課程設(shè)計--轎車傳動系總體方案設(shè)計及萬向傳動軸的設(shè)計.doc

前言國內(nèi)外研究 2課題研究目的及意義 2設(shè)計任務(wù)書 3任務(wù)與背景分析 4轎車傳動系統(tǒng)方案的確定 5發(fā)動機(jī)選擇 5發(fā)動機(jī)選擇及傳動系統(tǒng)傳動比分配 5發(fā)動機(jī)最大功率 5系統(tǒng)傳動比分配 7離合器設(shè)計 7從動盤的選擇 7變速器設(shè)計 8主減速器的選擇 10主減速器的類型 10差速器的選擇 11半軸 11驅(qū)動橋橋殼 11十字萬向節(jié)傳動 14附加彎曲力偶矩的分析 16萬向傳動軸的選擇 18傳動軸管的選擇 18伸縮花鍵的選擇 18傳動軸的計算與強(qiáng)度校核 19傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速 19傳動軸計算轉(zhuǎn)矩 20傳動軸長度選擇 20傳動軸管內(nèi)外徑確定 20傳動軸扭矩強(qiáng)度校核 21十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核 21十字軸萬向節(jié)尺寸的確定與強(qiáng)度校核 22十字軸尺寸要素 23傳動軸的花鍵 24十字萬向節(jié)的軸承 25參考文獻(xiàn) 28國內(nèi)外研究汽車在1898年以前，發(fā)動機(jī)動力輸出后直接通過齒輪傳給驅(qū)動軸，因而限制了發(fā)動機(jī)的安裝位置只能緊靠驅(qū)動輪軸，使汽車的造型設(shè)計產(chǎn)生了困難。法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯雷諾，通過多年的苦心鉆研和實驗，終于試制出了萬向節(jié)和差動軸齒輪，從而解決了發(fā)動機(jī)動力必須緊靠驅(qū)動輪軸安放的限制。1898年，雷諾將公司的雷諾Dion汽車由三輪改裝成四輪微型汽車，并將萬向節(jié)和差動軸齒輪第一次裝上汽車。正因為萬向節(jié)的發(fā)明，才有了今天的前置后驅(qū)動，后置前驅(qū)動汽車，它標(biāo)志著汽車傳動技術(shù)走向成熟。經(jīng)過一百多年的發(fā)展汽車傳動技術(shù)已經(jīng)非常的成熟它已經(jīng)能夠輕易的實現(xiàn)1、減速增矩；2、可以實現(xiàn)多極乃至無極變速；3、實現(xiàn)汽車的倒駛；4、必要時中斷傳動系統(tǒng)的動力傳遞；5、使兩側(cè)的車輪具有差速作用等功能。隨著科技的不斷進(jìn)步汽車傳動技術(shù)的不斷提升，汽車傳動系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用前景越來越廣闊。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1.新產(chǎn)品研發(fā)：為適應(yīng)汽車發(fā)動機(jī)的“個性化”需求，汽車鏈研發(fā)將向著小節(jié)距、高轉(zhuǎn)速、多品種方向發(fā)展，而汽車發(fā)動機(jī)用滾子鏈、套筒鏈、齒形鏈三種結(jié)構(gòu)型式的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃凇案偁帯焙汀昂献鳌碑?dāng)中不斷發(fā)展、互相補(bǔ)充。新型的多功能張緊器、導(dǎo)向器及其附件的耐磨材料也將不斷升級換代。2.先進(jìn)制造技術(shù)：為滿足主機(jī)廠對汽車鏈產(chǎn)品越來越高的可靠性要求，汽車鏈產(chǎn)品將不斷地采用先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)、裝配技術(shù)、表面處理技術(shù)、強(qiáng)化技術(shù)、檢驗和試驗技術(shù)。3.新的嚙合機(jī)制：一種新型的數(shù)字化設(shè)計的內(nèi)-外復(fù)合嚙合機(jī)制的齒形鏈和一種具有非圓異形孔鏈板的內(nèi)-外嚙合有序交替排列的新型Hy-Vo鏈將越來越廣泛地在汽車發(fā)動機(jī)上應(yīng)用。4.高性能指標(biāo)：主要研究汽車鏈產(chǎn)品的疲勞壽命分布規(guī)律、高可靠度下的耐磨性及其磨損失效機(jī)理、在高速區(qū)的多沖與膠合特性、嚴(yán)格的清潔度指標(biāo)以及噪聲頻譜實時分析等。課題研究目的及意義汽車是一種高效率的運輸工具，它的運輸效率高低很大程度上取決于汽車的傳動系統(tǒng)。汽車傳動系的基本功能就是將發(fā)動機(jī)發(fā)出的動力傳給驅(qū)動車輪。