黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 目 錄 摘要 . . 第 1 章 緒論 . 1 題研究的目的意義 . 1 題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 1 計 的主要 內(nèi)容 與技術(shù)路線 . 2 第 2 章 萬向傳動裝置結(jié)構(gòu)方案確定 . 4 計已知參數(shù) . 4 向傳動的運動和受力分析 . 4 十字軸萬向節(jié)傳動 . 4 十字軸萬向節(jié)傳動 . 6 十字軸萬向節(jié)傳動 . 7 構(gòu)方案的確定 . 7 向節(jié)與傳動軸的結(jié)構(gòu)型式 . 7 動軸管、伸縮花鍵及中間支承結(jié)構(gòu)方案分析 . 8 向節(jié)類型分析 . 10 章 小 結(jié) . 14 第 3 章 萬向傳動裝置設(shè)計 . 15 向節(jié)傳動的計算載荷 . 15 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動比來計算 . 15 驅(qū)動輪打滑來計算 . 15 向傳動軸的計算載荷 . 16 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 初選十字軸萬向節(jié)尺寸 . 16 字軸萬向節(jié)設(shè)計與校核 . 18 針軸承設(shè)計 . 19 針軸承初選尺寸 . 19 針軸承的接觸應(yīng)力 . 19 向節(jié)叉設(shè)計和校核 . 20 動軸的設(shè)計計算 . 21 動軸的臨界轉(zhuǎn)速 . 22 動軸長度和內(nèi)外徑確定 . 23 動軸的校核 . 23 鍵軸的設(shè)計計算 . 24 鍵軸初選尺寸 . 24 鍵軸的校核 . 25 間支承的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計 . 25 章小結(jié) . 28 第 4 章 萬向傳動裝置的 有限元靜力學(xué)分析 . 29 于 件的三維建模 . 29 件簡介 . 29 用 進(jìn)行三維建模 . 30 于 有限元模型生成 . 31 限元分析軟件的簡介 . 31 與 口的創(chuàng)建 . 33 于 有限元模型生成 . 35 向傳動裝置靜載和約束的施加與結(jié)果分析 . 36 字軸有限元受力分析 . 36 向節(jié)有限元受力分析 . 39 間傳動軸有限元受力分析 . 44 章小結(jié) . 47 第 5 章 萬向傳動裝置的有限元優(yōu)化設(shè)計 . 48 化設(shè)計概述 . 48 于有限元的十字軸優(yōu)化設(shè)計 . 49 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 十字軸數(shù)學(xué)模型建立 . 49 字軸優(yōu)化結(jié)果分析 . 50 向節(jié)叉的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 . 52 向節(jié)叉的數(shù)學(xué)模型建立 . 52 向節(jié)叉的優(yōu)化結(jié)果分析 . 53 動軸管的優(yōu)化 . 56 動軸管的數(shù)學(xué)模型建立 . 56 動軸管優(yōu)化結(jié)果分析 . 56 向傳動裝置 優(yōu)化后尺寸的確定 . 58 行整機(jī)裝配與校核 . 58 實體建模后的整體裝配圖 . 58 涉檢查 . 60 章小結(jié) . 61 結(jié)論 . 62 參考文獻(xiàn) . 63 致謝 . 64 附錄 . 65 附錄 A 外文文獻(xiàn)原文 . 65 附錄 B 外文文獻(xiàn)中文翻譯 . 69 摘 要 萬向傳動裝置是汽車傳動系中的重要總成，它直接與變速器和驅(qū)動橋相聯(lián)系，用來實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞。課題研究對象是 后輪驅(qū)動廣泛應(yīng)用的十字軸式萬向傳動裝置，主要零件包括傳動軸、萬向節(jié)、支撐裝置等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計對整個萬向傳動裝置性能具有很大的影響。 本文主要是對汽車的十字軸式萬向傳動裝置進(jìn)行設(shè)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(shè)計步驟和要求，主要進(jìn)行了以下工作： 選擇相關(guān)設(shè)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(jìn)行了總成設(shè)計主要為：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 字軸的設(shè)計，萬向節(jié)的設(shè)計、傳動軸的設(shè)計以及中間支承的設(shè)計等。并通過有限元件對設(shè)計萬向傳動裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)分析結(jié)果對萬向傳動裝置進(jìn)行改進(jìn) 優(yōu)化設(shè)計并得出合理的設(shè)計方案。 