傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及校核

1、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及校核第一章 輕型貨車原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩：最大扭矩·m/2000r/min；軸距：3300mm；變速器傳動(dòng)比: 五擋1 ，一擋，輪距：前輪1440毫米，后輪1395毫米，載重量2500千克 設(shè)計(jì)要求：第二章 萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求 萬向傳動(dòng)軸一般是由萬向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支承組成。主要用于在工作過程中相對(duì)位置不節(jié)組成。伸縮套能自動(dòng)調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋輸入軸兩軸線夾角的變化，并實(shí)現(xiàn)兩軸的等角速傳動(dòng)。一般萬向節(jié)由十字軸、十字軸承和凸緣叉等組成。 傳動(dòng)軸是一個(gè)高轉(zhuǎn)速、少支承的旋轉(zhuǎn)體，因斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和

2、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。重型載貨汽車根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式的不同選擇不同型式的傳動(dòng)軸。一般來講4×2驅(qū)動(dòng)形式的汽車僅有一根主傳動(dòng)軸。6×4驅(qū)動(dòng)形式的汽車有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸。6×6驅(qū)動(dòng)形式的汽車不僅有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸，而且還有前橋驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸。在長軸距車輛的中間傳動(dòng)軸一般設(shè)有傳動(dòng)軸中間支承它是由支承架、軸承和橡膠支承組成。 傳動(dòng)軸是由軸管、伸縮套和萬向此它的動(dòng)平衡是至關(guān)重要的。一般傳動(dòng)軸在出廠前都要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，并在平衡機(jī)上進(jìn)行了調(diào)整。因此，一組傳動(dòng)軸是配套出廠的，在使用中就應(yīng)特別注意。圖 2-1 萬向傳動(dòng)裝置的工作原理及功用圖 2-2 變速器與驅(qū)動(dòng)

3、橋之間的萬向傳動(dòng)裝置 基本要求： 1.保證所連接的兩根軸相對(duì)位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能可靠地傳遞動(dòng)力。 2.保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。 3.由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。 4.傳動(dòng)效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易等第三章 輕型貨車萬向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析及選型 由于貨車軸距不算太長，且載重量噸屬輕型貨車，所以不選中間支承，只選用一根主傳動(dòng)軸，貨車發(fā)動(dòng)機(jī)一般為前置后驅(qū),由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器輸出軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常變化,根據(jù)貨車的總體布置要求，將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開一段距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所

4、以采用十字軸萬向傳動(dòng)軸，為了避免運(yùn)動(dòng)干涉,在傳動(dòng)軸中設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié),以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸長度的變化。空心傳動(dòng)軸具有較小的質(zhì)量，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，比實(shí)心傳動(dòng)軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，所以此傳動(dòng)軸管采用空心傳動(dòng)軸。 傳動(dòng)軸的長度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸長度處在最大值時(shí)，花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長度；而在長度處于最小時(shí)，兩者不頂死。傳動(dòng)軸夾角大小會(huì)影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動(dòng)效率和十字軸的不均勻性。變化范圍為3。 傳動(dòng)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(cè)選取40crni，適用于很重要的軸，具有較高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 傳動(dòng)軸管選

5、擇 傳動(dòng)軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁薄（）、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。 伸縮花鍵選擇 選擇矩形花鍵，用于補(bǔ)償由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)軸兩端萬向節(jié)之間的長度變化。為減小阻力及磨損，對(duì)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(dòng)軸的震動(dòng)?；ㄦI齒與鍵槽按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以保持傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。動(dòng)平衡的不平衡度由電焊在軸管外的平衡片補(bǔ)償。裝車時(shí)傳動(dòng)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:圖 3-1 萬向傳動(dòng)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(dòng)花鍵槽；8-油封

6、；9-油封蓋；10-傳動(dòng)軸管第四章 萬向傳動(dòng)軸計(jì)算及強(qiáng)度校核 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速 長度一定時(shí)，傳動(dòng)軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動(dòng)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(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動(dòng)頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動(dòng)軸折斷時(shí)的轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速nk（r/min）為，安全系數(shù)k取，適用于一般精度的伸縮花鍵則有 （為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速） ， 傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 傳動(dòng)軸長度選擇 根據(jù)軸距3300mm，初選傳動(dòng)軸支承長度為 mm，花鍵軸長度應(yīng)小于支承長度，滿足萬向節(jié)與傳動(dòng)軸的間隙要求，取花鍵軸長度為 傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定得又初取 ， 則lc為傳動(dòng)軸長度（mm），即兩

