微型汽車萬(wàn)向傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1、山東交通學(xué)院 2015 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：微型汽車萬(wàn)向傳動(dòng)設(shè)計(jì)院(部)別 汽車工程學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 班 級(jí) 車輛114 學(xué) 號(hào) 110412403 姓 名 俞 毅 指導(dǎo)教師 陳 雯 二一五年六月摘 要在汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型多樣化、個(gè)性化的今天，人們對(duì)汽車舒適性、使用性能的要求日益提高。但傳動(dòng)軸及萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)裝配不良，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。因此，萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)就成為汽車設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一。本畢業(yè)設(shè)計(jì)將依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型。在給定整車主要技術(shù)參數(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等主要總成安裝位置確定的條件下，對(duì)整車結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，確定了傳動(dòng)軸布置方案，選定為十字軸式

2、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。并對(duì)傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)總成進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，結(jié)果表明滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵字：萬(wàn)向節(jié)，傳動(dòng)軸，十字軸ABSTRACTIn the rapid development of automobile industry, model diversification and individuation，the car comfort, the use of performance requirements is increasing day by day. But the design of the transmission shaft and universal joint a

3、ssembly, can produce vibration and noise. Therefore, the design of the universal transmission shaft becomes one of the important link of car design.This graduation design will be based on the existing production enterprises in the production of universal transmission device as a design prototype mod

4、els. In a given vehicle main technical parameters of the engine, transmission and other major assemblies and installation location to determine conditions,I analyzes the vehicle structure, determine the shaft arrangement scheme, selected for the cross shaft universal transmission device. And the dri

5、ve shaft, universal joint assembly design, has carried on the intensity of related parts, the results show that meet the design requirements. Key words：Universal joint，Drive shaft，Cross shaft目 錄摘 要IABSTRACTII前 言11概述22原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求52.1原始數(shù)據(jù)52.2設(shè)計(jì)要求53萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求63.1萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)63.2基本要求74萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案的分析84.1基

6、本組成的選擇84.2萬(wàn)向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷95萬(wàn)向傳動(dòng)軸的選擇105.1傳動(dòng)軸管的選擇105.2伸縮花鍵的選擇106傳動(dòng)軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核116.1傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速116.2傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩116.3傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇116.4傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定116.5傳動(dòng)軸扭矩強(qiáng)度校核127十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核137.1十字軸萬(wàn)向節(jié)尺寸的確定與強(qiáng)度校核137.2傳動(dòng)軸的花鍵157.3十字萬(wàn)向節(jié)的軸承168萬(wàn)向節(jié)叉的尺寸的確定與強(qiáng)度校核188.1萬(wàn)向節(jié)叉的尺寸的確定188.2萬(wàn)向節(jié)叉的尺寸的強(qiáng)度校核18結(jié) 論20致 謝21參考文獻(xiàn)22附錄23 前 言國(guó)內(nèi)發(fā)展情況與應(yīng)面對(duì)的問(wèn)題2007年中國(guó)汽車銷售879.

7、15萬(wàn)輛，2008年汽車產(chǎn)銷量將突破900萬(wàn)輛。2007年我國(guó)汽車零部件產(chǎn)業(yè)總收入也達(dá)到6700億元。而作為汽車零部件的汽車傳動(dòng)軸市場(chǎng)隨汽車需求的增長(zhǎng)也高速增長(zhǎng)，2007年我國(guó)汽車傳動(dòng)軸的需求已經(jīng)突破992萬(wàn)根，產(chǎn)值達(dá)到了79億元，其中，速傳動(dòng)軸超過(guò)860萬(wàn)根。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，市場(chǎng)被GKNDriveline等所控制，其他企業(yè)只能在有限的空間求的生存，例如，GKNDriveline憑借自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)在中國(guó)轎車市場(chǎng)占有50%汽車傳動(dòng)軸市場(chǎng)份額，計(jì)劃2009年在中國(guó)武漢在開設(shè)新的傳動(dòng)軸工廠，這是GKN繼上海、重慶、吉林之后，在中國(guó)開設(shè)的第五家傳動(dòng)軸工廠，全國(guó)布局還在繼續(xù)。萬(wàn)向節(jié)市場(chǎng)前景很有潛力，但是

