萬向傳動軸說明書DOC

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1、汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 QINGDAO TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 題目：重型載貨汽車萬向傳動軸設(shè)計(jì) 姓名： 學(xué)號：201124225 同組者： 專業(yè)班級：11級車輛工程1班 指導(dǎo)教師：李淑玉 商用汽車萬向傳動軸設(shè)計(jì) 摘要 萬向傳動軸在汽車上應(yīng)用比較廣泛。 發(fā)動機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動汽車行駛時(shí)， 由于懸架不斷變形， 變速器或分動器的輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸軸線之間的相對位 置經(jīng)常變化，因而普遍采用可伸縮的十字軸萬向傳動軸。本設(shè)計(jì)注重實(shí)際應(yīng)用， 考慮整車的總體布置， 改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法， 力求整車結(jié)構(gòu)及性能更為合理。 傳動軸 是由軸管、 萬向節(jié)、伸縮花鍵等

2、組成。 伸縮套能自動調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動橋之間距 離的變化；萬向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸兩軸線夾角發(fā)生變化時(shí)實(shí) 現(xiàn)兩軸的動力傳輸； 萬向節(jié)由十字軸、 十字軸承和凸緣叉等組成。 傳動軸的布置 直接影響十字軸萬向節(jié)、主減速器的使用壽命， 對汽車的振動噪聲也有很大影響。 在傳動軸的設(shè)計(jì)中， 主要考慮傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速， 計(jì)算傳動軸的花鍵軸和軸管的 尺寸，并校核其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速， 確定出合適的安全系數(shù)， 合理優(yōu)化軸與軸 之間的角度。 目錄 概述 04 貨車原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 05 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案的分析與選擇 06 四、 萬向傳動的運(yùn)動和受力分析 08 五、 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算

3、 11 六、 傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 17 七、 參考文獻(xiàn) 20 - 19 - / 19 - 19 - / 19 一、概述 汽車上的萬向傳動軸一般是由萬向節(jié)、 軸管及其伸縮花鍵等組成。主要是用 于在工作過程中相對位置不斷變化的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 2 1 -蓋子；2-證板；3-蓋墊；4-萬向節(jié)叉；庁-加油嘴；&-伸縮彗；L滑動花鍵槽；鳥-油封；“油封 Kt 10-ft動軸管 傳動軸結(jié)構(gòu)示總:圖 在動機(jī)前置后輪驅(qū)動的汽車上，由于工作時(shí)懸架變形,驅(qū)動橋主減速器輸入 軸與變速器輸出軸間經(jīng)常有相對運(yùn)動，普遍采用萬向節(jié)傳動（圖 1 —1a、b）。當(dāng) 驅(qū)動橋與變

4、速器之間相距較遠(yuǎn)，使得傳動軸的長度超過 1.5m時(shí)，為提高傳動軸 的臨界速度以及總布置上的考慮，常將傳動軸斷開成兩段或三段，萬向節(jié)用三個(gè) 或四個(gè)。此時(shí)，必須在中間傳動軸上加設(shè)中間支承。 傳動距離較遠(yuǎn)時(shí) 在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，由于驅(qū)動橋又是轉(zhuǎn)向輪，左右半軸間的夾角隨行駛需要而 變，這是多采用球叉式和球籠式等速萬向節(jié)傳動（圖 1 —1c）。當(dāng)后驅(qū)動橋?yàn)楠?dú) 立懸架結(jié)構(gòu)時(shí)也必須采用萬向節(jié)傳動（圖 1 — 1d）。 萬向節(jié)按扭轉(zhuǎn)方向是否有明星的彈性，可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)兩 類。剛性萬向節(jié)又可分為不等速萬向節(jié)（常用的為普通十字軸式） ，等速萬向節(jié) （球叉式、球籠式等），準(zhǔn)等速萬向節(jié)（雙聯(lián)

5、式、凸塊式、三肖軸式等）。 萬向節(jié)傳動應(yīng)保證所連接兩軸的相對位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動時(shí)， 能可靠地傳 遞動力，保證所連接兩軸盡可能同步運(yùn)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)。 （時(shí) 圖1-1萬向節(jié)傳動在汽午傳動系中的應(yīng)用 萬向傳動軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求： 1） 、保證所連接的兩軸相對位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動時(shí)，能可靠地傳遞動力。 2） 、保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)；由萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振 動和噪聲應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 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。 二、貨車原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)內(nèi)

