传动轴的设计及校核

1、第一章轻型货车原始数据及设计要求发动机的输出扭矩：最大扭矩 285.0N - m/2000r/min ;轴距：3300mm变速 器传动比： 五挡1 , 一挡7.31 ,轮距：前轮1440毫米，后轮1395毫米，载 重量2500千克设计要求：第二章 万向传动轴的结构特点及基本要求万向传动轴一般是由万向节、传动轴和中间支承组成。主要用于在工作过程 中相对位置不节组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向 节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化， 并实现两轴的等角速 传动。一般万向节由十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，因断改变的两根轴间传递

2、转矩和旋 转运动。重型载货汽车根据驱动形式的不同选择不同型式的传动轴。一般来讲4X 2驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。6X4驱动形式的汽车有中间传动轴、主 传动轴和中、后桥传动轴。6X6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。在长轴距车辆的中间传动轴一般 设有传动轴中间支承.它是由支承架、轴承和橡胶支承组成。传动轴是由轴管、伸缩套和万向此它的动平衡是至关重要的。 一般传动轴在 出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行了调整。因此，一组传动轴是配 套出厂的，在使用中就应特别注意。图2-1万向传动装置的工作原理及功用图2-2变速器与驱动桥之间的万向传动

3、装置基本要求：1 .保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。2 .保证所连接两轴尽可能等速运转。3 .由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。4 .传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等第三章轻型货车万向传动轴结构分析及选型由于货车轴距不算太长，且载重量 2.5吨属轻型货车，所以不选中间支承， 只选用一根主传动轴，货车发动机一般为前置后驱，由于悬架不断变形，变速器或分动器输出轴轴线之间的相对位置经常变化，根据货车的总体布置要求，将离 合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一段距离，考虑到它们之间很难保证轴 与轴同心及车架的变形，所以采用十

4、字轴万向传动轴，为了避免运动干涉，在传动轴中设有由滑动叉和花键轴组成的伸缩节，以实现传动轴长度的变化。空心传 动轴具有较小的质量，能传递较大的转矩，比实心传动轴具有更高的临界转速， 所以此传动轴管采用空心传动轴。传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。变化范围为3传动轴经常处于高速旋转状态下，所以轴的材料查机械零件手册选取 40CrNi,适用于很重要的轴，具有较高的扭转强度。3.1 传动

5、轴管选择传动轴管由低碳钢板制壁厚均匀、壁薄（1.53.0mm、管径较大、易质量 平衡、扭转强度高、弯曲刚度高、适用高速旋转的电焊钢管制成。3.2 伸缩花键选择选择矩形花键，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，外层设有防尘罩，间隙 小一些，以免引起传动轴的震动。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。装车时传动轴 的伸缩花键一端应靠近变速器，减小其轴向阻力和磨损。具结构图如下 ：图3-1万向传动轴一花键轴结构简图1-盖子；2-盖板；3-盖垫；4-万向节叉；5-加油嘴；6-

6、伸缩套；7-滑动花键槽；8-油封；9-油封盖；10-传动轴管第四章万向传动轴计算及强度校核4.1传动轴的临界转速长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的 临界转速。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率 时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的KM 2.0 ,适用于20001临界转速nk (r/min )为，安全系数 则有2000 r minn w n m ax i 5(nw为发动机转速)nk/n max 2.0 ,n k 2.0 n max 40 r min4.2 传动轴计算转矩_3_T1 Twi12857.31

7、10 3 99 %2062516 N mm4.3 传动轴长度选择根据轴距3300mm初选传动轴支承长度LC为（1470 3.6 mni花键轴长度应小于支承长度，满足万向节与传动轴的间隙要求，取花键轴长度为(14482.5)mm4.4 传动轴管内外径确定nk1 .2108 -/Do dclc4000dc2240001470 21.210 825188 .3又1.5 mm2初取 D c 53 mm3 mm2dc,5188 .3 Dc 48.8mmLc为传动轴长度（mrm,即两万向节中心之间的距离；dc和Dc分别为传动轴轴管的内、外径（mrm4.5 传动轴扭转强度校核由于传动轴只承受扭转应力而不承受

8、弯曲应力，所以只需校核扭转强度，根 据公式有16 DcT116 53 2062516c 4 4251 MPa c 300 MPa(Dcdc)3.14 (5348.8 )（c为轴管许用扭转应力） 上式说明设计参数满足扭转强度要求4.6 花键内外径确定c110 .6 MPa2 .27取安全系数2.27,则16 T 1110 .6 MPa dh345 . 63 mm， q 162062516d h 3 3.14110 .6h为许用扭转应力为花键转矩分布不均匀系数,取 1.3Dh 花键外径 dh 花键内径L h 为花键有效工作长度为键齿宽n0 为花键齿数由于花键齿侧许用挤压应力较小，所以选用Lh较大尺

9、寸的花键，查9 mm4 9.9 MPaGB/T1144-2001,取dh46 mm , D h 50 mmn 08 Lh 1 40mm, 04.7 花键挤压强度校核T 1 Ky / D h dhD h dh、( -)(-)L hn0 4220625161 .350465046(-)(-；-)140842当花键齿面硬度为35HRCW,许用挤压应力为y 25 50 MPa则y< y ,满足花键挤压强度。4.8传动轴形位公差确定通过查手册中轴的公差及基本偏差表，确定轴选用配合e7,此配合适用于有明显间隙、易于转动的支承配合，花键根据手册查得dh为f7, Dh为a11, B0.0600.060为