它的首要任務(wù)就是與汽車發(fā)動機(jī)協(xié)同工作，以保證汽車能在不同使用條件下正常行駛，并具有良好的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。汽車傳動系統(tǒng)作為連接汽車動力源和驅(qū)動輪的紐帶，在這方面起著十分重要的作用。設(shè)計良好的傳動系統(tǒng)，總是能夠?qū)l(fā)動機(jī)輸出的功更好的傳遞給用于驅(qū)動汽車行駛的驅(qū)動輪。所以研究和設(shè)計出高效率的汽車傳動系統(tǒng)在提高能源利用率、改善汽車性能等方面具有極大的意義。動力性是指汽車在良好的路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速度。汽車的動力性是汽車各種性能中最基本最重要的性能，它主要受控于汽車傳動系統(tǒng)各個參數(shù)的選定。燃油經(jīng)濟(jì)性是指在保證動力的情況下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟(jì)行駛的能力，燃油經(jīng)濟(jì)性好，可以降低汽車的使用費用、減少國家對進(jìn)口石油的依賴性、節(jié)省石油資源；同時降低了發(fā)動機(jī)產(chǎn)生有害氣體的排放量，起到保護(hù)環(huán)境的作用。由于節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)是全球可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容所以對汽車傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計具有重大的意義。同時也受到各國政府和汽車制造業(yè)的重視。為此，我們設(shè)計汽車的傳動系統(tǒng)不僅要具備以下的功能： 1、減速和變速 2、實現(xiàn)汽車倒駛 3、必要時中斷傳動 4、差速作用 良好的的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性也是重中之重轎車傳動系總體方案設(shè)計及萬向傳動軸的設(shè)計設(shè)計任務(wù)書一、任務(wù)：1、確定傳動系方案及發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)。2、確定傳動系的傳動比。3、設(shè)計萬向節(jié)和傳動軸。4、編制設(shè)計說明書。二、原始條件：車型 微型轎車驅(qū)動形式 FF42發(fā)動機(jī)位置 前置、橫置最高車速 Umax=120km/h最大爬坡度 imax30%汽車總質(zhì)量 ma=1020kg滿載時前軸負(fù)荷率 50%外形尺寸 總長La總寬Ba總高Ha=350014451470mm3迎風(fēng)面積 A0.78 BaHa空氣阻力系數(shù) CD=0.35軸距 L=2300mm前輪距 B1=1440mm后輪距 B2=1420mm車輪半徑 r=300mm離合器 單片干式摩擦離合器變速器 兩軸式、四擋任務(wù)與背景分析由于汽車的傳動系統(tǒng)的組成有離合器、變速器、萬向節(jié)、驅(qū)動橋、差速器、半軸、主減速器以及傳動軸等等零部件。它的布置方案又分為機(jī)械式傳動系統(tǒng)的布置方案和液力式傳動系統(tǒng)的布置方案。這兩個方案又各自分成不同的小的方案，每個小的方案也有自己不同的零件選擇標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和不同的布置方案方法。離合器處于傳動系的首端，用來切斷和實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞，以保證：在起步時將發(fā)動機(jī)與傳動系平順地結(jié)合，使汽車能平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少變速器中齒輪之間的沖擊，便于換擋；在工作中受到大的動載荷時保護(hù)傳動系，防止其受過大的載荷。變速器的功用是：在不同的使用條件下，改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車得到不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作；保證汽車能倒退行駛和在滑行或停車時使發(fā)動機(jī)和傳動系保持分離；需要時還應(yīng)有動力輸出的功能。多軸驅(qū)動汽車上設(shè)有分動器，用于將變速器輸出的動力分配給各驅(qū)動橋。萬向傳動裝置主要由萬向節(jié)和傳動軸組成，將變速器或者是分動器發(fā)出的動力輸送給驅(qū)動橋。