6、容 2.1原始數(shù)據(jù) 最大總質(zhì)量：28000kg 發(fā)動機(jī)的最大輸出扭矩：Tmax=1050N m（n=1400r/min ）； 軸距：1950+4550+1350mm 輪胎選取：11.00R20，空載直徑：1090mm、滿載半徑：520mm 變速器傳動比：i 0=8.626、i 1=12.961、i 10=1 2.2設(shè)計(jì)要求: 1 ?查閱資料、調(diào)查研究、制定設(shè)計(jì)原則 2?根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)（發(fā)動機(jī)最大力矩和使用工況）及總布置圖，選擇萬 向傳動軸的結(jié)構(gòu)型式及主要特性參數(shù)，設(shè)計(jì)出一套完整的萬向傳動軸，設(shè)計(jì)過程 中要進(jìn)行必要的計(jì)算與校核。 3. 萬向傳動軸設(shè)計(jì)和主要技術(shù)參數(shù)的確定

7、 （1） 萬向節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算 （2） 傳動軸設(shè)計(jì)計(jì)算 （3） 完成空載和滿載情況下，傳動軸長度與傳動夾角變化的校核 4. 繪制萬向傳動軸裝配圖及主要零部件的零件圖 三、萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案的分析與選擇 3.1、十字軸式萬向節(jié) 從動叉、十字軸、滾針軸承及其軸向 普通的十字軸式萬向節(jié)主要由主動叉、 定位件和橡膠密圭寸件等組成。 ■I字軸式剛性萬向節(jié) 十宇軸潤汾油道星密封襄看 -22 - / 19 -# - / 19 圖H-1滾針軸承定位方式 a）普通蓋扳式b）彈性蓋板式c）外卡式小內(nèi)卡式 O塑料環(huán)定位式 已｝瓦盞固定式 I—軸祇暑血一萬向竹夏注一油嘴

8、沁一卜宇軸：5—安全閥訂一和封； s—m ft i?—* W J10—wn盤：Lt—沸ft訂2—約封庵昇a—注訥囁 目前常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式（圖3— 1a、b）、卡環(huán)式（圖 3 — 1c、d）、瓦蓋固定式（圖3 — 1e）和塑料環(huán)定位式（圖3 — 1f）等。蓋板式軸承軸 向定位方式的一般結(jié)構(gòu)（圖3— 1a）是用螺栓1和蓋板3將套筒5固定在萬向節(jié)叉 4上,并用鎖片2 將螺栓鎖緊。它 工作可靠、拆裝 方便，但零件數(shù) 目較多。有時(shí)將 彈性蓋板6點(diǎn)焊 于軸承座7底部 （圖3— 1b），裝配 后，彈性蓋板對 軸承座底部有一 定的預(yù)壓力，以 免高速轉(zhuǎn)動時(shí)由 于離心力作用， 在十字軸端面

9、與 軸承座底之間出 現(xiàn)間隙而引起十字軸軸向竄動，從而避免了由于這種竄動造成的傳動軸動平衡狀 態(tài)的破壞?？ōh(huán)式可分為外卡式（圖3 — 1c）和內(nèi)卡式（圖3— 1d）兩種。它們具有 結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、零件少和質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn)。瓦蓋固定式結(jié)構(gòu) （圖4—1e）中的 萬向節(jié)叉與十字軸軸頸配合的圓孔不是一個(gè)整體，而是分成 兩半用螺釘聯(lián)接起 來。這種結(jié)構(gòu)具有拆裝方便、使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，但加工工藝較復(fù)雜。塑料環(huán)定位 結(jié)構(gòu)（圖3— 1f）是在軸承碗外圓和萬向節(jié)叉的軸承孔中部開一環(huán)形槽， 當(dāng)滾針軸 承動 配合裝入萬向節(jié)叉到正確位置時(shí)，將塑料經(jīng)萬向節(jié)叉上的小孔壓注到環(huán)槽 中，待萬向節(jié)叉上另一與環(huán)槽垂直的小孔有

