課程設(shè)計(jì)轎車傳動(dòng)系總體方案設(shè)計(jì)及萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)

1、前言國(guó)內(nèi)外研究2課題研究目的及意義2設(shè)計(jì)任務(wù)書3任務(wù)與背景分析4轎車傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定5發(fā)動(dòng)機(jī)選擇5發(fā)動(dòng)機(jī)選擇及傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配5發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率5系統(tǒng)傳動(dòng)比分配7離合器設(shè)計(jì)7從動(dòng)盤的選擇7變速器設(shè)計(jì)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(dòng)橋橋殼11十字萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)14附加彎曲力偶矩的分析16萬(wàn)向傳動(dòng)軸的選擇18傳動(dòng)軸管的選擇18伸縮花鍵的選擇18傳動(dòng)軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核19傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速19傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩20傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇20傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定20傳動(dòng)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(wàn)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(dòng)軸的花鍵

2、24十字萬(wàn)向節(jié)的軸承25參考文獻(xiàn)28國(guó)內(nèi)外研究汽車在1898年以前，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出后直接通過(guò)齒輪傳給驅(qū)動(dòng)軸，因而限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置只能緊靠驅(qū)動(dòng)輪軸，使汽車的造型設(shè)計(jì)產(chǎn)生了困難。法國(guó)雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯·雷諾，通過(guò)多年的苦心鉆研和實(shí)驗(yàn)，終于試制出了萬(wàn)向節(jié)和差動(dòng)軸齒輪，從而解決了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力必須緊靠驅(qū)動(dòng)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(wàn)向節(jié)和差動(dòng)軸齒輪第一次裝上汽車。正因?yàn)槿f(wàn)向節(jié)的發(fā)明，才有了今天的前置后驅(qū)動(dòng)，后置前驅(qū)動(dòng)汽車，它標(biāo)志著汽車傳動(dòng)技術(shù)走向成熟。經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展汽車傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)非常的成熟它已經(jīng)能夠輕易的實(shí)現(xiàn)1、減速

3、增矩；2、可以實(shí)現(xiàn)多極乃至無(wú)極變速；3、實(shí)現(xiàn)汽車的倒駛；4、必要時(shí)中斷傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)技術(shù)的不斷提升，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用前景越來(lái)越廣闊。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.新產(chǎn)品研發(fā)：為適應(yīng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的“個(gè)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(dòng)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?jìng)爭(zhēng)”和“合作”當(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(jí)換代。2.先進(jìn)制造技術(shù)：為滿足主機(jī)廠對(duì)汽車鏈產(chǎn)品越來(lái)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(jì)技術(shù)、制

4、造技術(shù)、裝配技術(shù)、表面處理技術(shù)、強(qiáng)化技術(shù)、檢驗(yàn)和試驗(yàn)技術(shù)。3.新的嚙合機(jī)制：一種新型的數(shù)字化設(shè)計(jì)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(lái)越廣泛地在汽車發(fā)動(dòng)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(shí)時(shí)分析等。課題研究目的及意義汽車是一種高效率的運(yùn)輸工具，它的運(yùn)輸效率高低很大程度上取決于汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)。汽車傳動(dòng)系的基本功能就是將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)車輪。它的首要任務(wù)就是與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同工作，以保證汽車能在不同使用條件下正常

5、行駛，并具有良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)作為連接汽車動(dòng)力源和驅(qū)動(dòng)輪的紐帶，在這方面起著十分重要的作用。設(shè)計(jì)良好的傳動(dòng)系統(tǒng)，總是能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功更好的傳遞給用于驅(qū)動(dòng)汽車行駛的驅(qū)動(dòng)輪。所以研究和設(shè)計(jì)出高效率的汽車傳動(dòng)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(dòng)力性是指汽車在良好的路面上直線行駛時(shí)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的選定。燃油經(jīng)濟(jì)性是指在保證動(dòng)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(fèi)用、減少國(guó)家對(duì)進(jìn)口石油的依賴性、

6、節(jié)省石油資源；同時(shí)降低了發(fā)動(dòng)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(duì)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重大的意義。同時(shí)也受到各國(guó)政府和汽車制造業(yè)的重視。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)不僅要具備以下的功能： 1、減速和變速 2、實(shí)現(xiàn)汽車倒駛 3、必要時(shí)中斷傳動(dòng) 4、差速作用 良好的的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性也是重中之重轎車傳動(dòng)系總體方案設(shè)計(jì)及萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、任務(wù)：1、確定傳動(dòng)系方案及發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)。2、確定傳動(dòng)系的傳動(dòng)比。3、設(shè)計(jì)萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸。4、編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書。二、原始條件：車型 微型轎車驅(qū)動(dòng)形式 FF4×2發(fā)動(dòng)機(jī)位置 前