驅(qū)動橋位于汽車傳動系統(tǒng)的末端，主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動橋殼等組成。其功用是將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩通過主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動車輪，實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩；通過主減速器圓錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向；通過差速器實現(xiàn)兩側(cè)車輪差速作用，保證內(nèi)、外側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。轎車傳動系統(tǒng)方案的確定 一開始就對汽車傳動系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計，這將是個工作量巨大的工程，也會面臨很多困難。所以我們將采用模塊化的設(shè)計思想，將汽車傳動系統(tǒng)分解為離合器、變速器、分動器（多軸驅(qū)動）、萬向傳動裝置和驅(qū)動橋等幾大模塊。按照各個模塊所要完成的功能，分別對其進(jìn)行設(shè)計。最后將各個模塊組成為一個整體，完成整個系統(tǒng)所要求的功能，從而確定最終的傳動系統(tǒng)方案。發(fā)動機(jī)選擇發(fā)動機(jī)選擇及傳動系統(tǒng)傳動比分配所設(shè)計的轎車的總質(zhì)量1020KG，驅(qū)動形式為發(fā)動機(jī)前置、前輪驅(qū)動，汽車的最高時速為Umax=120km/h。查相關(guān)資料參照吉利GX2進(jìn)行設(shè)計。發(fā)動機(jī)最大功率汽車的動力性能在很大程度上取決于發(fā)動機(jī)的功率值。發(fā)動機(jī)功率越大，動力性能就越好，粗略估計發(fā)動機(jī)功率時，可根據(jù)所要求的最大車速來確定，即：式中 最大功率，；傳動系效率，取；重力加速度，；滾動阻力系數(shù)，轎車取f=0.016；空氣阻力系數(shù)CD=0.35；汽車正面投影面積，由設(shè)計說明說中數(shù)據(jù)可知 A0.78 BaHa=1.66 最高車速，Umax=120km/h。；汽車總質(zhì)量，。ma=1020KG將以上數(shù)據(jù)代入：1020*10*0.016*120 0.35*1.66*120*120*120 3600 + 76140 Pemax=0.95()Pemax=0.95(54.4+13.19)=63.96KW 最大功率轉(zhuǎn)速一般車型的最大功率轉(zhuǎn)速都在5000-8000轉(zhuǎn)/分左右，微型轎車汽油機(jī)的取6000r/min發(fā)動機(jī)型號確定根據(jù)以上數(shù)據(jù)，并結(jié)合同類型汽車所選擇的發(fā)動機(jī)型號，我們將該車型的發(fā)動機(jī)型號定為：。MR479QMR479Q發(fā)動機(jī)的參數(shù)如表：額定轉(zhuǎn)速下功率63/6000最大扭矩110/5200系統(tǒng)傳動比分配汽車傳動系主要包括離合器、變速箱、傳動軸、分動器、驅(qū)動橋等。在整個傳動系中，有減速功能的部分為：變速箱、驅(qū)動橋，由于驅(qū)動橋采用單級主減速器的形式，則最小傳動比0.6最大傳動比8變速箱各檔傳動比如表23：1檔2檔3檔4檔 5檔 倒檔3.7042.021.41410.802 3.502離合器設(shè)計離合器的功用：1、）保證汽車平穩(wěn)起步這是離合器的首要功能。2、）保證傳動系換檔時工作平順3、）防止傳動系過載離合器按傳遞轉(zhuǎn)矩的方式不同，可分為摩擦式、液力式、電磁式和綜合式四種。在機(jī)械式傳動系統(tǒng)中，以摩擦式離合器的應(yīng)用最為廣泛。摩擦式離合器根據(jù)摩擦原理設(shè)計，其摩擦片的形狀有盤式、片式和錐式，后兩種形式已被淘汰。盤式離合器按從動盤的數(shù)目可分為單片、雙片和多片三類。離合器的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)車型、使用條件、制造條件等合理選擇離合器的結(jié)構(gòu)方案。從動盤的選擇單片式離合器的結(jié)構(gòu)簡單、分離徹底、尺寸緊湊、從東部分轉(zhuǎn)動慣量小、散熱型號、調(diào)整方便，只需在結(jié)構(gòu)上采用適當(dāng)措施便可保證其結(jié)合平順。因此它廣泛應(yīng)用在小轎車和中小型載貨汽車上。