8、在技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)工廠競(jìng)爭(zhēng)力偏低。萬(wàn)向傳動(dòng)軸是汽車的關(guān)鍵部件之一，也是汽車國(guó)產(chǎn)化技術(shù)難度較大的部件之一，沒(méi)有高技術(shù)的設(shè)備支持，產(chǎn)品很難達(dá)到要求的。目前，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)合資企業(yè)能夠具備這樣的生產(chǎn)能力，多數(shù)國(guó)內(nèi)企業(yè)是在根據(jù)國(guó)外的樣件進(jìn)行開發(fā)生產(chǎn)，基本上沒(méi)有自主的設(shè)計(jì)開發(fā)能力。在萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)充分克服傳動(dòng)效率低，傳動(dòng)部件壽命過(guò)短等缺陷，吸取在以往設(shè)計(jì)工作中的教訓(xùn)，大膽開闊視野，充分發(fā)揮我們的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，利用現(xiàn)有的先進(jìn)設(shè)備，并爭(zhēng)取引進(jìn)更先進(jìn)的硬件與軟件技術(shù)，努力與國(guó)際接軌，爭(zhēng)取開發(fā)一條能耗低、低成本、高效率、可靠性高的研究路線。設(shè)計(jì)意義在汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型多樣化、個(gè)性化的今天，人們對(duì)

9、汽車舒適性、使用性能的要求日益提高，而傳動(dòng)軸及萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)裝配不良，將產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。因此，萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)就成為汽車設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一。本題是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型，在給定的參數(shù)下，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和獨(dú)立思考能力。1 概述在現(xiàn)代汽車上，萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置是由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和支承裝置組成的。它主要用于在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸之間的動(dòng)力傳遞。圖1.1中所示為萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)在汽車傳動(dòng)系中的應(yīng)用。圖1.1a）與1.1b）為用于汽車變速器到驅(qū)動(dòng)橋之間的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置。由于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和離合器連成一個(gè)整體，再被支承在車架上，

10、而驅(qū)動(dòng)橋的連接方式，則是通過(guò)懸掛系統(tǒng)與車架相連接，主減速器的輸入軸與變速器的輸出軸二者的軸線往往不在同一個(gè)軸線上,由于懸掛系統(tǒng)在汽車的行駛過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大彈性形變，是驅(qū)動(dòng)橋的輸入軸和變速器的輸出軸的相對(duì)位置發(fā)生變化，因此，往往采用一根傳動(dòng)軸與兩個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)或采用一根中間傳動(dòng)軸、一根傳動(dòng)軸和三個(gè)或四個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)，將他們連接起來(lái)。圖1.1 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置Fig1.1 Universal joint transmission device圖1.2為用于4×4型汽車上變速器和分動(dòng)器之間及分動(dòng)器與前后驅(qū)動(dòng)橋之間的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置。對(duì)越野車來(lái)說(shuō)，往往會(huì)遇到變速器第二軸與分動(dòng)器輸入軸之間有較大

11、距離，或者分動(dòng)器位置較高而引起分動(dòng)器輸出軸線與傳動(dòng)軸軸線、前后驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪軸線與傳動(dòng)軸軸線間的夾角過(guò)大；或者由于安裝不準(zhǔn)確和車架變形在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中引起附加載荷等情況。為了克服在設(shè)計(jì)中碰到的這些矛盾，多采用簡(jiǎn)單十字軸萬(wàn)向節(jié)或柔性萬(wàn)向節(jié)將有關(guān)總成鏈接起來(lái)。圖1.2萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置Fig1.2 Universal joint transmission device圖1.3 a）為用于重型汽車離合器與變速器之間萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置。對(duì)于重型汽車，由于總布置要求，常將離合器與變速器分開一段距離，因此也常用萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置將兩個(gè)總成連接起來(lái)。圖1.3 b）為用于帶有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋中的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置。由于半軸軸線