在傳動軸的設(shè)計中采用有限元技術(shù)研究這些關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)特性，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以大大縮短萬向傳動裝置總成開發(fā)周期、降低開發(fā)費用，提高設(shè)計質(zhì)量，保證其設(shè)計的精確性。 關(guān)鍵詞 ：萬向傳動裝置；十字軸；萬向節(jié)；傳動軸；有限元分析；優(yōu)化設(shè)計 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 V is in to to of is in of a on is on to to to on on on as as so to to on on to to to of in on of in of to of 1 買文檔送全套 紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 第 1 章 緒 論 題研究的目的意義 萬向傳動裝置是汽車傳動系中的重要總成，它直接與變速器和驅(qū)動橋相聯(lián)系， 用來實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞。課題研究對象是后輪驅(qū)動廣泛應(yīng)用的十字軸式萬向傳動裝置，主要零件包括傳動軸、萬向節(jié)、支撐裝置等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計對整個萬向傳動裝置性能具有很大的影響。 萬向節(jié)傳動應(yīng)適應(yīng)所聯(lián)兩軸的夾角及相對位置在一定范圍內(nèi)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(zhuǎn)，且由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動及噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易。 傳統(tǒng)的分析方法，一般都是首先通過軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩， 計算出軸的最小直徑；然后通過計算作用在軸上的載荷、不同斷面上的轉(zhuǎn)矩、軸向力和彎矩，利用解析法或圖解法確定軸不同位置的支反力，最后利用傳統(tǒng)的計算公式進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定安全系數(shù)。如果安全系數(shù)小于許用安全系數(shù)，還要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算。此過程計算繁雜，反復(fù)性強(qiáng)，而且可靠性差，很可能因為計算誤差，造成由于傳動軸強(qiáng)度不夠而引發(fā)的軸裂、軸斷事故。因此，研究一種新的準(zhǔn)確、快捷的強(qiáng)度分析方法迫在眉睫。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 件作為一種廣泛應(yīng)用 件，應(yīng)用有限元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)、動力學(xué)、熱力學(xué)和電磁學(xué)等多種分析。通過 件的應(yīng) 用，可以大大縮短軸類零件的設(shè)計周期，從而減少設(shè)計成本，并有利于多種型號產(chǎn)品的開發(fā)。 題的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 萬向傳動裝置最早出現(xiàn)于 1352 年，在 教堂時鐘機(jī)構(gòu)中的萬向節(jié)傳動軸。 1663 年 向節(jié)誕生，后來被人們叫做虎克萬向節(jié)，也就是十字軸萬向節(jié)。緊接著在 1683 年研制出的雙聯(lián)式虎克萬向節(jié)，消除了單個虎克萬向節(jié)傳遞的不等速性，并于 1901 用于汽車轉(zhuǎn)向輪。在上世紀(jì)初，虎克萬向節(jié)和傳動軸，以及后來的等速萬向節(jié)和傳動軸在機(jī)械工程和汽車工業(yè)的發(fā)展中起到了極其重要的作用?，F(xiàn)在 ，根據(jù)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，萬向節(jié)可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)是靠零件的鉸鏈?zhǔn)絺鬟f動力，又分為不等速萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)；撓性萬向節(jié)是靠彈性零件傳遞動力的，具有緩沖減震作用 1。 