下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 本科學生畢業(yè)設計 HGC1050 萬向傳動軸結構設計 摘 要 萬向傳動裝置是汽車傳動系統(tǒng)中的重要組成部分，萬向傳動裝置 位于 變速箱 和 驅動橋 之間， 一般由萬向節(jié)、傳動軸和中間支承組成。萬向節(jié)能實現(xiàn)變角度動力傳遞；傳動軸把變速器的轉矩傳遞到驅動橋上；中間支承能補償傳動軸軸向和角度方向的安裝誤差和車輛行駛過程中由于發(fā)動機竄動或車架等變形所引起的位移。萬向傳動裝置的功用是 在汽車行駛過程中， 在軸間夾角及相互位置經常發(fā)生變化的兩個轉軸之間傳遞動力。 本文主要是對汽車的十字軸式萬向傳動裝置進行設 計。根據(jù)車輛使用條件和車輛參數(shù)，按照傳動系統(tǒng)的設計步驟和要求，主要進行了以下工作： 選擇相關設計參數(shù)主要為： 十字軸、萬向節(jié)、傳動軸、中間支承的參數(shù)確定，并進行了總成設計主要為：十字軸的設計，萬向節(jié)的設計、傳動軸的設計以及中間支承的設計等。并通過 Pro/E建模和有限元 ANSYS 軟件對設計萬向傳動裝置進行結構分析，根據(jù)分析結果對萬向傳動裝置進行改進設計得出合理的設計方案。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 關鍵詞 ：萬向傳動裝置；十字軸；萬向節(jié)；傳動軸；有限元分析 ABSTRACT The automobile universal transmission device is in the automobile transmission system important constituent,is located between the gear box and the driving axle . Generally by the universal joint, the drive shaft and the middle supporting is composed. The universal joint energy conservation realization changes the angle power transmission；Transmit the torque of the gear box to the transaxle with drive shaft；The middle supporting can compensate the drive shaft axial and the angle direction in the wiring error and the vehicles travel process because the engine flees moves the displacement which or distortions and so on frame causes. The rotary transmission device function is in the automobile travel process, the included angle and the mutual position changes between the revolution axis in the axis between to transmit the power frequently. This article mainly is carries on the design to the automobile cross shaft type rotary transmission device. According to vehicles exploitation conditions and vehicles parameter, according to transmission system design procedure and request, Mainly has carried on following work: Mainly has carried on following work choice correlation design variable mainly is: Cross axle, universal joint, drive shaft, middle supporting parameter 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 