選擇單片干式離合器變速器設(shè)計變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動比的齒輪傳動裝置。又稱變速箱。汽車變速器多為機(jī)械式變速箱，它主要應(yīng)用了齒輪傳動的降速原理。簡單的說，變速箱內(nèi)有多組傳動比不同的齒輪副，而汽車行駛時的換檔行為，也就是通過操縱機(jī)構(gòu)使變速箱內(nèi)不同的齒輪副工作。如在低速時，讓傳動比大的齒輪副工作，而在高速時，讓傳動比小的齒輪副工作。欲保證重型汽車具有良好的動力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，必須擴(kuò)大變速器傳動比的范圍并增加檔位數(shù)。為避免變速器的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜和便于系列化生產(chǎn)，多采用組合式機(jī)械變速器。由設(shè)計任務(wù)書可知，變速器選擇為兩軸式、四擋變速器則兩軸四檔變速器的結(jié)構(gòu)簡圖為驅(qū)動橋的選擇驅(qū)動橋由主減速器、差速器、半軸及橋殼組成。它的作用是將萬向傳動裝置傳來的動力折過90角，改變力的傳遞方向，并由主減速器降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩后，經(jīng)差速器分配給左右半軸和驅(qū)動輪。： 主減速器的選擇主減速器主要由主、從動錐齒輪及其支承調(diào)整裝置、主減速器殼等組成。主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和渦輪蝸桿，我們選擇圓柱齒輪傳動。主減速器是汽車傳動系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件。對發(fā)動機(jī)縱置的汽車來說，主減速器還利用錐齒輪傳動以改變動力方向。主減速器的類型1 、按參加傳動的齒輪副數(shù)目，可分為單級式主減速器和雙級式主減速器。有些重型汽車又將雙級式主減速器的第二級圓柱齒輪傳動設(shè)置在兩側(cè)驅(qū)動車輪附近，稱為輪邊減速器。2 、按主減速器傳動比的個數(shù)，可分為單速式主減速器和雙速式主減速器。3 、按齒輪副的結(jié)構(gòu)形式，可分為圓柱齒輪式主減速器和圓錐齒輪式主減速器。 根據(jù)實際需求我們選擇單級主 減速器。差速器的選擇汽車左右車輪行駛的路程往往存在差別，為了適應(yīng)這一特點，在驅(qū)動橋的左右車輪之間都裝有差速器。大多數(shù)汽車都是采用普通錐齒輪式差速器，差速器的外殼安裝在主減速器的從動齒輪上，所以差速器齒輪參數(shù)的選擇應(yīng)該與主減速器的協(xié)調(diào)。差速器通常按其工作特性分為齒輪式差速器和防滑差速器兩大類。 齒輪式差速器：當(dāng)左右驅(qū)動輪存在轉(zhuǎn)速差時，差速器分配給慢轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩大于快轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩。這種差速器轉(zhuǎn)矩均分特性能滿足汽車在良好路面上正常行駛。但當(dāng)汽車在壞路上行駛時，卻嚴(yán)重影響通過能力。防滑差速器：防滑差速器的特點是，當(dāng)一側(cè)驅(qū)動輪在壞路上滑轉(zhuǎn)時，能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給在良好路面上的驅(qū)動輪，以充分利用這一驅(qū)動輪的附著力來產(chǎn)生足夠的驅(qū)動力，使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。半軸半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為半浮式，3/4浮式和全浮式，由于所設(shè)計汽車為微型轎車故采用半浮式半軸，半軸是差速器與驅(qū)動輪之間傳遞扭矩的實心軸，其內(nèi)端一般通過花鍵與半軸齒輪連接，外端與輪轂連接。驅(qū)動橋橋殼橋殼是安裝主減速器、差速器、半軸、輪轂和懸架的基礎(chǔ)件，主要作用是支承并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等。同時，它又是行駛系的主要組成件之一驅(qū)動橋殼大致可分為可分式，整體式和組合式三種形式。1.選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。2.外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。