7、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(shí)前軸負(fù)荷率 50%外形尺寸 總長(zhǎng)La×總寬Ba×總高Ha=3500×1445×1470mm3迎風(fēng)面積 A0.78 Ba×Ha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(dòng)系統(tǒng)的組成有離合器、變速器、萬(wàn)向節(jié)、驅(qū)動(dòng)橋、差速器、半軸、主減速器以及傳動(dòng)軸等等零部件。它的布置方案又分為機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)的

8、布置方案和液力式傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方案。這兩個(gè)方案又各自分成不同的小的方案，每個(gè)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(dòng)系的首端，用來(lái)切斷和實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，以保證：在起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地結(jié)合，使汽車能平穩(wěn)起步；在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)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(dòng)載荷時(shí)保護(hù)傳動(dòng)系，防止其受過(guò)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(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)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(shí)使發(fā)動(dòng)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(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系保持分離；需要時(shí)還應(yīng)有動(dòng)力輸出的

9、功能。多軸驅(qū)動(dòng)汽車上設(shè)有分動(dòng)器，用于將變速器輸出的動(dòng)力分配給各驅(qū)動(dòng)橋。萬(wàn)向傳動(dòng)裝置主要由萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸組成，將變速器或者是分動(dòng)器發(fā)出的動(dòng)力輸送給驅(qū)動(dòng)橋。驅(qū)動(dòng)橋位于汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的末端，主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。其功用是將萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通過(guò)主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩；通過(guò)主減速器圓錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向；通過(guò)差速器實(shí)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(dòng)系統(tǒng)方案的確定一開始就對(duì)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，這將是個(gè)工作量巨大的工程，也會(huì)面臨很多困難。所以我們將采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將汽車傳動(dòng)系統(tǒng)分解為離合器、

10、變速器、分動(dòng)器（多軸驅(qū)動(dòng)）、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋等幾大模塊。按照各個(gè)模塊所要完成的功能，分別對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后將各個(gè)模塊組成為一個(gè)整體，完成整個(gè)系統(tǒng)所要求的功能，從而確定最終的傳動(dòng)系統(tǒng)方案。發(fā)動(dòng)機(jī)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)選擇及傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配所設(shè)計(jì)的轎車的總質(zhì)量1020KG，驅(qū)動(dòng)形式為發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)，汽車的最高時(shí)速為Umax=120km/h。查相關(guān)資料參照吉利GX2進(jìn)行設(shè)計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率汽車的動(dòng)力性能在很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率值。發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大，動(dòng)力性能就越好，粗略估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)，可根據(jù)所要求的最大車速來(lái)確定，即：式中 最大功率，；傳動(dòng)系效率，??；重力加速度，；滾動(dòng)阻力系數(shù)，轎車取f=0.0

11、16；空氣阻力系數(shù)CD=0.35；汽車正面投影面積，由設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)中數(shù)據(jù)可知A0.78 Ba×Ha=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 + 76140Pemax=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(dòng)機(jī)型號(hào)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(dòng)機(jī)型號(hào)，我們將該車型的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)定為：。MR479

12、QMR479Q發(fā)動(dòng)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(dòng)比分配汽車傳動(dòng)系主要包括離合器、變速箱、傳動(dòng)軸、分動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)橋等。在整個(gè)傳動(dòng)系中，有減速功能的部分為：變速箱、驅(qū)動(dòng)橋，由于驅(qū)動(dòng)橋采用單級(jí)主減速器的形式，則最小傳動(dòng)比0.6最大傳動(dòng)比8變速箱各檔傳動(dòng)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(jì)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(dòng)系換檔時(shí)工作平順3、）防止傳動(dòng)系過(guò)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(dòng)系統(tǒng)中，以摩擦式離合器

13、的應(yīng)用最為廣泛。摩擦式離合器根據(jù)摩擦原理設(shè)計(jì)，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(dòng)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(jì)時(shí)，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(dòng)盤的選擇單片式離合器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分離徹底、尺寸緊湊、從東部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、散熱型號(hào)、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(jì)變速器是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)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(dòng)的降速原理。簡(jiǎn)單的說(shuō)，變速

14、箱內(nèi)有多組傳動(dòng)比不同的齒輪副，而汽車行駛時(shí)的換檔行為，也就是通過(guò)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(shí)，讓傳動(dòng)比大的齒輪副工作，而在高速時(shí)，讓傳動(dòng)比小的齒輪副工作。欲保證重型汽車具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，必須擴(kuò)大變速器傳動(dòng)比的范圍并增加檔位數(shù)。為避免變速器的結(jié)構(gòu)過(guò)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(jì)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(jiǎn)圖為驅(qū)動(dòng)橋的選擇驅(qū)動(dòng)橋由主減速器、差速器、半軸及橋殼組成。它的作用是將萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳來(lái)的動(dòng)力折過(guò)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(dòng)輪。