determination, and has carried on the unit design mainly is: Cross axle design, universal joint design, drive shaft design as well as middle supporting design and so on. And to designs the rotary transmission device through the finite element Pro/E and ANSYS software to carry on the structure analysis, Carries on the improvement design according to the analysis result to the rotary transmission device to obtain the reasonable design proposal. Keywords: Universal Transmission Device； Cross Axle； Universal Joint； Transmission shaft； Finite Element Analysis 目 錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒 論 1 1.1 概 述 3 1.2 汽車傳動軸的國內外研究現(xiàn)狀 3 1.3 研究汽車萬向傳動軸的目的和意義 3 1.3.1 研究汽車萬向傳動軸的目的 3 1.3.2 研究汽車傳動軸的意義 5 1.4 萬向傳動軸的結構特點及基本要求 4 1.5 本課題研究的主要內容 5 第 2 章 汽車傳動軸的結構方案分析與選擇 7 2.1 汽車傳動軸的結構方案概述 7 2.1.1 萬向節(jié)與傳動軸的結構型式 7 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 2.1.2 傳動軸管、伸縮花鍵及中間支承結構型式 7 2.1.3 萬向節(jié)類型 10 2.2 傳動軸設計方案 12 2.3 本章小結 13 第 3 章 萬向傳動軸的設計 14 3.1HGC1050 汽車的主要技術參數(shù) 14 3.2 傳動軸總成設計計算及校核 15 3.2.1 傳動軸計算載荷的確定 15 3.2.2 傳動軸軸管的選擇及校核 16 3.2.3 中間支承的結構設計 21 3.3 十字軸總成的設計計算及校核 24 3.3.1 萬向節(jié)的受力分析 24 3.3.2 十字軸萬向節(jié)的設計及校核 26 3.3.3 十字軸滾針軸承的校核 27 3.3.4 萬向節(jié)叉的設計及校核 28 第 4 章 傳動軸總成建模與裝配 30 4.1 Pro/ENGINEER 軟件簡介 30 4.2 利用 Pro ENGINEER 軟件進行三維實體建模 31 4.2.1 十字軸的創(chuàng)建 31 4.2.2 凸緣叉的創(chuàng)建 31 4.2.3 軸承差的創(chuàng)建 32 4.2.4 傳動軸管的創(chuàng)建 32 4.2.5 帶花鍵的傳動軸管的創(chuàng)建 33 第 5 章 萬向傳動裝置的有限元靜力學分析 34 5.1 ANSYS 軟件簡介 34 5.2Pro/E 與 ANSYS 接口的創(chuàng)建 34 5.3 利用 ANSYS 對望向傳動裝置進行有限元受力分析 36 5.3.1 十字軸有限元受力分析 36 5.3.2 凸緣叉有限元受力分析 40 5.3.3 傳動軸有限元受力分析 41 5.4 本章小結 42 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 結 論 43 參考文獻 44 致 謝 45 附錄 A 外文文獻 46 附錄 B 外文文獻翻譯 49 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 第 1 章 緒 論 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 1.1 概述 萬向節(jié)傳動用于在不同軸心的兩軸間甚至在工作過程中相對位置不斷 變化的兩軸間傳遞動力。例如，在某些重型汽車和越野汽車上，根據(jù)總布置的要求需將離合器與變速器、變速器與分動器之間拉開一定距離時，考慮到在它們之間很難保證軸與軸能同心以及安裝基體即車架也可能發(fā)生變形，因此在這些總成之間就應采用萬向節(jié)傳動。