主要是指主減速器尺寸盡量小。3.齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。4.在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率。5.在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。6.與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運動協(xié)調(diào)，對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運動相協(xié)調(diào)。7.結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便?？蛇x擇組合式鋼板沖壓焊接式驅(qū)動橋殼。萬向傳動軸的設(shè)計萬向傳動軸由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還加裝中間支承。它主要用來在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。萬向傳動軸設(shè)計應(yīng)滿足如下基本要求：1)保證所連接的兩軸相對位置在預(yù)計范圍內(nèi)變動時，能可靠地傳遞動力。2)保證所連接兩軸盡可能等速運轉(zhuǎn)。由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。3)傳動效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易等。萬向傳動軸在汽車上應(yīng)用比較廣泛。在發(fā)動機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動的汽車上，由于彈性懸架的變形，變速器或分動器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸的軸線相對位置經(jīng)常變化，所以普遍采用十字軸萬向傳動軸。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，內(nèi)、外半軸之間的夾角隨行駛需要而變，這時多采用等速萬向傳動軸。當(dāng)后驅(qū)動橋為獨立懸架時，也必須采用萬向傳動軸。萬向節(jié)按扭轉(zhuǎn)方向是否有明顯的彈性，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)竭B接傳遞動力的，可分成不等速萬向節(jié)(如十字軸式)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)(如雙聯(lián)式、凸塊式、三銷軸式等)和等速萬向節(jié)(如球叉式、球籠式等)。撓性萬向節(jié)是靠彈性零件傳遞動力的，具有緩沖減振作用。不等速萬向節(jié)是指萬向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時， 輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時角速度比傳遞運動，但平均角速度比為1的萬向節(jié)。準(zhǔn)等速萬向節(jié)是指在設(shè)計角度下工作時以等于1的瞬時角速度比傳遞運動，而在其它角度下工作時瞬時角速度比近似等于1的萬向節(jié)。輸出軸和輸入軸以等于1的瞬時角速度比傳遞運動的萬向節(jié)，稱之為等速萬向節(jié)?；疽螅?.保證所連接的兩根軸的夾角及相對位置在一定范圍內(nèi)變動時，能可靠而穩(wěn)定地傳遞動力。 2.保證傳動盡可能同步，所連接兩軸盡可能等速運轉(zhuǎn)。 3.由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應(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。 4.傳動效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易等。在普通汽車傳動裝置中，因十字軸式剛性萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、傳動可靠等優(yōu)點而得到了廣泛應(yīng)用。十字軸式剛性萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)度高、耐久性好，生產(chǎn)性高，生產(chǎn)成本較低，且傳動可靠，效率較高，目前允許兩傳動軸之間的交角一般為1520，在連接角較小時大都使用這種萬向節(jié)。