12、和車輪軸線不重合，且其相對(duì)位置還經(jīng)常發(fā)生變化，此時(shí)用一根整體軸將兩端剛性連接起來(lái)顯然是不行的，故要用萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置。圖1.3萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置Fig1.3 Universal joint transmission device圖1.4為用于汽車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置。由于前輪既是驅(qū)動(dòng)輪又是轉(zhuǎn)向輪，要求車輪能在最大轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)某一角度，并且能不間斷地傳遞動(dòng)力。因此，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的半軸不能制成整體而要分段，車輪和半軸之間常用等角速萬(wàn)向節(jié)將兩者連接起來(lái)。圖1.4萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置Fig1.4 Universal joint transmission device實(shí)踐表明，萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)所連接的兩軸的位

13、置和所傳遞的動(dòng)力大小不同，萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)將有不同的結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)因?yàn)樯a(chǎn)和使用條件不一樣，往往所選的結(jié)構(gòu)型式也是不一樣的，故我們?cè)谶M(jìn)行萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)整車設(shè)計(jì)和使用部門的要求以及生產(chǎn)部門的具體情況，努力使設(shè)計(jì)、制造出來(lái)的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置能滿足如下要求：1. 保證所連接的兩軸相對(duì)位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)能可靠地傳遞扭矩；2. 保證所連接的兩軸能夠均勻地旋轉(zhuǎn)，且由于兩軸之間存在的夾角而產(chǎn)生的慣性力矩所引起的載荷應(yīng)降低到許可范圍內(nèi)；3. 保證傳動(dòng)效率高，壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造維修方便。2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求2.1 原始數(shù)據(jù)表2.1 主要參數(shù)Tab.2.1 The main parameter額定載荷

14、（kg）最大總質(zhì)量（kg）最高車速（km/h）最大扭矩N· m/(r/min)額定功率kw/(r/min)630145010059/350029.4/5500基本參數(shù)：汽車的總長(zhǎng)：3200mm 總寬：1400mm 總高；1700mm貨箱的內(nèi)部尺寸：長(zhǎng)1900mm 寬1350mm 高250mm軸距：1800mm輪距：前輪1200mm 后輪1180mm整車整備質(zhì)量：820kg 前軸451kg（55%） 后軸369kg（45%）最大總質(zhì)量：前軸580kg（40%） 后軸870kg（60%）2.2 設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)微型貨車的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，2. 進(jìn)行萬(wàn)向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析，3. 確定萬(wàn)向傳

15、動(dòng)裝置的基本組件的尺寸，4. 進(jìn)行彎、扭矩的強(qiáng)度校核，畫圖。3 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求3.1 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)萬(wàn)向傳動(dòng)軸一般是由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支撐組成。主要用于工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伸縮套能自動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)橋與變速器之間距離的變化。萬(wàn)向節(jié)是保證驅(qū)動(dòng)橋輸入軸與變速器輸出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(wàn)向節(jié)由十字軸承、十字軸、凸緣叉及軸向定位件和橡膠密封件等組成。圖3.1 雙萬(wàn)向節(jié)等速傳動(dòng)布置圖Fig.3.1 The arrangement plan of the Double universal joint constant sp

16、eed drive萬(wàn)向節(jié)即萬(wàn)向接頭，英文名稱universal joint，是實(shí)現(xiàn)變角度動(dòng)力傳遞的機(jī)件，用于需要改變傳動(dòng)軸線方向的位置，它是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的 “關(guān)節(jié)”部件。萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸組合，稱為萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)軸的組成部分為萬(wàn)向節(jié)、軸管和伸縮套。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(wàn)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)。其基本結(jié)構(gòu)如圖3.2：圖3.2 變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置Fig.3.2 Universal drive shaft of Transmission and Drive bridge3.2 基本要求1.保

17、證所連接的兩根軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能可靠而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力。 2.保證傳動(dòng)盡可能同步，所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。 3.由于萬(wàn)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)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 4.傳動(dòng)效率高，制造方便，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修容易等。 另，萬(wàn)向傳動(dòng)裝置有極其廣泛的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛時(shí)，由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常發(fā)生變化，因而普遍采用可伸縮的十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸；某些汽車根據(jù)總布置的要求，需將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)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