10、塑料溢出時(shí)，表明塑料已充滿環(huán)槽。 這種結(jié)構(gòu)軸向定位可靠，十字軸軸向竄動小，但拆裝不方便。為了防止十字軸軸 向竄動和發(fā)熱，保證在任何工況下十字軸的端隙始終為零， 有的結(jié)構(gòu)在十字軸軸 端與軸承碗之間加裝端面止推滾針或滾柱軸承。 滾針軸承的潤滑和密封好壞直接影響著十字軸萬向節(jié)的使用壽命。 毛氈油封 由于漏油多，防塵、防水效果差，在加注潤滑油時(shí)，在個(gè)別滾針軸承中可能出現(xiàn) 空氣阻塞而造成缺油，已不能滿足越來越高的使用要求。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙刃口復(fù) 合油封（圖3— 2a），其中反裝的單刃口橡膠油封用作徑向密封，另一雙刃口橡膠 油封用作端面密封。當(dāng)向十字軸內(nèi)腔注入潤滑油時(shí)，陳油、磨損產(chǎn)物及多余的潤 滑油便

11、從橡膠油封內(nèi)圓表面與十字軸軸頸接觸處溢出，不需安裝安全閥，防塵、 防水效果良好。在灰塵較多的條件下使用時(shí)，萬向節(jié)壽命可顯著提高。圖 3—2b 為一轎車上采用的多刃口油封，安裝在無潤滑油流通系統(tǒng)且一次潤滑的萬向節(jié) 上。 十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)成本低。但 所連接的兩軸夾角不宜過大，當(dāng)夾角由4增至16°時(shí)，十字軸萬向節(jié)滾針軸承 壽命約下降至原來的1/ 4。 s .詠rd班音油知 s爭刃l(wèi)□咄站 -23 - / 19 -# - / 19 十字軸 雙聯(lián)式萬向節(jié) 此時(shí)采用主銷中心偏離萬向節(jié)中心 1.0?3.5mm的方法, 3.2

12、準(zhǔn)等速萬向節(jié) 雙聯(lián)式萬向節(jié)是由 兩個(gè)十字軸萬向節(jié)組合 而成。為了保證兩萬向 節(jié)連接的軸工作轉(zhuǎn)速趨 于相等，可設(shè)有分度機(jī) 構(gòu)。偏心十字軸雙聯(lián)式 萬向節(jié)取消了分度機(jī) 構(gòu)，也可確保輸出軸與 輸入軸接近等速。五分 度桿的雙聯(lián)式萬向節(jié)， 在軍用越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū) 動橋中用得相當(dāng)廣泛. 使兩萬向節(jié)的工作轉(zhuǎn)速接近相等。雙聯(lián)式萬向節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)是允許兩軸間的夾角 較大（一般可達(dá)50°,偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)可達(dá) 60° ），軸承密封性好，效 率高，工作可靠，制造方便。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外形尺寸較大，零件數(shù)目較多。 當(dāng)應(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋時(shí)，由于雙聯(lián)式萬向節(jié)軸向尺寸較大，為使主銷軸線的延長 線與地面交點(diǎn)到輪胎的接地印

13、跡中心偏離不大，就必須用較大的主 銷內(nèi)傾角。 綜上考慮成本、傳遞轉(zhuǎn)矩的大小以及等速要求等， 故選擇十字軸萬向節(jié)。此 外，由于傳動軸長度超過1.5m，從總布置上考慮，選擇三根傳動軸，萬向節(jié)用 四個(gè)，而在傳動軸上需加設(shè)中間支承了。 四、萬向節(jié)傳動的運(yùn)動和受力分析 4.1、單十字軸萬向節(jié)傳動 :-時(shí)，主、從動軸的角速度-'1、 當(dāng)十字軸萬向節(jié)的主、從動軸之間的夾角為 -2之間存在如下關(guān)系 ,2 COS --1 1 - s i 斤 j c o 式中，1為主動叉轉(zhuǎn)角 由于cos2 1是周期為2二的周期函數(shù)，所以上也為同周期的周期函數(shù)。如果 ⑷1 ?■1保持不變，則「2每周變化兩次。