十字軸式剛性萬向節(jié)結(jié)構(gòu)如圖十字軸式剛性萬向節(jié)在微型轎車設(shè)計中中，選定為十字軸式萬向傳動裝置，即采用單節(jié)式萬向傳動軸，其兩端用普通萬向節(jié)分別與變速器和驅(qū)動橋連接。裝配時，要滿足：傳動軸兩端的萬向節(jié)叉在同一平面內(nèi) ；輸入軸、輸出軸與傳 動軸的夾角相等，即1=2。輸入軸與輸出軸的夾角保證滿載時，實現(xiàn)等速傳動。萬向傳動軸的計算載荷 該設(shè)計萬向傳動裝置用于變速器與驅(qū)動橋之間，則按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和1擋傳動比來確定，即： Tse1=kdTemaxki1ifn 其中： 為發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩110NM n 為驅(qū)動橋的數(shù)目 n=1 為變速器1擋傳動比 =3.996（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 =90% 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) 即，對于性能系數(shù) 的汽車（一般貨車、礦用汽車和越野車） 代入數(shù)據(jù)，計算得 Tse1=422 Nm十字萬向節(jié)傳動運動分析 如下圖所示，設(shè)主動叉由初始位置轉(zhuǎn)過1角，從動叉相應(yīng)轉(zhuǎn)過2角， 萬向節(jié)的運動分析1-主動叉 2-從動叉 3-十字軸由機(jī)械原理分析可以得出如下關(guān)系式 tan1=tan2cos 當(dāng)十字軸萬向節(jié)的主動軸與從動軸存在一定夾角時，主動軸角速度1與從動軸的角速度2之間存在如下的關(guān)系 21=cos1-（sin）2（cos1）2 由于cos1是周期為2的周期函數(shù)，所以21也為同周期函數(shù)。當(dāng)1為0、2時，2達(dá)到最大值2max且為1cos；當(dāng)1為2、32時，2有最小值2min且為1cos。因此，主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動時，從動軸時快時慢，即為普通十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性。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 k= 2max-2min1 =sintan 如不計萬向節(jié)的摩擦損失，主動軸轉(zhuǎn)矩和從動軸轉(zhuǎn)矩與各自相應(yīng)的角速度有關(guān)系式T11 = T22因此可得 T2 = 1-（sin）2（cos1）2cosT1 附加彎曲力偶矩的分析 具有夾角的十字軸萬向節(jié)，僅在主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和從動軸反作用下是不能平衡的。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T1之外，還有作用在主動叉平面的彎曲力偶矩T1。同理，從動叉對十字軸也作用有從動軸反轉(zhuǎn)矩T2和作用在從動叉平面的彎曲力偶矩T2。在這四個力矩作用下，使十字軸萬向節(jié)得以平衡。當(dāng)主動叉處于0和位置時，由于T1作用在十字軸平面，T1必為零；而T2的作用平面與十字軸不共平面，必有T2存在，且矢量T2垂直于矢量T2;合矢量T2+T2指向十字軸平面的法線方向，與T1大小相等、方向相反。這樣，從動叉上的附加彎矩 T2 = T1sin。 當(dāng)主動叉處于2和32位置時，同理可知 T2=0,主動叉上的附加彎矩T1=T1tan。 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，即每一圈變化兩次。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。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)的允許范圍萬向節(jié)安裝位置或相聯(lián)兩總成夾角 不大于離合器與變速器；變速器與分動器（相聯(lián)總成均裝在車架上） 13驅(qū)動橋傳動軸汽車滿載靜止時一般汽車 6 越野汽車 12行駛中極限夾角 一般汽車 1520 短軸距越野汽車 30 十字萬向節(jié)的力偶矩(主動叉處于0和位置)十字萬向節(jié)的力偶矩(主動叉處于2和32位置)萬向傳動軸的選擇傳動軸管的選擇 傳動軸的長度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設(shè)計決定。