此時常采用普通十字軸萬向節(jié)，也有采用撓性萬向節(jié)的，其工作夾角一般不大于53 。前置發(fā)動機后輪驅動的汽車在行駛過程中，由于懸架的不斷變形，變速器與驅動橋的相對位置 (高度和距離 )也在不斷變化，因此它們之間需要用可伸縮的萬向傳動軸聯(lián)接。這時當聯(lián) 接的距離較近時，常采用兩個萬向節(jié)和一根可伸縮的傳動軸；當距離較遠而使傳動軸的長度超過 1.5 m 時，常將傳動軸分成兩根或三根，用三個或四個萬向節(jié)，且后面一根傳動軸可伸縮，中間傳動軸應有支承，萬向節(jié)所聯(lián)的兩軸之間的夾角，對一般載貨汽車不應超過 2015 ，對于短軸距的 44 越野汽車，最大可達30 。對于又要轉向又要驅動的轉向驅動橋，左、右驅動車輪需要隨汽車行駛的軌跡而改變方向，這時多采用球籠式或球 叉式等速萬向節(jié)傳動，其最大夾角即車輪的最大轉角可達 4232 。萬向節(jié)傳動還用于帶有擺動半軸的驅動橋、轉向軸傳動機構及動力輸出裝置等。 萬向節(jié)傳動應適應所聯(lián)兩軸的夾角及相對位置在一定范圍內的不斷變化且能可靠而穩(wěn)定地傳遞動力，保證所聯(lián)兩軸能等速旋轉，且由于萬向節(jié)夾角而產生的附加載荷、振動及噪聲應在允許范圍內，在使用車速范圍內不應產生共振現(xiàn)象。此外，萬向節(jié)傳動還要求傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造方便，維修容易 8。 本課題使用 CAD、 Pro/E、 ANSYS 技術 對萬向傳動裝置進行設計，實現(xiàn)了設計與制造的一體化，具有明顯的優(yōu)越性。在縮短了設計周期的同時，實現(xiàn)了標準化，通用化，系列化，提高了加工效率及加工質量，有利于提高企業(yè)自身應變能力和市場競爭力，給企業(yè)帶來綜合效率。通過對 HGC1050 萬向傳動裝置的設計，能夠使我熟練地掌握 CAD、 Pro/E、 ANSYS 在生產實踐中的應用，鍛煉自己分析問題解決問題的能力。解放汽車萬向傳動裝置正廣泛應用于各種車輛上，使汽車傳動性能顯著提高，因此，對此課題的研究具有十分重要的意義。 1.2 汽車傳動軸的國內外研究現(xiàn)狀 萬向傳動軸在汽車上的 應用比較廣泛。發(fā)動機前置后輪或全輪驅動汽車行駛時，由于懸架不斷變形，變速器或分動器的輸出軸與驅動橋輸入軸軸線之間的相對位置經常變化，因而普遍采用可伸縮的十字軸萬向傳動軸；某些汽車根據(jù)總布置要求需要將黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 離合器與變速器、變速器與分動器拉開一段距離，顧及到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以常采用十字軸萬向傳動軸或撓性萬向傳動軸；對于轉向驅動橋，左、右驅動輪需要隨汽車行駛軌跡變化而改變方向，多采用等速萬向傳動軸。依據(jù)在扭轉方向上是否有明顯的彈性，萬向節(jié)分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)又分為不等速萬向節(jié) （十字軸式）、準等速萬向節(jié)（雙聯(lián)式、凸塊式、三銷式、球面滾輪式）和等速萬向節(jié)（球叉式、球籠式）。其中十字軸式萬向節(jié)是目前在汽車上應用最廣泛的；雙聯(lián)式萬向節(jié)在越野車轉向驅動橋應用增多；球籠式萬向節(jié)在轎車轉向驅動橋得到廣泛應用。剛性萬向節(jié)是靠零件的鉸接式連接傳遞動力；撓性萬向節(jié)是靠彈性零件傳遞動了的，具有緩沖減振作用。單十字軸萬向節(jié)傳動的不等速，使從動軸及其相連的部件產生扭轉振動，影響部件壽命，所以常采用雙十字軸萬向節(jié)來實現(xiàn)等速傳動。等速萬向節(jié)是從結構上保證在其工作中，其傳力點總位于兩軸交角的平分面上；這也是以 后的發(fā)展方向。這次課題設計中選的是目前汽車上應用廣泛的十字軸萬向節(jié)。 傳動軸高速轉動時，在離心力的作用下長生劇烈振動；所以，傳動軸與萬向節(jié)裝配后，必須滿足動平衡要求。傳動軸過長時，自振頻率較低，易產生共振；通常將傳動軸分成兩段并加中間支承。蜂窩軟墊式中間支承應用較廣泛。有的汽車也采用擺動式中間支承。 有限元方法在汽車產品開發(fā)中的應用非常廣泛，主要在汽車上有以下幾種應用： （ 1）結構靜力分析 這是在車輛及其發(fā)動機的各種零部件設計中最常見的問題，也是應用最為廣泛的領域，即分析計算結構與時間無關的應力分布與變形情 況。如齒輪輪齒、鋼板彈簧、車橋、飛輪、傳動軸的靜力分析。 （ 2）結構動力學分析 一是求解結構或系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，如固有頻率、振型等，這對分析與解決振動問題是十分重要的；二是強迫響應分析，即結構在動載的作用下的響應，這較靜力分析更接近于車輛及其發(fā)動機中的許多零部件的實際工作情況，但一般計算量也將增加許多倍。隨著對環(huán)境問題的益重視，在車輛及發(fā)動機的設計中已普遍采用各種分析工具，采取各種有效措施，來改善和減少車輛的振動和噪聲。例如車輛動力裝置的動態(tài)性分析等。 （ 3）溫度場分析 分析結構內部溫度的分布情況以及熱應 力和熱變形的情況，包括穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的問題，例如可應用于發(fā)動機中的活塞、氣缸蓋等燃燒室附近的零部件。在進行這類零部件的強度剛度分析計算時，不僅要考慮機械負荷而且還要同時考慮熱負荷。 （ 4）流場分析 是有限元方法在流體力學領域中的應用。一般流場分析是非線性問題，較為復雜。解決流體力學中的問題應用較多的是有限差分法與可以認為是介于黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 有限差分法和有限元方法之間的有限容積法。這一類問題的應用實例有車輛外形對行駛阻力的影響的分析、對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的分析等。 對產品的結構、工藝參數(shù)、結構形狀參數(shù)進行分析與優(yōu)化，可在產品設計初 期對其剛度和強度有充分的認識，使產品在設計過程就可保證使用要求，縮短設計試驗周期，節(jié)省試驗和生產費用。它在汽車產品開發(fā)中應用使得汽車在輕量化、舒適性、經濟性與操縱穩(wěn)定性等方面得到改善及提高。 1.3 研究汽車萬向傳動軸的目的和意義 1.3.1 研究汽車萬向傳動軸的目的 中國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個性化已經成為發(fā)展趨勢。我國汽車業(yè)的高速發(fā)展，帶動我國汽車傳動軸需求持續(xù)大幅增長。汽車傳動軸市場潛在需求與潛在機會，整個產業(yè)規(guī)模具有非常大的擴展空間，單個企業(yè)規(guī)模也會越來越大。在這樣的一個背景下，中國汽車傳動 軸發(fā)展前景一片光明。 萬向節(jié)傳動應適應所聯(lián)兩軸的夾角及相對位置在一定范圍內的不斷變化且能可靠而穩(wěn)定地傳遞動力，保證所聯(lián)兩軸能等速旋轉，且由于萬向節(jié)夾角而產生的附加載荷、振動及噪聲應在允許范圍內，在使用車速范圍內不應產生共振現(xiàn)象。此外，萬向節(jié)傳動還要求傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造方便，維修容易。而傳動軸及萬向節(jié)的設計裝配不良將產生振動和噪聲，因此該總成設計是汽車設計中重要的環(huán)節(jié)之一。本題是依據(jù)現(xiàn)有生產企業(yè)在生產車型的萬向傳動裝置作為設計原型，在給定變速器輸出轉矩、轉速及發(fā)動機和主減速器安裝位置等條件 下，學生獨立設計出符合要求的萬向傳動裝置，著重設計計算萬向節(jié)的結構參數(shù)及對其進行了校核計算。在對各種結構件進行了分析計算后，繪制出該總成裝配圖及主要零件的零件圖。 1.3.2 研究汽車傳動軸的意義 本課題使用 CAD、 Pro/E、 ANSYS 技術對萬向傳動裝置進行設計，實現(xiàn)了設計與制造的一體化，具有明顯的優(yōu)越性。在縮短了設計周期的同時，實現(xiàn)了標準化，通用化，系列化，提高了加工效率及加工質量，有利于提高企業(yè)自身應變能力和市場競爭力，給企業(yè)帶來綜合效率。通過 HGC1050 萬向傳動裝置的設計，能夠使我熟練地掌握 CAD、Pro/E、 ANSYS 在生產實踐中的應用，鍛煉自己分析問題解決問題的能力。汽車萬向傳動裝置正廣泛應用于各種車輛上，使汽車傳動性能顯著提高，因此，對此課題的研究具有十分重要的意義。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 1.4 萬向傳動軸的結構特點及基本要求 萬向傳動軸一般是由萬向節(jié)、傳動軸和中間支撐組成。主要用于工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉矩和旋轉運動。