開題報告汽車萬向傳動軸的設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名機(jī) 學(xué)院 2017 屆車輛工程學(xué)號課題名稱汽車萬向傳動軸的設(shè)計一、本課題的作用、意義，在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，尚待研究的問題1、作用及意義 隨著汽車行業(yè)的日漸成熟，特別是近幾十年來汽車工業(yè)大發(fā)展以來，汽車對世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人 類社會的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大影響。 現(xiàn)今生活中的汽車的普及極大的擴(kuò)大了人們的生活范圍也加快了人們 的生活節(jié)奏。因此， 汽車成為了人類生活中不可或缺的一部分。如今， 汽車的設(shè)計妖氣提高汽車的技 術(shù)水平， 使其承載能力更強(qiáng)， 動力性更好， 污染更少， 使用性能更好， 更安全， 更可靠， 更經(jīng)濟(jì)舒適。 萬向傳動軸作為汽車傳動系統(tǒng)中的重要部件，

2、 零件的結(jié)構(gòu)方案、 材料的選擇、 所受力的分析是必要的。萬向傳動軸一般由萬向節(jié)和軸管及伸縮花鍵等零件所組成， 對于軸距較長的車輛， 為了使傳動軸 的臨界轉(zhuǎn)速得到提高， 并且為了避免共振還需要在中間裝中間支承。 萬向傳動軸在汽車上的應(yīng)用比較 廣泛， 主要作用是是工作過程中相對位置不斷變化的兩根軸之間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 在發(fā)動機(jī)前置 后輪驅(qū)動的汽車上， 萬向節(jié)安裝在變速器輸出軸與驅(qū)動橋主減速器間輸入軸之間； 而前置發(fā)動機(jī)前輪 驅(qū)動的汽車省略了傳動軸， 萬向節(jié)安裝在前橋半軸與車輪之間。 在萬向傳動裝置工作過程中， 輸出軸 繞自身軸的旋轉(zhuǎn)的動力來源是由輸入軸繞其軸的旋轉(zhuǎn)提供的。 為滿足動力傳遞、 適

3、應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車運(yùn)行 時所產(chǎn)生的上下跳動所造成的角度變化。 萬向節(jié)允許被連接的零件之間存在相應(yīng)的夾角并在一定范圍 內(nèi)的變化。2、在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 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)到了 45 億元。 2008 年汽車銷量達(dá)到 938 萬輛，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 54億元。到了 2010 年我國汽車傳動軸總銷售額已達(dá) 87億元。2011年我國汽車傳動軸產(chǎn)量達(dá)到 3800 萬套以上但同時， 本土高技術(shù)產(chǎn)品汽車零部件企業(yè)面 臨采購方面的不利境界， 難以獲

4、得成長機(jī)會。 外資由于歷史上傳統(tǒng)的配套關(guān)系， 在高技術(shù)含量及高附 加值領(lǐng)域， 基本移植國外原有的配套關(guān)系。目前， 我國汽車傳動軸的價格基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。但如果 原材料價格上漲幅度超過企業(yè)承受能力，汽車傳動軸的價格將大幅度上漲。 由于車輛技術(shù)的進(jìn)步和 車輛密度的加大， 對傳動軸的性能要求也越來越高， 因此傳動軸技術(shù)需要得到飛速的發(fā)展。 它作為汽 車的重要組成部分， 其性能的好壞在很大程度上對汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性、 加速時間、 動力性及成本等方 面造成影響。此外，在常見的汽車故障中，很多的故障來自于傳動軸。因此，如何研究設(shè)計出高性能 的傳動軸，是我們亟需解決的問題。萬向傳動軸的結(jié)構(gòu)與其所連接的萬向節(jié)的

5、結(jié)構(gòu)相關(guān)。 常見的傳動軸總成主要由傳動軸及其兩端焊 接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成。 傳動軸中一般由滑動叉和花鍵軸組成的滑動花鍵， 以實(shí)現(xiàn)傳動長度的變 化。1923 年，Carl Weiss 在繼承 William Whitney 思想的基礎(chǔ)上， 克服了 “鋼球的位置在同軸軌道上 不確定” 的缺點(diǎn)， 開發(fā)了球叉式等速萬向節(jié)， 但是其帶有自身的缺點(diǎn)： 萬向節(jié)的鉸接角大約只有 30 中，很多的故障來自于傳動軸。因此，如何研究設(shè)計出高性能的傳動軸，是我們亟需解決的問題。萬向傳動軸的結(jié)構(gòu)與其所連接的萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)相關(guān)。 常見的傳動軸總成主要由傳動軸及其兩端焊 接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成。 傳動軸中一般由滑動叉和