設(shè)計時應(yīng)保證在傳動軸長度處在最大值時，花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長度；而在長度處于最小時，兩者不頂死。傳動軸夾角大小會影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動效率和十字軸的不均勻性。變化范圍為3。傳動軸經(jīng)常處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，所以軸的材料查機(jī)械零件手冊選取40CrNi，適用于很重要的軸，具有較高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。傳動軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁?。?.53.0mm）、管徑較大、易質(zhì)量平衡、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲剛度高、適用高速旋轉(zhuǎn)的電焊鋼管制成。伸縮花鍵的選擇選擇矩形花鍵，用于補(bǔ)償由于汽車行駛時傳動軸兩端萬向節(jié)之間的長度變化。為減小阻力及磨損，對花鍵齒磷化處理或噴涂尼龍，外層設(shè)有防塵罩，間隙小一些，以免引起傳動軸的震動?；ㄦI齒與鍵槽按對應(yīng)標(biāo)記裝配，以保持傳動軸總成的動平衡。動平衡的不平衡度由電焊在軸管外的平衡片補(bǔ)償。裝車時傳動軸的伸縮花鍵一端應(yīng)靠近變速器，減小其軸向阻力和磨損。其結(jié)構(gòu)圖如下: 萬向傳動軸花鍵軸結(jié)構(gòu)簡圖 1-蓋子；2-蓋板；3-蓋墊；4-萬向節(jié)叉；5-加油嘴；6-伸縮套； 7-滑動花鍵槽；8-油封；9-油封蓋；10-傳動軸管傳動軸的計算與強(qiáng)度校核傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速 長度一定時，傳動軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速，就是當(dāng)傳動軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動頻率時，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動軸折斷時的轉(zhuǎn)速。傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速nk（r/min）為，安全系數(shù)K取1.2，適用于一般精度的伸縮花鍵 nmax = nw = 5500 r/min （nw為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速）安全系數(shù)k k = nknmax = 1.2 nk = 1.2nmax = 6600 rmin 傳動軸計算轉(zhuǎn)矩 T1 = Twi1 = 593.99610390% = 212187 Nmm 傳動軸長度選擇 根據(jù)軸距 1800mm,初選傳動軸支承長度為（12503.6）mm，花鍵軸長度應(yīng)小于支承長度，滿足萬向節(jié)與傳動軸的間隙要求，取花鍵軸長度為（11002.5）mm傳動軸管內(nèi)外徑確定 nk =1.2108 Dc2+dc2Lc2 = 6600 rmin 得 Dc2+dc2 = （6600125021.2108）2 = 7385.3 又 1.5 mm Dc - dc2 3 mm根據(jù)電焊鋼管外徑6095mm的標(biāo)準(zhǔn)資料（從冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB242-63中選?。?