18、的變形，所以常采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸或撓性萬(wàn)向傳動(dòng)軸；對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，左、右驅(qū)動(dòng)輪需要隨汽車行駛軌跡變化而改變方向，這時(shí)多采用等速萬(wàn)向傳動(dòng)軸。如圖3.3圖3.3 萬(wàn)向節(jié)在汽車上的各種應(yīng)用Fig.3.3 All kinds of apply of Cardan in cars4 萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案的分析4.1 基本組成的選擇通過(guò)參考我國(guó)微型貨車的基本設(shè)計(jì)參數(shù)，選定TJ6350微型貨車為前置后驅(qū)的布置形式，平頭駕駛室。因其為普通商用，則軸數(shù)根據(jù)其特點(diǎn)確定為兩軸。驅(qū)動(dòng)形式： 42，后輪驅(qū)動(dòng)。此種布置的優(yōu)點(diǎn)有：1. 容易發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障，維修方便；離合器、變速器等操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易布置；貨廂地板低平；2

19、. 汽車總長(zhǎng)和軸距尺寸短；最小轉(zhuǎn)彎直徑??；機(jī)動(dòng)性能良好；不需要發(fā)動(dòng)機(jī)罩和翼子板，加上總長(zhǎng)縮短等因素的影響，汽車整備質(zhì)量減?。?. 駕駛員的視野得到明顯改善；采用翻轉(zhuǎn)式駕駛室是能改善發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件的接近性；汽車面積利用率高。中間支撐：由于TJ6350 微型貨車的軸距長(zhǎng)度中等，根據(jù)初選為1800mm，且最大總質(zhì)量不超過(guò)2t，所以不選中間支撐，只選用一根主傳動(dòng)軸。設(shè)計(jì)此發(fā)動(dòng)機(jī)形式為前置后驅(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)常發(fā)生變化,根據(jù)貨車的總體布置要求，將變速器與離合器、分動(dòng)器與變速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，所以采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)

20、軸。為了避免運(yùn)動(dòng)干涉,在傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)中有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié),以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸長(zhǎng)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。在普通汽車傳動(dòng)裝置中，因十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐久性好、強(qiáng)度高，生產(chǎn)性高，生產(chǎn)成本較低，且傳動(dòng)可靠，效率較高，目前允許兩傳動(dòng)軸之間的交角一般為15°20°，在連接角較小時(shí)大都使用這種萬(wàn)向節(jié)。十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)如圖4.1圖4.1 十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)Fig.4.1 The cardan of universal j

21、oint pin在TJ6350 微型貨車設(shè)計(jì)中，選定為十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，即采用單節(jié)式萬(wàn)向傳動(dòng)軸，其兩端用普通萬(wàn)向節(jié)分別與變速器和驅(qū)動(dòng)橋連接。裝配時(shí)，要滿足：1. 傳動(dòng)軸兩端的萬(wàn)向節(jié)叉在同一平面內(nèi);2. 輸入軸、輸出軸與傳 動(dòng)軸的夾角相等，即1 = 2。如下圖所示。圖4.2 輸入軸與輸出軸的夾角Fig.4.2 The included angle of input axle and export axle保證滿載時(shí)，實(shí)現(xiàn)等速傳動(dòng)。綜上可確定，TJ6350 微型貨車的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)為：兩個(gè)十字軸式萬(wàn)向節(jié)和一個(gè)傳動(dòng)軸。此時(shí)的傳動(dòng)軸不分段，無(wú)需加中間支撐。4.2 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷該設(shè)計(jì)萬(wàn)向傳

22、動(dòng)裝置用于變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間，則按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和1擋傳動(dòng)比來(lái)確定，即： Tse1=kdTemaxki1ifn （4.1）其中 Temax 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩59N·M n 驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目 n=1 i1 變速器1擋傳動(dòng)比 i1 =3.996（由變速器設(shè)計(jì)知） 發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率 =90% k 液力變矩器的變矩系數(shù) k=1 kd 猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù) kd=1 即，對(duì)于性能系數(shù) fi=0的汽車（一般貨車、礦用汽車和越野車） 代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 Tse1 =212 N·m5 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的選擇5.1 傳動(dòng)軸管的選擇傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設(shè)計(jì)決定

