交通运输专业毕业设计(论文)-四驱车万向传动装置

1、东北林业大学毕业设计中华人民共和国教育部东北林业大学 毕 业 设 计设计题目: 四驱车万向传动装置 学 生： 李宏健 指导教师： 范东溟 讲师 学 院： 交通学院 专 业： 交通运输类（车辆工程）2007级3班 2011年6月12东北林业大学毕 业 设 计 任 务 书论文题目 四驱车万向传动装置 指导教师 范东冥 讲师 专 业 交通运输类（车辆工程） 学 生 李宏健 2011年 3月 20日题目名称：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

2、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。2011.3.212011.4.17 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

3、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：折合图纸3张，其中至少含1张图纸。说明书字数 ：不低于6,000字。学科（专业）负责人意见签名：年 月 日 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

4、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 univ

5、ersal joint contrary designAbstractThis design has mainly gone deeply into studying the structure and the function of the universal joint and the propeller shaft. Because the cardan universal joint has the most extensive application in the universal joint, I have used the suitable kind of cardan uni

6、versal joint and propeller shaft, and I have had the real object drawn, and after computed and examined the logarithms, I have drawn the 3D stereoscopic sketch of the cardan shaft system with the CATIA softwares,and then used the CAD to have the diagram. The design had a detailed formula calculation

7、, an accurate painting, and a right parameter choice, which shortened the period of the design consumedly, raised the work efficiency, and also made an aggressive function to the production of the cardan shaft system. Through the design, I have controlled the operation method of theCATIA ,CAD master

8、ly, have had the knowledge learned in the past integrated, and have understood and controlled the process and basic method of the industrial design, all of which made me lay a good foundation in the design in future.Keywords: Cardan universal joint ; Propeller shaft; Design目 录摘要Abstract1 绪论11.1 各种万向

9、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32十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

10、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）在 1663年

11、制造的一个铰接传动装置，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

12、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、挠性万向节1。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，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

13、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内倾角1。（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，

14、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。

15、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

16、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

17、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用的更多1。 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

18、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和车架变形对传动的影响1。综上所述，常用万向节类型如下：图1-3 万向节的分类1.2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

19、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

20、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。 2 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 （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； （3-2）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； （3-3） 其中： 发动机最大扭矩，为 185n/m； 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

21、-3）中得= ？代入式（3-2）中得p=？，最后代入式（3-1）中得= ？450n/mm所以万向节结构强度合格 3 。 图3-1万向节叉校核分析图（2）螺纹直径的选择： （3-12） 式中： 取40 kgf/mm ； P 一个螺栓承受的力,P= （3-13）式中：D 螺栓分布直径，为99.43mm；n 螺栓数 ,为4； m 工作不均匀系数，取0.75。3.1.3十字轴万向节的轴承2.1.3十字轴万向节的轴承（1）轴承的许用压力： （3-14）式中：Z 滚针个数，取45；L 滚针工作长度，取10mm； 临界转速，= （3-15）其中： 变速器头档速比，取4.295； 发动机最大扭矩时的转速，为3

22、600r/min； 传动轴最大工作角度，取； （3-16）式中：a 周向间隙，取0.4mm；k 系数，。将上述数据带入式（3-15），得=224.59 r/min，代入式（3-16），得= 1.04 mm，代入式（3-14），得=6082.9N/ mm2 3。 （2）作用在滚针轴承上的最大压力： = ? （3-17），所以合格 ? 3。（3）滚针与十字轴轴颈接触处的接触应力计算 （3-18）式中：Q 每个滚针承受的负荷，Q= （3-19）将数据带入式（3-19），式（3-18）得：= ? 3600r/min，所以，轴管临界转速校核合格3。（2）对所选轴管进行扭转强度计算： （3-23）将参数带

23、入公式（3-23），得 = ? 125n/，所选轴管扭转强度校核合格3。4结论万向传动装置是汽车上不可缺少的部件，因此设计汽车万向传动装置具有十分重要的意义。设计的主要工作是选择万向传动装置的各基本参数，进行校核后，运用软件CATIA绘制三维实体模型，用CAD出图。经过此次设计，对万向传动装置有了进一步的了解，基本掌握了工程设计的步骤。但因万向传动装置结构简单，现在对万向传动装置研究的不是很多。因此，应加大对它的研究，以增强汽车的功能。10参考文献1 陈家瑞主编.汽车构造.北京：人民交通出版社，2000831002 黄贵东，韦志林，范健东编著.UG范例教程.北京：清华大学出版社，2002130

24、03 羊拯民主编.传动轴和万向节.北京：人民交通出版社，198647884 余志生主编.汽车理论.北京：机械工业出版社，2001201575 王望予主编.汽车设计.北京：机械工业出版社，20001782096（德）Graf von H.-C.Seherr-Thoss等著.万向节和传动轴.伍德荣等译.北京：北京理工大学出版社，199745967 吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京：化学工业出版社,200368898 钟毅芳，吴昌林，唐增宝主编.机械设计.武汉：华中科技大学出版社，20012692989 过学迅，邓亚东主编.汽车设计.北京：人民交通出版社，200516120910（日）汽车工程全书编辑委员会编.汽车的传动装置.韩恩泽译.北京：机械工业出版社，1993369911 何铭新，钱可强主编.机械制图.北京：高等教育出版社，1997140012 汤晓华，邢立平，马丽心主编.工程材料.哈尔滨：东北林业大学出版社，2001115313 曲宝章，黄华烨主编.机械加工工艺基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002114614 刘品，刘丽华主编.互换性与测量技术基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002112015 解放汽车工业企业联营公司，中国解放汽车贸易公司编.解放系列汽车技术性