伸縮套能自動調節(jié)變速器與驅動橋之間距離的變化。萬向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅動橋輸入軸兩軸線夾角的變化，并實現(xiàn)兩軸的等角速傳動。一般萬向節(jié)由十字軸、十字軸承、凸緣叉及軸向定位件和橡膠密封件等組成。 傳動軸是一個高轉速、少支承的旋轉體，因斷改變的兩根軸間傳遞轉矩和旋轉運動。重型載貨汽車根據(jù)驅動形式的不同選擇不同型式的傳動軸。一般來講 4 2 驅動形式的汽車僅有一根主傳動軸。 6 4 驅動形式的汽車有中間傳動軸、主傳動軸和中、后橋傳動軸。 6 6 驅動形式的汽車不僅有中間傳動軸、主傳動軸和中、后橋傳動軸，而且還有前橋驅動傳動軸。在長軸距車輛的中間傳動軸一般設有傳動軸中間支承它是由支承架、軸承和橡膠支承組成。 傳動軸是由軸管、伸縮套和萬向此它的動平衡是至關重要的。一般傳動軸在出廠前都要進行動平衡試驗， 并在平衡機上進行了調整。因此，一組傳動軸是配套出廠的，在使用中就應特別注意。其基本結構如圖 1.1 所示 圖 1.1 萬向傳動裝置的工作原理及功用 圖 1.2 變速器與驅動橋之間的萬向傳動裝置 基本要求： 1.保證所連接的兩根軸的夾角及相對位置在一定范圍內變動時，能可靠而穩(wěn)定地黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 傳遞動力。 2.保證傳動盡可能同步，所連接兩軸盡可能等速運轉。 3.由于萬向節(jié)夾角而產生的附加載荷、振動和噪聲應在允許范圍內，在使用車速范圍內不應產生共振現(xiàn)象。 4.傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造方便，維修容易等。 萬向傳動裝置有極其廣泛的應用，發(fā)動機前置后輪或全輪驅動汽車行駛時，由于懸架不斷變形，變速器或分動器的輸出軸與驅動橋輸入軸軸線之間的相對位置經常變化，因而普遍采用可伸縮的十字軸萬向傳動軸；某些汽車根據(jù)總布置要求需將離合器與變速器、變速器與分動器之間拉開一端距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以常采用十字軸萬向傳動軸或撓性萬向傳動軸；對于轉向驅動橋，左、右驅動輪需要隨汽車行駛軌跡變化而改變方向，這時多采用等速萬向傳動軸。如圖 1.3 所示 圖 1.3 萬向節(jié)在汽車上的各種應用 1.5 本課題 研究的主要內容 依據(jù)現(xiàn)有生產企業(yè)在生產車型的萬向傳動裝置作為設計原型，在給定變速器輸出轉矩、轉速及發(fā)動機和主減速器安裝位置等條件下，獨立設計出符合要求的萬向傳動裝置，著重設計計算萬向節(jié)的結構參數(shù)及對其進行了校核計算。對汽車萬向傳動軸的黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 運動特性，技術難題，制造工藝，使用壽命影響因素，失效形式，進行深入系統(tǒng)的分析。在設計過程中避免振動，傳動動軸斷裂，十字軸折斷，及滾針軸承過早損壞等問題。運用傳統(tǒng)設計方法完成對傳動軸的計算校核，傳動軸滑動花鍵的設計計算。萬向節(jié)叉及十字軸的計算校核。利用相關書籍資料完成對十字軸的設 計及校核，傳動軸滑動花鍵和萬向節(jié)的潤滑方案的選擇與設計。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 第 2 章 汽車傳動軸的結構方案分析與選擇 2.1 汽車傳動軸的結構方案概述 2.1.1 萬向節(jié)與傳動軸的結構型式 汽車后驅動橋的萬向節(jié)傳動裝置通常稱為汽車的萬向傳動軸或簡稱為傳動軸，它由萬向節(jié)、軸管及其伸縮花鍵等組成。對于長軸距汽車的分段傳動軸，還需有中間支承 。 如圖 2.1 所示 2.1.2 傳動軸管、伸縮花鍵及中間支承結構型式 傳動軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄 (1.5 3.0mm)、管徑較大、扭轉強度高、彎曲剛 度大、適于高速旋轉的低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成 如圖 2.1 所示 。 圖 2.1 汽車傳動軸的結構圖 (a)帶有中間支承并有兩根軸管的分段傳動軸； (b)具有一根軸管的傳動軸 1 萬向節(jié)； 2 傳動軸管； 3 平衡片； 4 伸縮軸管； 5 防塵罩； 6 十字軸； 7 中間支承 伸縮花鍵具有矩形或漸開線齒形，用于補償由于汽車運動時傳動 軸兩端萬向節(jié)之間的長度變化。