6、花鍵軸組成的滑動花鍵， 以實(shí)現(xiàn)傳動長度的變 化。1927 年，福特工程師 Alfred Rzeppa 為鋼球?qū)虿捎昧溯o助控制裝置， 通過帶有分度桿控制的球 籠為鋼球?qū)?，這即是球籠式等速萬向節(jié)。值得注意的是， Rzeppa 的原理沒有達(dá)到“突破”的程度， 仍帶有 Whitney 萬向節(jié)的缺點(diǎn)，直到 1933 年， Bernard Stuber 對球籠式等速萬向節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，使得 內(nèi)外滾道球心軌跡發(fā)生交叉，隨后問世的 Rzeppa 萬向節(jié)的鉸接角達(dá)到 45 。1934 年 Robert Bouchard 為雪鐵龍 15CV前驅(qū)汽車發(fā)展了雙聯(lián)動式虎克萬向節(jié)。 進(jìn)而導(dǎo)致他于 1949 年產(chǎn)生了三銷式

7、等速萬向節(jié)的思想。目前世界上生產(chǎn)等速萬向節(jié)的公司有德國GKN公司、德國 ZF 公司、日本 NTN公司與美國 Dana公司等。上述公司除了在典型的固定型、伸縮型結(jié)構(gòu)上領(lǐng)先全球，GKN集團(tuán)和日本 NTN公司已研制出AAR型游滑環(huán)三柱軸式、 FOX型自由擺動軸式以及屬于 TRJ型中的 TG（滾針） 型、 TB（鋼球 ） 型移動節(jié)， 它們的共同特點(diǎn)是摩擦力、 軸向阻力較小， 傳遞扭矩能力增大。 而 GKN集團(tuán)開發(fā)的 Crosstrack（C 型 ） 和 Countertrack（X 型 ） 則是按照與傳統(tǒng) Rzeppa 等速萬向節(jié)完全不同的原理設(shè)計的。就我國國內(nèi)生產(chǎn)等速節(jié)的水平和規(guī)模而言， 尚處起步階

8、段， 現(xiàn)真正具有大批量生產(chǎn)能力的企業(yè)僅 數(shù)中德合資的上海納鐵福 （Shanghai GKN）傳動軸有限公司。然而在等速傳動軸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)取得突破的同時， 國外面臨著以 NVH（噪音 Noise 、振動 Vibration 、 嘯聲 Harshness） 為中心的許多亟待解決的問題，而萬向節(jié)所引起的噪聲和振動是這些問題的根源之 一。 另外是大活動角化， 因為汽車的最小回轉(zhuǎn)半徑取決于轉(zhuǎn)向時最大車輪偏角， 因而要求外置等速萬 向節(jié)能有盡可能大的活動角，此外還有防護(hù)罩耐高溫，回轉(zhuǎn)膨脹問題，潤滑脂研究等。汽車產(chǎn)業(yè)新形勢下的等速萬向節(jié)也更加趨向輕量化、小型化。NTN，GKN 一直在努力開發(fā)新型輕量化的等速萬

9、向節(jié)產(chǎn)品。目前國內(nèi)廣泛使用的傳統(tǒng)球籠式等速萬向節(jié)鋼球數(shù)量為 6 個,國外公司 （如 NTN）正在推廣生產(chǎn)的輕量化高性能球籠式等速萬向節(jié)（如 EBJ、EUJ、 EDJ等系列 ） ，其鋼球數(shù)量為 8個。同時，由于高頻淬火、冷鍛等技術(shù)的開發(fā)，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了可靠性。為了保證等速萬向節(jié)在汽車行駛中可靠工作，設(shè)計時必須滿足以下條件：（1）保證所有連接兩軸的相對位置在預(yù)計范圍內(nèi)變化時， 能可靠地傳遞扭矩， 并保證所連兩軸 等速旋轉(zhuǎn)；（2）萬向節(jié)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性；（3）萬向節(jié)切向和徑向位移的最大值，不應(yīng)當(dāng)嚴(yán)重地降低萬向節(jié)本身及周圍零件的工作能力；（4）萬向節(jié)摩擦副在承受高的比壓時，潤滑

10、要可靠，同時在工作時不應(yīng)有響聲；（5）萬向節(jié)能在高溫、低溫、高濕度氣候中正常工作，另外應(yīng)保證有良好的密封性。 對等速傳動軸總成性能參數(shù)的檢測主要包括擺角、偏轉(zhuǎn)角度矩（又稱擺動力矩）、擺動間隙、 移動量、移動力、軸向間隙、圓周間隙、滾動矩、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和周期循環(huán)壽命等。等速萬向節(jié)按工作時運(yùn)動情況可分為固定型等速萬向節(jié)和可伸縮型等速萬向節(jié)： 固定型等速萬向 節(jié)包括曲線槽球叉式萬向節(jié)、球籠式、三銷式和雙聯(lián)式，其允許的兩軸間相對轉(zhuǎn)角較大，可達(dá)3050，但主、從動軸間沒有軸向移動；可伸縮型等速萬向節(jié)包括直槽球叉式萬向節(jié)、帶定心機(jī)構(gòu)的 雙聯(lián)式萬向節(jié)等， 其工作特點(diǎn)是兩軸之間有相對軸向移動， 但允許的兩軸間