23、。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸長(zhǎng)度處在最大值時(shí)，花鍵軸與花鍵套有足夠的配合長(zhǎng)度；而在長(zhǎng)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(wàn)向節(jié)的滾針軸承和十字軸的壽命、萬(wàn)向傳動(dòng)效率和十字軸的不均勻性。由于傳動(dòng)軸經(jīng)常處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，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)軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁薄(1.53.0mm)、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。5.2 伸縮花鍵的選擇應(yīng)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(wàn)向節(jié)之間長(zhǎng)度的變化。為減小磨損及阻力，對(duì)花鍵齒磷化處理或噴涂尼龍，外層設(shè)有防塵罩，間隙應(yīng)盡量

24、減小，以免引起傳動(dòng)軸的震動(dòng)。鍵槽與花鍵齒按對(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來(lái)補(bǔ)償。裝車時(shí)傳動(dòng)軸的伸縮花鍵的一端應(yīng)靠近變速器，以減小其軸向阻力和磨損。其結(jié)構(gòu)圖如下所示。圖5.1萬(wàn)向傳動(dòng)軸花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.5.1 Universal drive shaft The structure fig of bloom bond 1-蓋子；2-蓋板；3-蓋墊；4-萬(wàn)向節(jié)叉；5-加油嘴；6-伸縮套； 7-滑動(dòng)花鍵槽；8-油封；9-油封蓋；10-傳動(dòng)軸管6 傳動(dòng)軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核6.1 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速長(zhǎng)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

25、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1.2，適用于一般精度的伸縮花鍵則有(因TJ6350 微型貨車無(wú)超速擋，最高檔即直接擋)即 nmax = nw = 5500 r/min （6.1）（nw為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）安全系數(shù)k k = nknmax = 1.2 （6.2）nk = 1.2nmax = 6600 rmin6.2 傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩T1 = Twi1 = 59×3.996×103×90% = 212187 Nmm （6

26、.3）6.3 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇根據(jù)軸距1800mm, 初選的傳動(dòng)軸支承長(zhǎng)度 Lc 為(1250±3.6)mm，花鍵軸長(zhǎng)度應(yīng)小于支承的長(zhǎng)度，滿足萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸間隙的要求，取花鍵軸的長(zhǎng)度為(1100±2.5)mm6.4 傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定 nk =1.2×108 Dc2+dc2Lc2 = 6600 rmin （6.4）得 Dc2+dc2=（6600×125021.2×108）2 = 7385.3 （6.5）又 1.5 mmDc - dc23 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?。绫?.1所示 表6.1 6

27、095mm毫米的電焊鋼管YB242-63Tab6.1 The electric soldering steel tube of 60 to 95 millimetre YB242-63外徑（mm）鋼管厚度（mm）601.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、63.51.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、701.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、751.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、

28、4.2、4.5831.4、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、4.5891.4、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、4.8951.4、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初選 DC = 63.5 mm ，則 dc = 7385.3-Dc2 = 58 mm （6.6）其中 Lc 為傳動(dòng)軸長(zhǎng)度(mm)，即兩萬(wàn)向節(jié)中心的距離 Dc和dc分別為傳動(dòng)軸軸管的外、內(nèi)徑(mm) 6.5

29、 傳動(dòng)軸扭矩強(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 c = 16DcdcDC4 - dc4 = 16×63.5×2121873.14×63.54-584 （6.7） =13.7MPa c = 300 MPa（c為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力） 由此可知，說(shuō)明設(shè)計(jì)參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。7 十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核為了便于設(shè)計(jì)時(shí)確定十字軸的總成尺寸，表7.1列出了不同噸位的載重汽車十字軸，按圖7.1所示的尺寸要素的范圍表7.1 推薦采用的十字軸總成及花鍵尺寸Tab.7.1 The size of cross axle and b

30、loom bond recommend載重質(zhì)量 t 十 字 軸 總 成 mm花鍵外型外徑mm花鍵工作長(zhǎng)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701157.1 十字軸萬(wàn)向節(jié)尺寸的確定與強(qiáng)度校核按表7.1所示，初步確定十字軸萬(wàn)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