15、： 主減速器的選擇主減速器主要由主、從動(dòng)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(dòng)。主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車來(lái)說(shuō)，主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。主減速器的類型1 、按參加傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目，可分為單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器。有些重型汽車又將雙級(jí)式主減速器的第二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)置在兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪附近，稱為輪邊減速器。2 、按主減速器傳動(dòng)比的個(gè)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(shí)

16、際需求我們選擇單級(jí)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(diǎn)，在驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，差速器分配給慢轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩大于快轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(shí)，卻嚴(yán)重影響通過(guò)能力。防滑差速器：防滑差速器的特點(diǎn)是，當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪在壞路上滑轉(zhuǎn)時(shí)，能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給在良好路面上

17、的驅(qū)動(dòng)輪，以充分利用這一驅(qū)動(dòng)輪的附著力來(lái)產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)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(jì)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(dòng)輪之間傳遞扭矩的實(shí)心軸，其內(nèi)端一般通過(guò)花鍵與半軸齒輪連接，外端與輪轂連接。驅(qū)動(dòng)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(shí)，它又是行駛系的主要組成件之一驅(qū)動(dòng)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(dòng)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

18、寸盡量小。3.齒輪及其他傳動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)。7.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。可選擇組合式鋼板沖壓焊接式驅(qū)動(dòng)橋殼。萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)萬(wàn)向傳動(dòng)軸由萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸組成，有時(shí)還加裝中間支承。它主要用來(lái)在工作過(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)。萬(wàn)向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求：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)，能可靠地傳遞動(dòng)力。2)保證所連接兩軸盡可能等

19、速運(yùn)轉(zhuǎn)。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)。3)傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易等。萬(wàn)向傳動(dòng)軸在汽車上應(yīng)用比較廣泛。在發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，由于彈性懸架的變形，變速器或分動(dòng)器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸的軸線相對(duì)位置經(jīng)常變化，所以普遍采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，內(nèi)、外半軸之間的夾角隨行駛需要而變，這時(shí)多采用等速萬(wàn)向傳動(dòng)軸。當(dāng)后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)楠?dú)立懸架時(shí)，也必須采用萬(wàn)向傳動(dòng)軸。萬(wàn)向節(jié)按扭轉(zhuǎn)方向是否有明顯的彈性，可分為剛性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)。剛性萬(wàn)向節(jié)是靠零件的鉸鏈?zhǔn)竭B接傳遞動(dòng)力的，可分成不等速萬(wàn)向節(jié)(如十字軸式)、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)(如雙聯(lián)式、凸塊式、三

20、銷軸式等)和等速萬(wàn)向節(jié)(如球叉式、球籠式等)。撓性萬(wàn)向節(jié)是靠彈性零件傳遞動(dòng)力的，具有緩沖減振作用。不等速萬(wàn)向節(jié)是指萬(wàn)向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時(shí)， 輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)，但平均角速度比為1的萬(wàn)向節(jié)。準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)是指在設(shè)計(jì)角度下工作時(shí)以等于1的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)，而在其它角度下工作時(shí)瞬時(shí)角速度比近似等于1的萬(wàn)向節(jié)。輸出軸和輸入軸以等于1的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)的萬(wàn)向節(jié)，稱之為等速萬(wàn)向節(jié)。基本要求：1.保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

21、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，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易等。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、強(qiáng)度高、耐久性好，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)如圖十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)在微型轎車設(shè)計(jì)中中，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：傳動(dòng)軸兩端的萬(wàn)向節(jié)叉在同一平面內(nèi)

22、 ；輸入軸、輸出軸與傳 動(dòng)軸的夾角相等，即=。輸入軸與輸出軸的夾角保證滿載時(shí)，實(shí)現(xiàn)等速傳動(dòng)。萬(wàn)向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷 該設(shè)計(jì)萬(wàn)向傳動(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：其中： 為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩110NM n 為驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目 n=1 為變速器1擋傳動(dòng)比 =3.996（由變速器設(shè)計(jì)知） 為發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸的傳動(dòng)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(dòng)載系數(shù) 即，對(duì)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(jì)算得 Tse1=422 Nm十字萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)分析 如下圖所示，設(shè)主動(dòng)叉由初始位置轉(zhuǎn)過(guò)角，從動(dòng)叉相應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)角，