11、的相對轉(zhuǎn)角不能太大， 一 般不超過 20。近三十多年來， 等速節(jié)型式從基本的球籠型、 三銷型等幾種設(shè)計， 改進(jìn)擴(kuò)大到幾十種品種， 并且 各自的規(guī)格系列也日臻完善。在FF 及 4WD型汽車中等速萬向節(jié)的作用可見一斑，其優(yōu)越的動力性、操縱性為用戶帶來了更多駕駛樂趣。應(yīng)該看到， 在國內(nèi)汽車行業(yè)升溫的同時， 自主與創(chuàng)新一直是值得思考的問題。 當(dāng)前大多數(shù)國產(chǎn)汽 車采用的等速萬向節(jié)均為國外的技術(shù)成果。我們應(yīng)該積極吸收消化國外先進(jìn)的等速萬向節(jié)研究成果， 在此基礎(chǔ)上開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的等速萬向節(jié)傳動軸。3、尚待研究的問題萬向傳動軸尚待研究的問題有如下幾個方面：（1）當(dāng)前萬向傳動軸采用什么材料更加耐磨使之使用

12、壽命更加長久；（2）如何減少汽車在急轉(zhuǎn)彎時傳動軸破裂而發(fā)生的故障；（3）怎樣改進(jìn)傳動軸軸承座以及支撐，減少燒蝕，延長其使用壽命；參考文獻(xiàn)1 鄒得和,GKN推出等速萬向節(jié)的創(chuàng)新設(shè)計 J. 汽車與配件 ,2006:46-46.2 Schmelz F,Graf von H C,Seherr T,et al.伍德榮 , 等譯 , 萬向節(jié)和傳動軸 M. 北京 :北京理工大學(xué)出版社 ,1997.3 盧曦, 周萍,葉宗才, 汽車等速萬向節(jié)的現(xiàn)狀與發(fā)展 J. 機(jī)械設(shè)計與制造 ,2003（3）: 116-117.4 盧曦, 鄭松林, 球籠式等速萬向節(jié)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計 J. 機(jī)械設(shè)計 ,2007:17-20.5 陸

13、中屏 ,等速節(jié)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 J.2000:19-23.6 覃剛. 轎車等速萬向節(jié)動力學(xué)仿真分析系統(tǒng)研究及應(yīng)用 D. 武漢:華中科技大 學(xué),2003.7 羊拯民，傳動軸和萬向節(jié) M. 北京: 人民交通出版社 ,1986.8 王阿明 .等速萬向節(jié)驅(qū)動軸總成功能測試臺的建模與仿真研究 D. 上海: 上海交通大 學(xué),2010.、 完成任務(wù)的研究思路和方案通過查閱資料，我確定了如下設(shè)計方案：（1）萬向傳動軸結(jié)構(gòu)方案的確定（2）設(shè)計已知參數(shù)（3）萬向傳動運(yùn)動分析（4）萬向傳動軸的設(shè)計（5）傳動載荷的計算（6）十字軸萬向節(jié)的設(shè)計（7）滾針軸承設(shè)計（8）傳動軸初步設(shè)計（9）花鍵軸設(shè)計（10）萬向節(jié)凸緣叉連

14、接螺栓設(shè)計（11）萬向節(jié)凸緣叉叉處斷面校核（12）萬向傳動軸總裝裝配方法（12）萬向軸總成的主要技術(shù)要求（13）萬向傳動軸的使用材料（14）傳動軸的使用和保養(yǎng)具體實(shí)施如下：（1）收集課題相關(guān)資料并完成開題報告；（2）傳動軸機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計和計算；（3）關(guān)鍵零部件的設(shè)計和計算；（4）使用 autoCAD 以及 catia 畫出相關(guān)圖紙；（5）校核之前所做的任務(wù)并撰寫論文?？勺孕屑禹撊⒅笇?dǎo)教師評語建議填寫內(nèi)容： 對學(xué)生提出的方案給出評語， 明確是否同意開題， 提出學(xué)生完成上述任務(wù)的建議、 注意事項等（閱后請將本提示刪除）。（ 5 號仿宋體， 1.5 倍行距 ,A4 紙雙面打?。?。指導(dǎo)教師簽名：年月日開題注： 開題報告由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文