31、的校核。初步選定 H = 90 mm d = 18 mm h = 16 mm h1 = 20 mm d0 = 6 mm；(十字軸要素見7.1圖) s = 8 mm r = 37 mm (自圖7.2十字軸受力示意圖)十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力 w 應(yīng)滿足 w = 32dFsd2-d02 (7.1)其中 d 十字軸徑，mm F = Ts2r=2867N (7.2)Ts 萬(wàn)向傳動(dòng)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， Nmmr 合力F作用線到十字軸中心的距離，mms 合力F作用線到軸頸根的距離，mmdo 十字軸油道孔直徑，mm代入數(shù)據(jù)可得 w = 32×18×212187×83.14×1

32、84-64×2×37 =40.6 MPa w 式中 w 為彎曲應(yīng)力許用值，為250300MPa。由此可知，十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力滿足要求。圖7.1 十字軸尺寸要素Fig7.1 The size of The cross axle十字軸軸頸的切應(yīng)力應(yīng)滿足 = 4Fd2-d02 = 4×2121873.14×182-62×2×37 (7.3) =12.7MPa 式中為切應(yīng)力 的許用值，為80120MPa。由此可知，十字軸軸頸的切應(yīng)力滿足要求。圖7.2十字軸受力示意圖Fig.7.2 The Fig of The cross axle st

33、rengthed7.2 傳動(dòng)軸的花鍵滑動(dòng)花鍵連接套為了后橋跳動(dòng)時(shí)補(bǔ)償傳動(dòng)軸長(zhǎng)度變化而設(shè)置的?；ㄦI軸頭應(yīng)壓入管口進(jìn)行焊接。傳動(dòng)軸帶花鍵的一端，為靜止時(shí)位置較高的一端。傳動(dòng)軸花鍵的尺寸按表7.1推薦的數(shù)值進(jìn)行初定，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1144-2001（見附錄1）選取6×28×34×7為基本尺寸的中系列矩形花鍵，最后進(jìn)行強(qiáng)度校核。目前國(guó)產(chǎn)汽車的傳動(dòng)軸花鍵一般為矩形齒，它以內(nèi)徑或側(cè)面定心，保證傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。國(guó)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 = 34 mm d2 = 28 mm Z = 6 L0 = 85 mm B=7mm其中 d1 -

34、 花鍵外徑，mm d2 - 花鍵內(nèi)徑，mm Z - 花鍵的鍵數(shù) L0 - 花鍵工作長(zhǎng)度 B - 花鍵的鍵寬 對(duì)于傳動(dòng)軸花鍵，主要計(jì)算花鍵的擠壓應(yīng)力。即 c = T1d1+d24d1-d22ZL0 (7.4)其中 T1 為傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(見式6.3) 代入數(shù)據(jù)可得 c = 21218734+28434-282×6×85 = 8.95 MPa c其中 c 為花鍵的許用擠壓應(yīng)力，在硬度大于HRC35時(shí)，傳動(dòng)伸縮花鍵的許用擠壓應(yīng)力為2550 MPa 。綜上，傳動(dòng)軸花鍵的尺寸符合要求。7.3 十字萬(wàn)向節(jié)的軸承萬(wàn)向節(jié)軸承可以認(rèn)為是由密封、滾針及軸承套所組成。軸承以總成的方式把萬(wàn)向節(jié)叉

35、連接起來(lái)，軸承套用鋼制作，其硬度大于HRC60。對(duì)于軸承形狀，要求具有易于裝入萬(wàn)向節(jié)叉的外形。萬(wàn)向節(jié)軸承常用的滾動(dòng)體是滾針。當(dāng)軸承套的尺寸一定時(shí)，應(yīng)選用小直徑滾針來(lái)配用較粗的軸頸，同時(shí)增加滾針數(shù)目，以降低軸頸間與滾針的接觸應(yīng)力，但滾針直徑不得小于1.6 mm，以免發(fā)生壓碎情況，而且差別要小，否則會(huì)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(guò)大時(shí)，承受載荷的滾針數(shù)減少，有可能會(huì)出現(xiàn)滾針卡住的情況；間隙過(guò)小時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住的情況，所以，合適的間隙為0.0090.095mm，滾針軸承的周向總間隙以0.080.30mm為好。理論上滾針越長(zhǎng)，萬(wàn)