10、d10,由此可确定轴的外径和内径分别为 Dc 53 0.090 mm dc 48.8 0.090 mrm花键外径跟内径分别为D h 50 0.420 mm , dh 46 0.020 mm , n0 8 ,B 9 0.048 mm , Lh 1401.6 mm 0传动轴总成的不平衡是传动系弯曲振动的一个激励源，当高速旋转时，将产 生明显的振动和噪声。万向节中十字轴的轴向窜动、传动轴滑动花键中的间隙、传动轴总成两端连接处的定心精度、 高速回转时传动轴的弹性变形、 传动轴上点焊平衡片时的热影响等因素， 都能改变传动轴总成的不平衡度。 提高滑动花键的耐磨性和万向节花键的配合精度、 缩短传动轴长度并增

11、加其弯曲刚度， 都能降低传动轴的不平衡度。 为了消除点焊平衡片的热影响， 应在冷却后再进行动平衡检验。传动轴的不平衡度，对于所设计的货车，在10004000r/min时不大于50 100g.cm。传动轴总成的径向全跳动不大于0.8mm轴管两端的摆差在其两端不大于0.5mm。第五章 十字万向节的设计及校核5.1 结构方案选择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太大。当夹角增加时，万向节中的滚针轴承寿命将下降。普通的十字轴式万向节主要由主动叉， 从动叉， 十字轴， 滚针轴承及轴向定位件和橡胶封件等组成。5.2 计算传动轴载荷由于发动机前置后驱，根据

12、表4-1 ，位置采用：用于变速器与驱动桥之间按发动机最大转矩和一档传动比来确定Tse1=kdTemaxki1if 4 /nTss1= G2 m' 2(|)rr/ i0im 4 m根据富利卡2.0 数据，发动机最大转矩Temax=285Nm驱动桥数 n=1，发动机到万向传动轴之间的传动效率4=0.85 ,液力变矩器变矩系数k=(k0 -1 ) /2+1=1.615,满载状态下一个驱动桥上的静载荷G2=65%mag=0.65*5000*9.8=31850，N发动机最大加速度的后轴转移系数m 2=1.3 ，轮胎与路面间的附着系数 6=0.85 ,车轮滚动半径rr=0.369,主减速器从动齿轮

13、到车轮之间传动比 im=1,主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率4m="发动机”离合器=0.9*0.85=0.765 ,因为0.195 mag/Temax>16,fj=0 ,所以猛接离合器所产生的动载系数kd=1,主减速比 i0=4.04所以：1 285 1.615 4.04 0.85 彳Tse1=kdTemaxki1if q /n=1580.6N1Tss1= G2 m' 2 小 rr/ i0im q m1850 1.2 0.85 0.369 =3878.8N4.04 1 0.765. T1=min Tse1, Tss1 . T1= Tse1=1580.6N5.3 十字轴

14、万向节设计设作用于十字轴轴颈中点的力为F,则1580.6F=r/2rcos a =3,=12094.1N2 65.5 10 cos3 56十字轴轴颈根部的弯曲应力(T w和切应力T应满足32dFs"后.(d14-d42)&词4F一(dTd；尸 T式中，取十字轴轴颈直径d1=38.2mm十字轴油道孔直径d2=10mm合力F作用线 到轴颈根部的距离s=14mm (rw为弯曲应力的许用值，为250-350Mpa, p为 切应力的许用值，为80-120 Mpa12094.132dFs32X38.2 XI 0-3X7428.561 X 14X 1 0-3兀(d14-d42)=兀(38.

15、2 xl0-3)4-( 10X 10-3)4=19.094 Mpa<”4F4X7428.561p = Tt(d21-d22)=兀(38.2 X 10-3) 2-(10 X10-3)2=6.959 Mpa< r故十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件 十字轴滚针的接触应力应满足3=2721 1Fn(d+do)Lb式中，取滚针直径do=3mm滚针工作长度Lb=27mm一 , 4.6F在合力F作用下一个滚针所受的最大载荷Fn1r4.6 :r,'LTTGCZZN,当滚针和十字轴轴颈表面硬度在 58HRC1 X 44以上时，许用接触应力g为3000-3200 Mpa_11776

16、.622=272% (38.2 X10-3) +(3 X10-3) * 27X 10-3=0.875 Mpa< g故十字轴滚针轴承的接触应力校核满足万向节叉与十字轴组成连接支承，在力 F作用下产生支承反力，在与十字轴 轴孔中心线成45°的截面处，万向节叉承受弯曲和扭转载荷，其弯曲应力6 w和扭应力p b应满足(rw=Fe/W ws=Fa/W0 Tb式中，取 a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm, 4-3 ,取 k=0.246,W=bh2/6, W=khb2,弯曲应力的许用值川 为50-80Mpa,扭应力白许用值p b为80-160 Mpa-3_c_7428.561 X 80X10(yw= e/W=35X 10-3X (70 X 10-3)26=