初選 DC = 63.5 mm ，則 dc = 7385.3-Dc2 = 58 mm 其中 Lc 為傳動軸長度(mm)，即兩萬向節(jié)中心的距離 Dc和dc分別為傳動軸軸管的外、內(nèi)徑(mm) 傳動軸扭矩強(qiáng)度校核 由于傳動軸只承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而不承受彎曲應(yīng)力，所以只需校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，根據(jù)公式有 c = 16DcdcDC4 - dc4 = 1663.52121873.1463.54-584 =13.8 MPa c = 300 MPa（c為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力）十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核 為便于設(shè)計時確定十字軸總成尺寸，表列出了不同噸位載重汽車十字軸按所示尺寸的范圍 推薦采用的十字軸總成及花鍵尺寸載重質(zhì)量 t 十 字 軸 總 成 mm花鍵外型外徑mm花鍵工作長度mm十 字 軸滾 針軸 承 套Hdhh1L滾針數(shù) nD套C11.59018162031422324直35958522.59022212631826354直3895653410825242931829394直50855712734242931838504直6511581014734303532438504直6511515251654530373245061.54直70115十字軸萬向節(jié)尺寸的確定與強(qiáng)度校核 按表8-1所示，初步確定十字軸萬向節(jié)的尺寸，然后利用強(qiáng)度校核公式進(jìn)行其軸頸彎曲應(yīng)力的校核。(十字軸要素見8-1圖)初步選定 H = 90 mm d = 18 mm h = 16 mm h1 = 20 mm d0 = 6 mm； s = 8 mm r = 37 mm (自十字軸受力示意圖)十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力 w 應(yīng)滿足 w = 32dFsd2-d02 其中 d - 十字軸徑，mm F = Ts2r Ts 為萬向傳動的計算轉(zhuǎn)矩，Nmmr 為合力F作用線到十字軸中心的距離，mm s - 合力F作用線到軸頸根的距離，mm do- 十字軸油道孔直徑，mm代入數(shù)據(jù)可得 w = 321821218783.14184-64237 =40.5 MPa w 式中 w 為彎曲應(yīng)力許用值，為250300MPa。則可得，十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力滿足要求。 十字軸尺寸要素十字軸軸頸的切應(yīng)力應(yīng)滿足 = 4Fd2-d02 = 42121873.14182-62237 (8.2) =12.7MPa 式中為切應(yīng)力 的許用值，為80120MPa。則，十字軸軸頸的切應(yīng)力滿足要求。 十字軸受力示意圖傳動軸的花鍵滑動花鍵連接套為了后橋跳動時補(bǔ)償傳動軸長度變化而設(shè)置的?；ㄦI軸頭應(yīng)壓入管口進(jìn)行焊接。傳動軸帶花鍵的一端，為靜止時位置較高的一端。傳動軸花鍵的尺寸按表推薦的數(shù)值進(jìn)行初定，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)選取，最后進(jìn)行強(qiáng)度校核。目前國產(chǎn)汽車的傳動軸花鍵一般為矩形齒，它以內(nèi)徑或側(cè)面定心，保證傳動軸運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。國外也有根據(jù)用戶要求使用漸開線花鍵的。初步確定花鍵的尺寸 d1 = 35 mm d2 = 26 mm Z = 10 L0 = 99其中 d1 - 花鍵外徑，mm d2 - 花鍵內(nèi)徑，mm Z - 花鍵的齒數(shù) L0 - 花鍵鍵齒的有效長度 對于傳動軸花鍵，主要計算花鍵的擠壓應(yīng)力。在硬度大于HRC35時，傳動伸縮花鍵的許用擠壓應(yīng)力為2550 MPa 。 即 c = Td1+d24d1-d22ZL0 其中 T 傳動軸的計算轉(zhuǎn)矩 代入數(shù)據(jù)可得 c = 21218735+26435-2621099 = 3.1 MPa c即，傳動軸花鍵的尺寸符合要求。十字萬向節(jié)的軸承 萬向節(jié)軸承可以認(rèn)為是由滾針、密封及軸承套所組成。軸承以總成方式把萬向節(jié)叉連接起來，軸承套用鋼制作，其硬度大于HRC60。軸承應(yīng)具有易于裝入萬向節(jié)叉的外形。萬向節(jié)軸承常用的滾動體是滾針。當(dāng)軸承套的尺寸一定時，應(yīng)選用小直徑滾針配用較粗的軸頸，同時增加滾針數(shù)目，以降低滾針與軸頸間的接觸應(yīng)力，但滾針直徑不得小于1.6 mm，以免壓碎，而且差別要小，否則會加重載荷在滾針間分配的不均勻性，一般控制在0.003mm以內(nèi)。滾針軸承徑向間隙過大時，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；間隙過小時，有可能出現(xiàn)