現(xiàn)在汽車萬向傳動裝置一般是由萬向節(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(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運動。伸縮套能自動調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動橋之間距離的變化。萬向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)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。 在 1950 年后 ,傳動軸的產(chǎn)量達(dá)到數(shù)以萬計。 1984 年主要由于汽車工業(yè)的增長，生產(chǎn)了三千五百萬套虎克萬向節(jié)傳動軸，一億二千萬套等速萬向節(jié)傳動軸，一億三樞軸式萬向節(jié)傳動軸。在國內(nèi)，近年來隨著我國汽車業(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。 2007 年中國汽車傳動軸的需求已經(jīng)突破 992萬根，產(chǎn)值達(dá)到 45 億。 2008 年汽車銷量達(dá)到 938 萬兩，而作為汽車零部件的汽車傳動軸需求量也接近 1900 萬套，產(chǎn)值達(dá)到 50 億元。倒 2010 年我國汽車傳動軸總銷售額達(dá)到 87 億之多，因次國內(nèi)也出現(xiàn)一批傳動軸制 造的廠家。但產(chǎn)品的性能與國外相比仍有相當(dāng)大的差距，具體表現(xiàn)在兩個方面：絕大多數(shù)轎車廠家對等速萬向節(jié)產(chǎn)品沒有制定出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，而國外公司對驅(qū)動軸和傳動軸的技術(shù)規(guī)定達(dá) 67 款之多，其中嚴(yán)格規(guī)定驅(qū)動半軸總成和傳動軸總成的振動頻率，目的是避免和發(fā)動機(jī)、輪胎以及其他傳動系部件發(fā)生共振，從而更加全面合理地設(shè)計汽車底盤；零件供應(yīng)商，易隨意組合中心固定型等速萬向節(jié)和伸縮型等速萬向節(jié)，從而造成總成的失衡，使汽車產(chǎn)生異常振動，出現(xiàn)異響 2。對于創(chuàng)立自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車廠家來說，造出一流汽車仍有很長的路要走。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 車萬向 傳動裝置設(shè)計主要內(nèi)容與設(shè)計思路 課題研究對象是后輪驅(qū)動廣泛應(yīng)用的十字軸式萬向傳動裝置，主要零件包括傳動軸、萬向節(jié)、支撐裝置等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計對整個萬向傳動裝置性能具有很大的影響。采用有限元技術(shù)研究這些關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)特性，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，是非常重要和必須的。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行萬向傳動裝置設(shè)計不但可以獲得最佳的萬向傳動裝置基本參數(shù)，還可以大大縮短萬向傳動裝置總成開發(fā)周期、降低開發(fā)費用，提高設(shè)計質(zhì)量，保證其設(shè)計的精確性。 1. 設(shè)計的主要內(nèi)容 本設(shè)計選擇萬向傳動軸的優(yōu)化，設(shè)計基本要求如下： （ 1） 保證所連接的兩軸的夾角及相對位置在一定范圍內(nèi)變化時，能可靠而穩(wěn)定的傳遞動力； （ 2）保證所連接的兩軸盡可能等速運轉(zhuǎn)； （ 3）使用有限元分析軟件 萬向傳動裝置的設(shè)計零部件進(jìn)行靜態(tài)分析，完成萬向傳動裝置主要部件的優(yōu)化設(shè)計從而解決工藝合理、成本低、可靠性高的設(shè)計要求； （ 4）在 析的基礎(chǔ)上完成設(shè)計圖紙。 2. 設(shè)計的基本技術(shù)路線 設(shè)計的技術(shù)路線如圖 示。 調(diào)研并查閱相關(guān)資料 確定汽車萬向傳動裝置主要參數(shù) 主要零部件的建模 主要零部件的靜態(tài)分析 主要零部件的優(yōu)化設(shè)計 萬向傳動裝置的主要零部件的設(shè)計 優(yōu)化后尺寸確定 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 圖 計技術(shù)路線圖用 完成零部件裝配 完成設(shè)計圖紙 完成畢業(yè)設(shè)計說明書 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 第 2 章 萬向傳動裝置結(jié)構(gòu)方案確定 計已知參數(shù) 本設(shè)計的已知參數(shù)如表 示 表 設(shè)計基本參數(shù) 