23、 萬(wàn)向節(jié)的運(yùn)動(dòng)分析1-主動(dòng)叉 2-從動(dòng)叉 3-十字軸由機(jī)械原理分析可以得出如下關(guān)系式 =當(dāng)十字軸萬(wàn)向節(jié)的主動(dòng)軸與從動(dòng)軸存在一定夾角時(shí)，主動(dòng)軸角速度與從動(dòng)軸的角速度之間存在如下的關(guān)系 由于是周期為2的周期函數(shù)，所以也為同周期函數(shù)。當(dāng)為0、時(shí)，達(dá)到最大值且為；當(dāng)為、時(shí)，有最小值且為。因此，主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢，即為普通十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的不等速性。十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)k來(lái)表示 k如不計(jì)萬(wàn)向節(jié)的摩擦損失，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩與各自相應(yīng)的角速度有關(guān)系式 = 因此可得 = 附加彎曲力偶矩的分析 具有夾角的十字軸萬(wàn)向節(jié)，僅在主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和從動(dòng)軸反作用下是不能平衡

24、的。從萬(wàn)向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動(dòng)叉對(duì)十字軸的作用力偶矩，除主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩之外，還有作用在主動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩。同理，從動(dòng)叉對(duì)十字軸也作用有從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩和作用在從動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩。在這四個(gè)力矩作用下，使十字軸萬(wàn)向節(jié)得以平衡。當(dāng)主動(dòng)叉處于0和位置時(shí)，由于作用在十字軸平面，必為零；而的作用平面與十字軸不共平面，必有存在，且矢量垂直于矢量;合矢量+指向十字軸平面的法線方向，與大小相等、方向相反。這樣，從動(dòng)叉上的附加彎矩 = 。 當(dāng)主動(dòng)叉處于和位置時(shí)，同理可知=0,主動(dòng)叉上的附加彎矩。 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

25、可引起與萬(wàn)向節(jié)相連零部件的彎曲振動(dòng)，可在萬(wàn)向節(jié)主、從動(dòng)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(dòng)。因此，為了控制附加彎矩，應(yīng)避免兩軸之間的夾角過(guò)大。十字軸萬(wàn)向節(jié)的允許范圍萬(wàn)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(dòng)器（相聯(lián)總成均裝在車架上） 13驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸汽車滿載靜止時(shí)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(wàn)向節(jié)的力偶矩(主動(dòng)叉處于0和位置)十字萬(wàn)向節(jié)的力偶矩(主動(dòng)叉處于和位置)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的選擇傳動(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。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)，花鍵套

26、與花鍵軸有足夠的配合長(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)十字軸和滾針軸承的壽命、萬(wàn)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(shí)傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié)之間的長(zhǎng)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

27、，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:萬(wàn)向傳動(dòng)軸花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 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)軸管傳動(dòng)軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核傳動(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

28、精度的伸縮花鍵 = = 5500 （為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）安全系數(shù)k k = = 1.2 = 1.2 = 6600 傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 = = 593.99690% = 212187 N傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇根據(jù)軸距 1800mm,初選傳動(dòng)軸支承長(zhǎng)度為（12503.6）mm，花鍵軸長(zhǎng)度應(yīng)小于支承長(zhǎng)度，滿足萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的間隙要求，取花鍵軸長(zhǎng)度為（11002.5）mm傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定 =1.2 = 6600 得 = = 7385.3 又 1.5 mm3 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)YB24263中選?。?初選 = 63.5 mm ，則 = = 58 mm 其中 為傳動(dòng)軸長(zhǎng)度(mm)，即

29、兩萬(wàn)向節(jié)中心的距離和分別為傳動(dòng)軸軸管的外、內(nèi)徑(mm)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 = = =13.8 MPa = 300 MPa（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(jì)時(shí)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)量十 字 軸 總 成 花鍵外型外徑花鍵工作長(zhǎng)度十 字 軸滾 針軸 承 套HdhL nC11.522.534578101525十字軸萬(wàn)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(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

30、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 = 20 mm = 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 應(yīng)滿足 = 其中 d 十字軸徑，mm F = 為萬(wàn)向傳動(dòng)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，r 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 十字軸油道孔直徑，mm代入數(shù)據(jù)可得 = =40.5 MPa式中 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 = = (8.2) =12.7MPa 式中為切

31、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(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)軸花鍵的尺寸按表推薦的數(shù)值進(jìn)行初定，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取，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 = 35 mm = 26 mm = 10 = 99其中 花鍵外徑，mm 花鍵內(nèi)徑，mm 花鍵的齒數(shù) 花鍵鍵齒的有效長(zhǎng)度 對(duì)于傳動(dòng)軸花鍵，主要計(jì)算花鍵的擠壓應(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 。 即 = 其中 T 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 代入數(shù)據(jù)可得 = = 3.1 MPa 即，傳動(dòng)軸花鍵的尺寸符合要求。十字萬(wàn)向節(jié)的軸承萬(wàn)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(wàn)向節(jié)叉連接起來(lái)，軸承套用鋼制作，其硬度大于HRC60。軸承應(yīng)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)選用小直徑滾針配用較粗的軸頸，同時(shí)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