14、因此主動軸以等速動時(shí)，從動軸時(shí)快時(shí)慢， 此即普通十字軸傳動的不等速性。 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表示 2max 2min -24 - / 19 -# - / 19 tan 1 二tan 'cos： 式中， 1為主 動軸轉(zhuǎn)角，‘ 2為傳動 普通十字軸萬向節(jié)的主動軸和從動軸轉(zhuǎn)角間的關(guān)系式為 軸轉(zhuǎn)角，:-為主動軸 與從動軸之間的夾 角。該式表示普通萬 向節(jié)傳動的輸入軸和 輸出軸的轉(zhuǎn)角隨兩軸 夾角的變化關(guān)系。（如 圖） 附加彎曲力偶矩的分析 當(dāng)主動叉處于半仁0和Ji位置時(shí)（圖a）,由于Ti作用在十字軸軸線平面上， 故Ti'必

15、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 矢量T2，合矢量指向十字軸平面的法線方向，與 Ti大小相等，方向相反。這樣， 從動叉上的附加彎矩T2‘=TiSi n：?。當(dāng)主動叉處于「仁二/2和3二/2位置時(shí)（圖b）， 同理可知T2'為零，主動叉上的附加彎矩Ti'=Ti tan：?。 -25 - / 19 -# - / 19 4.2、雙十字軸萬向節(jié)傳動 當(dāng)輸入與輸出軸之間存在夾角?時(shí)，單個(gè)十字軸萬向節(jié)的輸出軸相對輸入軸 是不等速旋轉(zhuǎn)的。為使處于同一平面的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn)， 可采用雙萬向 節(jié)傳動，但必須保證與傳動軸相連的兩萬向節(jié)叉布置

16、在同一平面內(nèi)， 且使兩萬向 節(jié)夾角〉1和〉2相等（圖a、c）。 E4-2附加營拒對傳動軸的作用 當(dāng)輸入軸與輸出軸平行時(shí)，直接連接傳動軸的兩萬向節(jié)叉所受的附加彎矩彼 此平衡，傳動軸發(fā)生如圖4-2b中雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲，從而引起傳動軸的 彎曲振動。當(dāng)輸入軸與輸出軸的軸線相交時(shí)（圖 4-2c）,傳動軸兩端萬向節(jié)叉上 所受的附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖 4-2d中雙點(diǎn)劃線的 彈性彎曲，因此對兩端的十字軸產(chǎn)生大小相等、方向相反的徑向力。此力作用在 滾針軸承碗的底部，并在輸入軸與輸出軸的支承上引起反力。 4.3、多十字軸萬向節(jié)傳動 多萬向節(jié)傳動的運(yùn)動分析是建立在

17、單十字軸萬向節(jié)運(yùn)動分析的基礎(chǔ)上的。 下面分析三萬向節(jié)的等速條件（如圖）。 tan (p、— tan(pu cos tan

18、 假如多萬向節(jié)傳動的各軸軸線均在同一平面，且各傳動軸兩端萬向節(jié)叉平面 之間的夾角為零或■: /2，則當(dāng)量夾角：* e為 ^=^±al±al± 式中的正負(fù)號確定：當(dāng)?shù)谝蝗f向節(jié)的主動叉處在各軸軸線所在的平面內(nèi)， 在 其余的萬向節(jié)中，如果其主動叉平面與此平面重合定義為正， 與此平面垂直定義 為負(fù)。 為使多萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸等速，應(yīng)使 ：e=0 萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)角差會引起動力總成支承和懸架彈性元件 的振動，還能引起與輸出軸相連齒輪的沖擊和噪聲及駕駛室內(nèi)的諧振噪聲。 因此 在設(shè)計(jì)多萬向節(jié)傳動時(shí)，總是希望其當(dāng)量夾角 e盡可能小。一般設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使 空載和滿載工況下的：-e不

19、大于3。另外，對多萬向節(jié)傳動輸出軸的角加速度幅 值二：f應(yīng)加以限制。對于乘用車，:2 2 - 350rad /s2 ;對于商用車, 2 2 2 :e r ^600rad / s 。 表一各種轉(zhuǎn)速下推薦采用的最大夾角值 傳動軸轉(zhuǎn)速 （r/min） 6000 4500 3500 3000 2500 2000 1500 夾角 （。） 3 4 5 6 7 9 12 表二傳動軸長度、夾角及安全工作轉(zhuǎn)速的關(guān)系 傳動軸長度 （mm） 0—— -1140 1140- —1520 1520— —1830 夾角（。） 0— —6