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩 30N m/1500r/速器一擋傳動比 車總質(zhì)量 8495動橋滿載載荷 5500減速器傳動比 胎規(guī)格 向傳動裝置最左與最右兩萬向節(jié)中心之間的距離 L 2186m 向傳動的運動和受力分析 十字軸萬向節(jié)傳動 當(dāng)十字軸萬向節(jié)的主動軸與從動軸存在一定 夾角及時，主動軸的角速度 1速度 2w 之間存在如下關(guān)系 12212 c c (式中， 1 為主動軸轉(zhuǎn)角，定義為萬向節(jié)主動叉所在平面與萬向節(jié) 主、從動軸所在平面的夾角 由于 1是周期為 的周期函數(shù)，所以 2w 1w 也為同周期的周期函數(shù)。當(dāng)1 為 0、 時， 2 達(dá)最大值 為1w 當(dāng)1 為 2 、 23 時， 2w 有最小值 為 因此，當(dāng)主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動時，從動軸時快時慢，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 此即為普通十字軸萬向節(jié)傳 動的不等性 3。 十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù) k 來表示 ta ns i a w （ 如不計萬向節(jié)的摩擦損失，主動軸轉(zhuǎn)矩 1T 和從動軸轉(zhuǎn)矩 2T 與各自相應(yīng)的角速度有關(guān) 系式 2211 ，這樣有 11222 c o sc o ss T （ 顯然，當(dāng) 2w 1w 最小時，從動軸上的轉(zhuǎn)矩為最 大 T ； 當(dāng) 2w 1w 最大時， 從動軸上的轉(zhuǎn)矩為最小 T 。當(dāng) 1T 與 一定 時， 2T 在其最大值與最小值之間每 一轉(zhuǎn)變化兩次。 具有夾角 的十字軸萬向節(jié)，僅在主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和從動軸反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平 衡的。這是因為這兩個轉(zhuǎn)矩作用在不同的平面內(nèi)，在不計萬向節(jié)慣性力矩時，它們的矢量互成一角度而不 能自行封閉，此時在萬向節(jié)上必然還作用有另外的力偶矩。從萬向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動叉對十字軸的作用力偶矩，除主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 1T 之外， 還有作用在主動叉平面的彎曲力偶矩 1T 。同理，從動叉對十字軸 也作用有從動軸反轉(zhuǎn)矩 和作用在從動叉平面的彎曲力偶矩 2T 。在這四個力矩作用下，使十字軸萬向節(jié)得以平衡。下面僅討論主動叉在兩特殊位置時，附加彎曲力偶矩的大小及變化特點。當(dāng) 主動叉 處于 0 和 位置時 (圖 由于 1T 作用在十字軸平面， 1T 必為零； 而2T 的作用平面與十字軸不共平面， 2T 必有存在，且矢量 2T 垂直于矢量 2T ；合矢量 2T +2T 指向十字軸平面的法線方向，與 1T 大小相等、方向相反。這樣，從動叉上的附加 彎矩 2T =1T 當(dāng)主動叉 1 處 于 2 和 23 位置時 (圖 同理可知 2T =0， 主動叉上的附加彎矩 1T = 1T 分析可知，附加彎矩的大小是在零與上述兩最大值之間變化，其變化周期為 ，即每一 轉(zhuǎn)變化兩次。附加彎矩可引起與萬向節(jié)相連零部件的彎曲振動，可在萬向節(jié)主、從動軸支承上引起周期性變化的徑向載荷，從而激起支承處的振動。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 a) 1 =O， 1 = b) 1 = 2 ， 1 = 23 圖 字 軸 萬 向節(jié)的力偶矩 因此，為了控制附加彎矩，應(yīng)避免兩軸之間的夾角過大。 十字軸萬向節(jié)傳動 當(dāng)輸入軸與輸出軸之間存在夾角 時，單個十字軸萬向節(jié)的輸出軸相對于輸入軸是不 等速旋轉(zhuǎn)的。為使處于同一平面的輸出軸與輸人軸等速旋轉(zhuǎn)，可采用雙萬向節(jié)傳動，但必須保證同傳動軸相連的兩萬向節(jié)叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬向節(jié)夾角 1 與 2 相等 (圖 在雙萬向節(jié)傳動中，直接與輸入軸和輸出軸相連的萬向節(jié)叉所受的附加彎矩分別由相應(yīng) 軸的支承反力平衡。當(dāng)輸人軸與輸出軸平行時 (圖 直接連接傳動軸的兩萬向節(jié)叉 所受的附加彎矩彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖 雙點劃線所示的彈性彎曲，從而引起 傳動軸的彎曲振 動。