36、向節(jié)的承載能力越高，但滾針過(guò)長(zhǎng)時(shí)其歪斜帶來(lái)的不良影響亦越大，故其長(zhǎng)度不宜超過(guò)十字軸軸頸，使其具有較高的承載能力，又不至因滾針過(guò)長(zhǎng)發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中，所以，滾針在軸向的游隙一般不超過(guò)0.20.4mm。則經(jīng)參考表7.1，另根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T309-2000(見附錄2)，初定十字萬(wàn)向節(jié)軸承的尺寸為滾針尺寸 = 3 mm Lb = 14 mm N = 22軸承套尺寸 D套 = 32 mm C = 4 mm其中 為滾針的直徑，mm Lb 為滾針的長(zhǎng)度，mm N 為滾針的數(shù)目 D套 為軸承套的外徑，mm C 為軸承套的厚度，mm 滾針軸承的接觸應(yīng)力為 j = 2721d+1FnLb (7.5) 其中

37、 Fn 為在合力F的作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷，N Fn = 4.6FiN (7.6)其中 i 為滾針列數(shù)，此處取 i = 1 ,將數(shù)據(jù)代入上面兩式，得 j = 272118+134.6×21218714×22×2×37 = 1110.7 MPa j式中j為滾針的許用接觸應(yīng)力，當(dāng)其表面硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為30003200MPa 。 十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)效率與兩軸的軸間夾角 、十字軸支承結(jié)構(gòu)和材料、加工和裝配精度以及潤(rùn)滑條件等有關(guān)。當(dāng)25°時(shí)可按下式計(jì)算 0 = 1-fdr2tan (7.7)式中 0 為十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率 f

38、 為軸頸與萬(wàn)向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)軸承，f=0.150.20，滾針軸承，f=0.050.10；其它符號(hào)意義同前。代入數(shù)據(jù)得， 0 =98.5% 通常情況下,十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率約為97%99%。十字軸常用材料為20CrMnTi 、20Cr 、20MnVB 等低碳合金鋼，軸頸表面進(jìn)行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0.81.2mm ,表面硬度5864HRC ,軸頸端面硬度不低于55HRC ，芯部硬度為3348HRC 。8 萬(wàn)向節(jié)叉的尺寸的確定與強(qiáng)度校核8.1 萬(wàn)向節(jié)叉的尺寸的確定圖8.1 萬(wàn)向節(jié)叉尺寸要素圖Fig8.1 Universal joint fork size elements根據(jù)十字軸已確

39、定尺寸，初定 a=34mm e=53mm b=16mm h=40mm其中 e、a、h、b如圖8.1所示。8.2 萬(wàn)向節(jié)叉的尺寸的強(qiáng)度校核萬(wàn)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450的B-B截面處，萬(wàn)向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，計(jì)算如下：萬(wàn)向節(jié)叉彎曲應(yīng)力wcwc=FeWwc （8.1）萬(wàn)向節(jié)叉扭轉(zhuǎn)應(yīng)力b應(yīng)滿足 b=FaWtb （8.2）式中，W Wt分別為截面B-B處的抗彎截面系數(shù)和抗扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)，矩形截面：W=bh2/6，Wt=khb2；k為與h/b有關(guān)的系數(shù)，按表9.1選??；e、a如圖8.1所示，彎曲應(yīng)力的許用值wc為5080MPa，扭應(yīng)力的許用值b為8

40、0160MPa。F見式7.2。因?yàn)閔/b=2.5，所以k選取為0.258。經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出wc=35.61MPawc b =36.90MPab所以符合要求。表8.1系數(shù)K的選取Tab8.1 The selection of coefficient Kh/b1.01.51.752.02.53.04.010k0.2080.2310.2390.2460.2580.2670.2820.312萬(wàn)向節(jié)叉一般采用45中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度1833HRC ,滾針軸承碗材料一般采用GCr15 。 結(jié) 論1. 通過(guò)參考我國(guó)微型貨車的基本設(shè)計(jì)參數(shù)，選定TJ6350微型貨車為前置后驅(qū)的布置形式，平頭駕駛室。因其為普通商用，則軸數(shù)根據(jù)其特點(diǎn)確定為兩軸。2. 由于TJ6350