靠地传递动力。2 )、保证所连接的2轴尽量等速运转的接头的角度所产生的附加负荷、振动、噪音在允许范围内，在使用车速范围内不能发生共振现象。3 )、传动效率高、寿命长、结构简单、制造方便、维护方便。二、卡车原始数据和设计内容2.1原始数据最大总质量： 28000kg发动机的最大输出转矩： Tmax=1050Nm(n=1400r/min )轴距： 1950 4550 1350mm；轮胎选择： 11.00R20、空载直径： 1090mm、满载半径： 520mm变速器变速比： i0=8.626、i1=12.961、i10=12.2设计要求：1 .查阅资料，调查研究，制定设计原则2 .根据给定的设计参数(发动机的最大扭矩和使用情况)和总配置图，选择万向轴的结构形式和主要特性参数，设计完整的万向轴，进行设计过程中必要的计算和验证。3 .万向轴设计和关键技术参数的确定(1)接头设计计算(2)传动轴设计计算(3)满载为无负荷时，完成传动轴的长度和传动轴的角度变化的检查4 .制作万向轴组装图和主要部件的部件图三、接头结构方案的分析与选择3.1、十字轴式接头普通十字轴式接头主要由主动叉、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。目前常见的滚针轴承轴向定位方式有板式(图31a、b )、卡环式(图31c、d )、瓦盖固定式(图31e )和塑料环固定式(图31f )等。 板式轴承的轴向定位方式的一般构造(图31a )是将套筒5用螺栓1和板3固定在接头轭4上，用锁定片2锁定螺栓。 其工作可靠，拆装方便，但零件数量多。 有时将弹性盖6点焊在壳体7的底部(图31b )，在组装后，弹性盖在壳体底部具有一定的预压力，在高速旋转时在离心力的作用下在十字轴端面与壳体底部之间形成间隙，不会产生十字轴的轴向松动有外接卡型(图31c )和内接卡型(图31d )两种卡扣式。 具有结构简单、工作可靠、零件少、质量小的优点。 瓦盖固定结构(图41e )的接头叉和十字轴颈嵌合的圆孔不是一体的，而是分成两部分用螺钉连接。 该结构具有拆装方便、使用可靠的优点，但加工技术复杂。 塑料环的定位结构(图31f )在轴承滤杯的外周和接头轭的轴承孔的中央开设环状槽，滚针轴承松动嵌合在接头轭的正确位置时，将塑料通过接头轭的小孔压入环状槽，从而形成接头轭该结构轴向定位可靠，十字轴轴向晃动小，装卸不方便。 为了防止十字轴的轴向的晃动和发热，为了保证在任何情况下十字轴的端隙始终为零，具有在十字轴的轴端与轴承转筒之间安装端面推力滚子或滚子轴承的结构。滚针轴承的润滑和密封的好坏直接影响交叉轴接头的寿命。 毛毡油封漏油较多，防尘、防水效果差，给润滑油加油时，各滚针轴承可能会因空气堵塞而导致油不足，无法满足越来越高的使用要求。 在结构复杂的双刃口复合油封(图32a )中，相反安装的单刃口橡胶油封用作径向密封，另一个双刃口橡胶油封用作端面密封。 向十字轴内腔注入润滑油后，陈油、磨损物及多馀的润滑油从橡胶油封的内周面与十字轴轴颈的接触部溢出，无需安装安全阀，防尘、防水效果良好。 在灰尘较多的条件下使用，接头寿命显着提高。 图32b为轿车采用的边缘油封，没有润滑油流通系统，安装在一次润滑接头上。十字轴接头结构简单，强度高，耐久性高，传动效率高，生产成本低。 但是，连接的两轴的角度不要太大。 如果角度从4增加到16，十字轴万向节滚针轴承的寿命将降低约1/4。3.2准等速接头双联式接头由两个十字轴接头组合而成。 能够以连接两接头的轴的动作转速相等的方式设置分度机构。 偏心十字轴双联式联轴器没有分度机构，输出轴与输入轴的接近等速性也能够确保。 五分度棒的双联式联轴器，广泛应用于军用越野汽车的驱动桥。 此时，采用主销的中心从接头的中心偏离1.03.5mm的方法，使两接头的动作转速大致相等。 双联轴节的主要优点是允许双轴间角度大(一般为50度，偏心十字轴双联轴节为60度)，轴承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。 缺点是结构复杂，外形尺寸大，零件数量多。 在应用于驱动桥的情况下，由于双接头的轴向尺寸较大，因此必须加大主销的内角，以免从主销的轴线的延长线与地面的交点到轮胎的接地痕迹的中心的偏移较大。考虑成本、传递转矩的大小、等速要求等，选择滑块接头。 另外，传动轴的长度超过1.5m，因此，总体上需要设置3根传动轴、4根接头、在传动轴上设置中间支承。四、万向节传动的运动与受力分析4.1、单螺杆接头传动当十字轴接头的主、从动轴间的角度为时，主、从动轴的角速度之间存在以下关系式中，1为主动交叉角。