當(dāng)輸入軸與輸出軸相交時 (傳動軸兩端萬向節(jié)叉上所受的 附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖 雙點劃線所示的彈性彎曲， 從而對兩端的十字軸產(chǎn)生大小相等、方向相反的徑向力。此徑向力作用在滾針軸承碗的底部，并在輸入軸與輸出軸的支承上引起反力 4。 圖 加彎矩對傳動軸的作用 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 十字軸萬向節(jié)傳動 多萬向節(jié)傳動的從動叉相對主動叉的轉(zhuǎn)角差 的計算公式與單萬向節(jié)相似，可寫成 )(22 e (式中，e為多萬向節(jié)傳動的當(dāng)量夾角； 為主動叉的初相位角； 1 為主動軸轉(zhuǎn)角。 式 (明，多萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸的運動關(guān)系，如同具有夾角e而主動 叉具有初相位 的單萬向節(jié)傳動。 假如多萬向節(jié)傳動的各軸軸線均在同一 平面，且各傳動軸兩端萬向節(jié) 叉平面之間的夾角為 0 或 2 ，則當(dāng)量夾角e為 e = 322212 (式中， 1 、 2 、3 為各萬向節(jié)的夾角。 式中的正負(fù)號這樣確定：當(dāng)?shù)谝蝗f向節(jié)的主動叉 處在各軸軸線所在的平面內(nèi)，在其余的 萬向節(jié)中，如果其主動叉平面與此平面重合定義為正，與此平面垂直定義為負(fù)。 為使多萬向節(jié)傳動的輸出軸與輸人軸等速旋轉(zhuǎn)，應(yīng)使e=0。 萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)角差會引起動力總成支承和懸架彈性元件的振動，還能 引起與輸出軸相連齒輪的沖擊和噪聲及駕駛室內(nèi)的諧振噪聲。因此，在設(shè)計多萬向節(jié)傳動時，總是希望其當(dāng)量夾角e盡可能小，一般設(shè)計時應(yīng)使空載和滿載兩種工況下的e不大于 3 。另外，對多萬向節(jié)傳動輸出軸的角加速度幅值 21w ；加以限制。對于轎車， 21w 350s 2 ；對于貨車，21w 600。 構(gòu)方案的確定 向節(jié)與傳動軸的結(jié)構(gòu)型式 汽車后驅(qū)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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 軸，它由萬向節(jié)、軸管及其伸縮花鍵等組成如圖 2.3(b),對于長軸距汽車的分段傳動軸，還需有中間支承，如圖 2.3(a)。 動軸管、伸縮花鍵及中間支承結(jié)構(gòu)方案分析 傳動軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄 (管徑較大、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲 剛度大、適于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成。 (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 圖 車傳動軸的結(jié)構(gòu)圖 伸縮花鍵具有矩形或漸開線齒形，用于補(bǔ)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(dāng)承受轉(zhuǎn)矩的花鍵在伸縮時，產(chǎn)生軸向摩擦力為式中： 傳動軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩； R 花鍵齒側(cè)工作表面的中徑； f 摩擦系數(shù)。 由于花鍵齒側(cè)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(yīng)提高鍵齒表面硬度及光潔度，進(jìn)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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 花鍵齒間的滑動摩擦的結(jié)構(gòu)如圖 鍵應(yīng)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(nèi)、外花鍵應(yīng)對中，為減小鍵齒摩擦表面間的壓力及磨損應(yīng)使鍵齒長 其最大直徑?；ㄦI齒與鍵槽應(yīng)按對應(yīng)標(biāo)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(bǔ)償。裝車時傳動軸的仲縮花鍵一端不應(yīng)靠近后驅(qū)動橋，而應(yīng)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(zhuǎn)速，避免共 1 滾柱； 2 帶有滾柱內(nèi)滾道的傳動軸管； 3 帶有滾柱外滾道的軸管 圖 有滾柱的汽車傳動軸 振，減小噪聲 6。