當承受轉矩的花鍵在伸縮時，產生軸向摩擦力為 aF 。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 RTfF ja =(2.1) 式中： jT 傳動軸所傳遞的轉矩； R 花鍵齒側工作表面的中徑； f 摩擦系數(shù)。 由于花鍵齒側工作表面面積較小，在大的軸向摩擦 力作用下將加速伸縮花鍵的磨損，引起不平衡及振動。應提高鍵齒表面硬度及光潔度，進行磷化處理、噴涂尼龍，改善潤滑?？蓽p小摩擦阻力及磨損。也有用滾珠或滾柱的滾動摩擦代替花鍵齒間的滑動摩擦的結構如圖 2.2 所示 。 圖 2.2 帶有滾柱的汽車傳動軸 1 滾柱； 2 帶有滾柱內滾道的傳動軸管； 3 帶有滾柱外滾道的軸管 花鍵應有可靠的潤滑及防塵措施，間隙不宜過大，以免引起傳動軸振動。內、外花鍵應對中，為減小鍵齒摩擦表面間的壓力及磨損應使鍵齒長 jl 與其最大直徑 jd 之比不小于 2?；ㄦI齒與鍵槽應按對應標記裝配，以免破壞傳動軸總成的動平衡。動平衡的不平衡度由點焊在軸管外表面上的平衡片補償。裝車時傳動軸的仲縮花鍵一端不應靠近后驅動橋，而應靠近變速器或中間支承，以減小其軸向摩擦力及磨損。中間支承用于長軸距汽車的分段傳動軸，以提高傳動軸的臨界轉速，避免共振，減小噪聲。它安裝在車架橫梁或車身底架上，應能補償傳動軸的安裝誤差及適應行駛中由于彈性懸置的發(fā)動機的竄動和車架變形引起的位移，而其軸承應不受或少受由此產生的附加載荷。以前中間支承多采用自位軸承，目前 則廣泛采用坐于橡膠彈性元件上的單列球軸承 如 圖 2.1，圖 2.3。橡膠彈性元件能吸收傳動軸的振動，降低噪聲，承受徑向力，但不能承受軸向力。設計時應合理選擇支承剛度，避免在傳動軸常用轉速內產生共振。擺臂式中間支承的擺臂用于適應中間傳動軸軸線在縱向平面內的位置變化 如圖 2.4。6 6 越野汽車傳動軸的中間支承常安裝在中驅動橋殼上 ,多采用兩個圓錐滾子軸承，軸承座應牢固地固定在中橋殼上如圖 2.5 所示 。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 圖 2.3 汽車傳動軸的中間支承 (a)傳動軸及其中間支承； (b)-(e)中間支承方案 1 一撓性萬向節(jié)； 2、 4 一前、后傳動軸； 3 一彈性中間支承； 5 一平衡片； 6 一橡膠套； 7 一橫梁 圖 2.4 擺臂式中間支承 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 圈 2.5 越野汽車傳動軸的中間支承 2.1.3 萬向節(jié)類型 汽車用萬向節(jié)分為剛性的、撓性的、等速的和不等速的幾種。汽車除轉向驅動橋及帶有擺動半軸的驅動橋的分段式半軸多采用等建萬向節(jié)外，一般驅動橋傳動軸均采用一對十字軸萬向節(jié)。 1、普通十字 軸 萬向節(jié) 普通十字軸萬向節(jié)如圖 2.6 所示，由兩個萬 向節(jié)叉及聯(lián)接它們的十字軸、滾針軸承及訥封等組成。其結構簡單，傳動效率高。十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要是十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，以及十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面的壓痕和剝落。通常認為當磨損或壓痕超過 0.25mm 時，十字軸萬向節(jié)就應報廢。為了提高其使用壽命。出現(xiàn)了各種有效的組合式潤滑密封裝置，以潤滑和保護十字軸軸頸與滾針軸承如圖2.7。 轎車和輕型客、貨車常于裝配時封入潤滑脂潤滑以減少車輛的潤滑點，這時應采用密封效果較好的雙刃口或多刃口橡膠油封。當需定期加注潤滑脂時 ，應如圖 2.7所示將油封反裝以利在加注潤滑脂時能將陳油和磨損產物排出。軸蕊中的滾針直徑的差值應控制在 0.003mm 以內，否則會加重載荷在滾針間的分配不均勻性。滾針軸承的徑向間隙過大會使受載的滾針數(shù)減少及引起滾針歪斜，間隙過小則可能受熱卡住，合適的間隙為 0.009 0.095mm 。滾針的用向總間隙取 0.08 0.30mm 為宜。重型汽車有時采用較粗的滾針并分成兩段以提高其壽命，也有以滾柱 代替滾針的結構。為防止十字軸軸向竄動及避免摩擦發(fā)熱，有的在十字軸軸端和軸承碗之間加裝端面滾針軸承。