7、萬向節(jié)中心之間的距離；dc和dc分別為傳動(dòng)軸軸管的內(nèi)、外徑（mm） 傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 由于傳動(dòng)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 （為軸管許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力）上式說明設(shè)計(jì)參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求 花鍵內(nèi)外徑確定 取安全系數(shù)，則 為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 為花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，取 花鍵外徑 花鍵內(nèi)徑 為花鍵有效工作長度 b為鍵齒寬 為花鍵齒數(shù) 由于花鍵齒側(cè)許用擠壓應(yīng)力較小，所以選用lh較大尺寸的花鍵，查gb/t1144-2001，取,，。 花鍵擠壓強(qiáng)度校核 當(dāng)花鍵齒面硬度為35hrc時(shí)，許用擠壓應(yīng)力為則,滿足花鍵擠壓強(qiáng)度。 傳動(dòng)軸形位公差確定 通過查手冊(cè)中軸的公差及基本偏差表，

8、確定軸選用配合e7，此配合適用于有明顯間隙、易于轉(zhuǎn)動(dòng)的支承配合，花鍵根據(jù)手冊(cè)查得dh為f7，dh為a11，b為d10，由此可確定軸的外徑和內(nèi)徑分別為mm mm，花鍵外徑跟內(nèi)徑分別為，。 傳動(dòng)軸總成的不平衡是傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)的一個(gè)激勵(lì)源，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪聲。萬向節(jié)中十字軸的軸向竄動(dòng)、傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵中的間隙、傳動(dòng)軸總成兩端連接處的定心精度、高速回轉(zhuǎn)時(shí)傳動(dòng)軸的彈性變形、傳動(dòng)軸上點(diǎn)焊平衡片時(shí)的熱影響等因素，都能改變傳動(dòng)軸總成的不平衡度。提高滑動(dòng)花鍵的耐磨性和萬向節(jié)花鍵的配合精度、縮短傳動(dòng)軸長度并增加其彎曲剛度，都能降低傳動(dòng)軸的不平衡度。為了消除點(diǎn)焊平衡片的熱影響，應(yīng)在冷卻后再進(jìn)行動(dòng)平衡

9、檢驗(yàn)。傳動(dòng)軸的不平衡度，對(duì)于所設(shè)計(jì)的貨車，在10004000r/min時(shí)不大于50。傳動(dòng)軸總成的徑向全跳動(dòng)不大于。軸管兩端的擺差在其兩端不大于。 第五章 十字萬向節(jié)的設(shè)計(jì)及校核 結(jié)構(gòu)方案選擇十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動(dòng)效率高，生產(chǎn)成本低，但所連接的兩軸夾角不宜太大。當(dāng)夾角增加時(shí)，萬向節(jié)中的滾針軸承壽命將下降。普通的十字軸式萬向節(jié)主要由主動(dòng)叉，從動(dòng)叉，十字軸，滾針軸承及軸向定位件和橡膠封件等組成。 計(jì)算傳動(dòng)軸載荷由于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)，根據(jù)表4-1，位置采用：用于變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比來確定tse1=kdtemaxki1if/n tss1= g2 m2rr/

10、i0imm 根據(jù)富利卡數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩temax=285nm驅(qū)動(dòng)橋數(shù)n=1，發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率=，液力變矩器變矩系數(shù)k=(k0 -1）/2+1=,滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷g2=65%mag=*5000*=31850n，發(fā)動(dòng)機(jī)最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù)m2=，輪胎與路面間的附著系數(shù)=，車輪滾動(dòng)半徑rr=,主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)比im=1,主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)效率m=發(fā)動(dòng)機(jī)離合器=*=，因?yàn)?mag/temax>16,fj=0，所以猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)kd=1，主減速比i0=所以：tse1=kdtemaxki1if/n=tss1= g2 m2rr

11、/ i0imm=t1=min tse1, tss1 t1= tse1= 十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 設(shè)作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力為f，則f= t1/2rcos= 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力w和切應(yīng)力應(yīng)滿足w=w=式中，取十字軸軸頸直徑d1=，十字軸油道孔直徑d2=10mm，合力f作用線到軸頸根部的距離s=14mm，w為彎曲應(yīng)力的許用值，為250-350mpa，為切應(yīng)力的許用值，為80-120 mpaw= = mpa<w= = = mpa<故十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力滿足校核條件 十字軸滾針的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足j=272j式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長度lb=27mm，在合力f作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷fn=,當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58hrc 以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力j為3000-3200 mpaj=272=272= mpa<j故十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力校核滿足 萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力f作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸軸孔中心線成45°的截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲應(yīng)力w和扭應(yīng)力b應(yīng)滿足w=fe/wwb=fa/wtb式中，取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,查表4-3，取k=,w=bh2/6, wt=khb2, 彎曲