它安裝在車架橫梁或車身底架上，應(yīng)能補(bǔ)償傳動軸的安裝誤差及適應(yīng)行駛中由于彈性懸置的發(fā)動機(jī)的竄動和車架變 形引起的位移，而其軸承應(yīng)不受或少受由此產(chǎn)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 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(shè)計時應(yīng)合理選擇支承剛度，避免在傳動軸常用轉(zhuǎn)速內(nèi)產(chǎn)生共振。擺臂式中間支承的擺臂用于適應(yīng)中間傳動軸軸線在縱向平面內(nèi)的位置變化。 66 越野汽車傳動軸的中間支承常安裝在中驅(qū)動橋殼上 ,多采用兩個圓錐滾子軸承，示 。 1 油封； 2 彈性擋圈； 3 軸承 圖 臂式中間支承 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 (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 車傳動軸的中間支承 圈 野汽車傳動軸的中間支承 向節(jié)類型分析 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(zhuǎn)向驅(qū)動橋及帶有擺動半軸的驅(qū)動橋的分段式半軸多采用等 速 萬向節(jié)外，一般驅(qū)動橋傳動軸均采用一對十字軸萬向節(jié)，如圖 2.3(b)。 1、普通十字輔萬向節(jié) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 普通十字軸萬向節(jié)如圖 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(jié)構(gòu)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(rèn)為當(dāng)磨損或壓痕超 過 0 25，十字軸萬向節(jié)就應(yīng)報廢。為了 提高其使用壽命。出現(xiàn)了各種有效的組合式潤 向節(jié)滑密封裝置，以潤滑和保護(hù)十字軸軸頸與 1 一 軸承蓋； 2、 6 一 萬向節(jié)一油嘴；滾針軸承如圖 轎車和輕型客、貨車常于 4 一 十字軸； 5 一 安全閥； 7 一 油封；裝配時封入潤滑脂潤滑以減少車輛的 8 一 滾 針 ； 9 一 軸承碗 潤 滑點，這時應(yīng)采用密封效果較好的雙刃口或 圖 通十字軸萬 向節(jié) 多刃口橡膠油封。當(dāng)需定期加注潤滑脂時，應(yīng)如圖 示將油封反裝以利在加注潤滑脂時能將陳油和磨損產(chǎn)物排出。內(nèi)，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 滾針的用向總間隙取 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(jié)構(gòu)。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 7。 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 圖 字 軸的潤滑與密封 單個十字軸萬向節(jié)不是等速萬向節(jié)，其特點是當(dāng)主動軸與從動軸之間有夾角時，不能等速傳遞而有轉(zhuǎn)角差 (圖 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(nèi)，且使萬向節(jié)的夾角 21 (圖 則可使處于同一平面內(nèi)的輸出軸與輸入軸等角黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 速旋轉(zhuǎn)。 圖 角差 與)( 21 的關(guān)系 圖 十字軸萬向節(jié)的等速傳動條件 十字軸萬向節(jié)兩軸的夾角。不宜過 大當(dāng) 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(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)簡單、不需潤滑，能減小傳動系的扭振、動載荷及噪聲。有的結(jié)構(gòu)還允許一定的軸向變形當(dāng)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(zhuǎn)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(cè)的軸線對中。圖 出了汽車撓性萬向節(jié)及其橡膠彈性元件的典型結(jié)構(gòu)圖，其中圖 (a)、圖 (b)分別為具有球面對中機(jī)構(gòu)的環(huán)形和六角形撓性萬向節(jié)：圖 (c)為橡膠 金屬套筒結(jié)構(gòu)的撓性萬向節(jié)；圖 (d)、圖 (e)分別為組合型和盤形橡膠元件。金屬套筒結(jié)構(gòu)的橡膠應(yīng)具有的物理機(jī)械特性為：抗拉強(qiáng)度不小于 1 5 相對拉伸率 不小于 350；肖氏硬度 65 75；最大擠壓應(yīng)力為 剪切彈性模量 G =工作溫度范圍為 80 。 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。如圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 (a) 球面對中機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)的撓性萬向節(jié)； (d) 組合型橡膠元件； (e)盤形橡膠元件 圖 性萬向節(jié)及其橡膠元件的典型結(jié)構(gòu) 示，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0 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(yuǎn)相等。 圖 速 萬 向節(jié)的工作原理 在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋、斷開式驅(qū)動橋和 驅(qū)動橋的車輪傳動裝置中，廣泛地采 用 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(jié)構(gòu)型式 有球籠式、球叉式、雙聯(lián)式、凸塊式和三銷式等。 綜上所述，確定傳動軸的基本方案。 本設(shè)計所選車型為前置后驅(qū)，根據(jù)經(jīng)驗采用十字軸萬向節(jié)；并且 兩萬向節(jié)中心距 為 2186 1500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 示 1 2 3 4 5 6 圖 向傳動裝置總體方案簡圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 章小結(jié) 本章介紹了萬向傳動軸的結(jié)構(gòu)類型及各自特點，對傳動軸進(jìn)行了初步的結(jié)構(gòu)選擇，根據(jù)本車的驅(qū)動型式及軸距的要求選擇兩軸三個萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)型式。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 第 3 章 萬向傳動裝置設(shè)計 向節(jié)傳動的計算載荷 萬向節(jié)傳動裝置因布置的不同，計算轉(zhuǎn)矩也不同，設(shè)計載荷的選取也是不一樣的。 本次設(shè)計為貨車傳動裝置設(shè)計，多數(shù)選用機(jī)械變速器，所以設(shè)計中不考慮液力變矩器的變扭比，則計算載荷如下： 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動比來計算 n 1中 ： 30NM n 為驅(qū)動橋的數(shù)目 n =1 1i 為變速器 1擋傳動比 1i =由變速器設(shè)計知 ） 為發(fā)動機(jī)到萬向傳動軸的傳動效率 =93% k 為液力變矩器的變矩系數(shù) k=1 為猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 即，對于性能系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 的汽車（一般貨車、礦用汽車和越野車） 計算可得： a x n 驅(qū)動輪打滑來計算 ii 022= 其中 ： 為滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷 2G = =35035N ； 2m為汽車最大加速度時的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù) ，貨車：2m=黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 2m= 為輪胎與路面間的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或瀝青路面上， 可取 m)，本設(shè)計已知輪胎規(guī)格： 根據(jù)輪胎標(biāo)號取 r =m ； ； m為主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率 ,取m=算可得： 2 ii 對萬向傳動軸進(jìn)行靜強(qiáng)度計算時，計算載荷取兩者之間的最小值，所以取 錯誤 !未找到引用源。 =m 向傳動軸的計算載荷 選是十字軸萬向節(jié)尺寸 由于十字軸萬向節(jié)主、從動叉軸轉(zhuǎn)矩 21,作用，在主、從動萬向節(jié)叉上產(chǎn)生相應(yīng)的切向力21, F t a ns t a ns c os/c ： R 切向力作用線與萬向節(jié)叉軸之間的距離； 1 轉(zhuǎn)向節(jié)主動叉軸之轉(zhuǎn)角； 轉(zhuǎn)向節(jié)主、從動叉軸之夾角。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 (a) 初始位置 021 時； (b) 主動叉軸轉(zhuǎn)角 901 時 圖 用在萬向節(jié)叉及十字軸上的力 在十字軸軸線所在的平面內(nèi)并作用于十字軸的切向力與軸向力的合力為 2121 ta ns a）為主動叉軸位于初始位置的受