由于周期是第二周期函数，所以也是相同周期的周期函数。 如果保持不变，每周变化两次。 因此，如果驱动轴等速移动，则驱动轴越快，速度越慢，这就是一般行星架的不等速性。十字轴接头传动不等速性能够用旋转速度不均系数k表示一般十字轴接头的驱动轴与从动轴的转角的关系式其中，1是驱动轴的旋转角，2是驱动轴的旋转角，是驱动轴与从动轴之间的角度。 在该方程中，一般接头传动的输入轴和输出轴的旋转角度根据两个轴的角度而变化。 (图)附加弯矩的分析当活动叉点位于1=0时(图a )，由于作用在十字轴的轴线平面上，因此不一定是零的作用平面与十字轴平面平行，而是必然存在的向量-垂直向量和向量指向十字轴平面的法线方向，大小等于且方向相反。 这样，从动叉的附加力矩=。 主动叉位于1=/2和3/2的位置时(图b )，同样为零，主动叉上的附加力矩=。4.2、双十字轴接头传动当输入轴与输出轴之间存在角度时，单个十字轴接头的输出轴不相对于输入轴等速旋转。 为了使处于同一平面上的输出轴与输入轴等速旋转，可以采用双接头致动器，但是，连结于传动轴的双接头轭必须配置在同一平面内，两接头的角度必须为1与2相等(图a、c )。当输入轴与输出轴平行时，直接连接传动轴的两接头轭所受到的附加力矩平衡，传动轴如图4-2b中双点划线所示地弹性弯曲，从而引起传动轴的弯曲振动。 当输入轴与输出轴的轴线相交时(图4-2c )，施加于传动轴的两端的接头轭的附加的弯曲力矩的方向相同，无法取得平衡，传动轴产生图4-2d的双点划线那样的弹性弯曲，因此，两端的十字轴大小相等，反方向该力作用于滚针保持架的底部，在输入轴和输出轴的支撑上产生反作用力。4.3、多十字轴接头传动多接头传动的运动分析基于单十字轴接头的运动分析。 然后分析关节的等速条件(图)。多接头传动的从动叉与主动叉的旋转角度差的计算公式与单接头相似，能够写出式中，多关节传动的当量角度主动叉的初始相位角为主动轴的角。如果多接头传动的各轴轴线位于同一平面上，且各传动轴两端的接头轭平面之间的角度为零或/2，则当量角度为当第一接头的活动叉位于各轴的轴线所在的平面内时，对于其馀接头，如果该活动叉平面与该平面重叠，则将式中的符号定义为正，并将与该平面垂直地定义为负。要使多接头传动输出轴和输入轴等速，设为=0。万向联轴器传动的输出轴和输入轴的旋转角差会引起动力总成支承和悬架弹性元件的振动，引起与输出轴连接的齿轮的冲击和噪音以及驾驶室内的共振噪音。 因此，在设计多接头传动时，希望其当量角度尽可能小。 在一般设计中，在无负荷和满载的情况下不要太大。 用于限制多接头传动输出轴的角加速度幅度。 小汽车的情况下关于商用车。表1各转速推荐的最大角度值传动轴转速(r/min )6000450035003000250020001500角度是() 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析34567912表2传动轴长度、角度及安全动作转速的关系传动轴长度(mm )011401140152015201830角度(。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析0606066安全动作转速(r/min )0.900.850.800.65五、接头的设计与计算5.1、万向轴的计算负荷万向轴的计算负荷因配置位置而异。 计算方法主要有三种，见表3。表三万向轴计算负荷(NM )地点计算方法在变速箱和驱动桥之间使用驱动桥用由发动机的最大转矩和变速比决定由驱动轮的打滑决定由日常的平均使用转矩决定在表中各计算式中，作为发动机最大转矩(N.M )的n是用于计算驱动桥数的方法，参照表4，i1是变速器的变速比发动机与联轴器的传动轴间的传动效率，k是变矩器的转矩系数，k=(k0-1)/2 1， k0是最大转矩系数G2为满载状态下一个驱动桥上的静负荷(n) m2是汽车的最大加速度时的后轴负荷转移系数，乘用车： m2=1.2-1.4，商用车： m2=1.1-1.2； 由于轮胎与路面附着系数，安装一般轮胎的道路用汽车在良好的混凝土或沥青道路中为0.85，在安装防侧滑轮胎的乘用车中为1.25，在越野车中为1车轮的滚动半径(m ) i0是主减速器齿轮比，即从主减速器的从动齿轮到车轮的齿轮比m是主减速器的从动齿轮到车轮的传递效率，G1是满载状态下的驱动桥上的静负荷(n )汽车的最大加速度时的前轴负荷转移系数，乘用车：=0.80-0.85，商用车：=0.75-0.90； Ft为日常汽车行驶的平均牵引力(n) if为传动装置的齿轮比，方法如表4所示=3，性能系数=0的汽车：=1，0的汽车：=2。 性能系数用下式计算16点16时表4