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 圖 2.6 普通十字軸萬向節(jié) 1 一軸承蓋； 2、 6 一萬向節(jié)叉； 3 一油嘴； 4 一十字軸； 5 一安全閥； 7 一油封； 8 一滾針； 9-軸承碗 圖 2.7 十字軸的潤滑與密封 1 一防塵罩； 2 一油封座圈； 3 一止推環(huán) ； 4 一滾針； 間隙； a 一油封壓配錐面 單個十字軸萬向節(jié)不是等速萬向節(jié)，其特點是當主動軸與從動軸之間有夾角時，不能等速傳遞而有轉角差，使主、從動軸的角速度周期性地不相等。采用兩個十字軸萬向節(jié)并把與傳動軸相連的兩個萬向節(jié)叉布置在同一平面內，且使萬向節(jié)的夾角21 = ，則可使處于同一平面內的輸出軸與輸入軸等角速旋轉。 十字軸萬向節(jié)兩軸的夾角。不宜過大當 由 4 增至 16 時，滾針軸承壽命將下降至原壽命的 1 4。 2、撓性萬向節(jié) 利用橡膠盤、塊、環(huán)及橡膠一金屬套筒等橡膠彈性元件在夾角不大于 5 的兩軸間傳遞轉矩。其結構簡單、不需潤滑，能減小傳動系的扭振、動載荷及噪聲。有的結構還允許一定的軸向變形當這種軸向變形量能滿足使用要求時，可省去伸縮花鍵。常用作轎車三萬向節(jié)傳動中的靠近變速器的第一萬向節(jié)或用在重型車的離臺器與變速器，變速器與分動器之間?？紤]到用到這些地方的撓性萬向節(jié)常要在掛直接檔時的高轉速下工作，為保證傳動軸總 成的平衡精度，則必須使萬向節(jié)兩側的軸線對中。圖 2.8給出了汽車撓性萬向節(jié)及其橡膠彈性元件的典型結構圖，其中圖 (a)、圖 (b)分別為具有球面對中機構的環(huán)形和六角形撓性萬向節(jié)：圖 (c)為橡膠 金屬套筒結構的撓性萬向節(jié)；圖 (d)、圖 (e)分別為組合型和盤形橡膠元件。 用于橡膠 金屬套筒結構的橡膠應具有的物理機械特性為：抗拉強度不小于 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 1 5MPa ；相對拉伸率不小于 350；肖氏硬度 65 75；最大擠壓應力為 7.58MPa ；剪切彈性 模量 G =0.85MPa ；工作溫度范圍為 -45 80 。 (a) 球面對中機構的環(huán)形撓性萬向節(jié)； (b)六角形撓性萬向節(jié)； (c)橡膠 金屬套筒結構的撓性萬向節(jié)； (d) 組合型橡膠元件； (e)盤形橡膠元件 圖 2.8 撓性萬向節(jié)及其橡膠元件的典型結構 3、等速萬向節(jié) 主、從動軸的角速度在兩軸之間的夾角變動時仍然相等的萬向節(jié)，稱為等角速萬向節(jié)或等速萬向節(jié)。 等速萬向節(jié)的 “等角速 ”工作原理，可以一對大小 相同的圓錐齒輪傳動為例來說明。兩齒輪的軸線交角為 ，這兩個齒輪輪齒的接觸點 P 位于軸間夾角的平分線上由點 P到兩軸線的垂直距離相等并等于0r在 P 點處兩齒輪的圓周速度是相等的，因而兩齒輪的角速度相等。多數(shù)等速萬向節(jié)工作時的特點也都在于：它們所有的傳力點總是位于兩軸夾角的等分平面上，這樣，被萬向節(jié)所 聯(lián) 接的兩軸的角速度就永遠相等。在轉向驅動橋、斷開式驅動橋和 de Dion 式驅動橋的車輪傳動裝置中，廣泛地采用著各種型式的等速萬向節(jié)和近似等速的萬向節(jié)。其常見的結構型式有球籠式、球叉式、雙聯(lián)式、凸塊式和三銷式等。 2.2 傳動軸設計方案 本設計所選車型為前置后驅，根據(jù)經驗采用十字軸萬向節(jié)；并且軸距為 3800mm（ 1500mm 一般須有中間支撐），需采用中間支撐。故最終決定采用帶中間支撐的兩軸三萬向節(jié)傳動方案。方案如圖 2.9 所示 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 圖 2.9 萬向傳動裝置總體方案簡圖 1-離合器； 2-變速器； 3-萬向節(jié)； 4-差速器； 5-驅動橋； 6-傳動軸管； 7-中間支撐 2.3 本章小結 本章介紹了萬向傳動軸的結構類型及各自特點，對 HGC1050 的傳動軸進行了初步的結構選擇，根據(jù)本車的驅動型式（ FR）及軸距的要求選擇兩軸三個萬向節(jié)的結構型式。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 16 第 3 章 萬向傳動軸的設計 3.1HGC1050 汽車的主要技術參數(shù) 根據(jù)任務書所提 供的 設計參數(shù) 如表 3.1 所示。 表 3.1 設計基本參數(shù) 乘員數(shù) 3 重量參數(shù) 載重 2165 自重 3095 總重 5455 空載軸荷（前 /后） 1657/1438 滿載軸荷（前 /后） 2200/3255 尺寸參數(shù) 貨箱尺寸 51102100450,550 軸距 3800 輪距（前 /后） 1670/1602 前懸 /后懸 1070/2060 性能參數(shù) 最大爬坡度 % 28 最高車速 90 最小轉彎直徑 15.2 制動距離 36.7m 最小離地間隙 190 接近角 /離去角 22/15 油箱容積 120 最大續(xù)駛里程 800 發(fā) 動機 排量 3.168 額定功率 /轉數(shù) 88/3200 最大扭距 /轉數(shù) 300/1900-2100 排放標準 歐 II 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 17 3.2 傳動軸總成設計計算及校核 3.2.1 傳動軸計算載荷的確定 HGC1050 所采用的驅動形式為 FR（前置后驅），即傳動軸位于變速器與驅動橋之間，因此傳動軸計算載荷計算方法如下： 1.計算載荷按發(fā)動機最大扭矩和一檔傳動比來確定： n kiTkT edse 1m ax=（ 3.1） 2.計算載荷按驅動輪打滑來確定： mmrss ii rmGT 022= （ 3.2） 式中，maxeT 為發(fā)動機的最大轉矩（ mN ）； n 為計算驅動橋數(shù)； 1i 為變速器一檔傳動比； 為發(fā)動機到萬向傳動軸之間的傳動效率； k 為液力變矩器變矩系數(shù)； dk 為猛接離合器所產生的動載系數(shù)； 2G 為滿載狀態(tài)下一個驅動橋上的靜載荷（ N ）； 2m 為汽車最大加速度時的后軸負荷轉移系數(shù)； 為輪胎與路面間的附著系數(shù)； r 為車輪滾動半徑（ m ）； 0i 為主減速器傳動比； mi 為主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比； m 為主減速器主動齒輪 到車輪之間的傳動效率。 發(fā)動機最大轉矩 1,300m a x = de kmNT， 6.112/)1-2.2(1)1-(0 =+=+= kk，1i =5.3， %4.095%99%96 = 離變 ， n =1， 2G = 8.96.05455 =32075.4N ，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 18 2m =1.2， =0.80， r =0.371m ， 0i =5.24， mi =1， m =95%。 所以計算可得： 23.24231 %04.953.56.167.30011m a x = n kiTkT edse mN 34.2 4 3 2%95124.5 3 9 3 2 2.080.02.14.3 2 0 7 5022 =mmrss ii rmGT mN3.2.2 傳動軸軸管的選擇及校核 萬向傳動軸的結構與其所連接的萬向節(jié)的結構有關。通常，萬向傳動軸由中間部分和端部組成。中間部分可為實心軸或為空心的軸管。實心軸僅用于作為與等速萬向節(jié)相連的轉向驅動橋的半軸或用作斷開式驅動橋和 de Dion 橋的擺動半軸；空心的軸管具有較小的質量但能傳遞較大的轉矩，且比實心軸具有更高的臨界轉速，故用作汽車傳動系的萬向傳動軸。 傳動軸管由低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成，軸管外徑及壁厚 (或內徑 )是根據(jù)所傳最大轉矩 、最高轉速及長度按有關標準 YB242-63 選定，并校核臨界轉速及扭轉強度。 電焊鋼管參數(shù)應按冶金部標準 摘自 YB242-63 選取 如表 3-2 所示 。表 3-2 給出外徑9560=cD 毫米的標準資料，以供設計時參考。 表 3.2 9560 毫米的電焊鋼管 (YB242-63) 外徑（ mm ） 鋼管厚度（ mm ） 外徑（ mm ） 鋼管厚度（ mm ） 60 1.4、 1.5、 1.6、 1.8、 2.0、 2.2、2.5、 2.8、 3.0、 3.2、 3.5 83 1.4、 1.5、 1.6、 1.8、 2.0、2.2、 2.5、 2.8、 3.0、 3.2、3.5、 3.8、 4.0、 4.2、 4.5 63.5 1.4、 1.5、 1.6、 1.8、 2.0、 2.2、2.5、 2.8、 3.0、 3.2、 3.5 89 1.4、 1.5、 1.6、 1.8、 2.0、2.2、 2.5、 2.8、 3.0、 3.2、3.5、 3.8、 4.0、 4.2、 4.5、4.8 70 1.4、 1.5、 1.6、 1.8、 2.0、 2.2、2.5、 2.8、