20、0— —6 0— —6 >6 安全工作轉(zhuǎn)速 （r/min） 0.90 nk 0.85nk 0.80nk 0.65 nk 五、萬向節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1、萬向傳動軸的計(jì)算載荷 萬向傳動軸因布置位置不同，計(jì)算載荷也不同。計(jì)算方法主要有三種，見表三。 表三萬向傳動軸計(jì)算載荷 （NM） 位置 計(jì)算方法 用于變速器與驅(qū)動橋之間 用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中 按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和 一擋傳動比確定 kdTe max ki 1i J T — kdTemax ki1i f i0>^ T — 1 se1 — n 1 se2 — 2n 按驅(qū)動輪打滑來確定 〒 Gzm?

21、% Tss1 —??n i 0i m m 〒 G1m1^rr 1 ss2 — 2i n 厶i m m 按日常平均使用轉(zhuǎn)矩 來確定 t Fjr Tsf1 一 ? ? 1?！籱 n 十 FtJ T sf 2 _ - . 口 2』m門 表中各計(jì)算式中，Temax為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（NM）； n為計(jì)算驅(qū)動橋數(shù)，取 法見表四；ii為變速器一擋傳動比； 為發(fā)動機(jī)到萬向節(jié)傳動軸之間的傳動效率； k為液力變矩器變矩系數(shù)，k= [（ko-1 ） /2 ] +1, ko為最大變矩系數(shù)；G2為滿載 狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動橋上的靜載荷（N）; m2-為汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系 數(shù)，

22、乘用車：m2, =1.2-1.4，商用車：m2, =1.1 —1.2 ;「為輪胎與路面間的附著 系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或?yàn)r青路上， 「可取 0.85,對于安裝防側(cè)滑輪胎的乘用車，「可取1.25,對于越野車，「可取1; rr為 車輪滾動半徑（m） ； io為主減速器傳動比；im為主減速器從動齒輪到車輪之間的 傳動比；m為主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率； Gi為滿載狀態(tài)下轉(zhuǎn)向 驅(qū)動橋上的靜載荷（N）； m'i為汽車最大加速度時(shí)的前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)， 乘用車: m'i =0.80-0.85,商用車：m'i =0.75-0.90; Ft為日常汽車行駛的平均牽

23、引力（N）； if為分動器傳動比，取法見表四；kd=3,性能系數(shù)ft=0的汽車：kd =1， ft>0 的汽車：kd =2。性能系數(shù)由下式計(jì)算 當(dāng)0.195巴9 <16時(shí) Temax 1 mag ——（16-0.195—^） 100 Temax 當(dāng)0.195卩型> 16時(shí) Temax ft = * 0 表四 n與if選取表 車型 高擋傳動比ifg低擋傳動 比i fd的關(guān)系 if n 4x4 i fg > i fd /2 i fg 1 ifg vifd/2 i fd 2 6x6 ifg/2>ifd/3 i fg 2 ifg/2

24、i fd 3 對萬向節(jié)傳動軸進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷Ts取Tse1和Tss1的最小值，或取 Tse2 和 Tss2 的最小值，即 Ts =min [ Tse1， Tss1 ]或 Ts =min [ Tse2 ， Tss2 】， 安全系數(shù) 一般取2.5-3.0。當(dāng)對萬向傳動軸進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷Ts取Tsf1或Tsf2。 傳動軸載荷計(jì)算： 由于發(fā)動機(jī)前置后驅(qū)，位置采用為：用于變速器與驅(qū)動橋之間。所以按發(fā)動 機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一擋傳動比來確定： Tse1=kdTemaxki lif n /n Tss1= G2 m2 ? r ioim n m 已知汽車有關(guān)參數(shù)如下： 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)

25、矩Temax=1050Nm 驅(qū)動橋數(shù)n=2, 發(fā)動機(jī)到萬向傳動軸之間的傳動效率 n =0.95, 液力變矩器變矩系數(shù)k=1 滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動橋上的靜載荷 G2=28000*0.3*9.8=82320 N, 發(fā)動機(jī)最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù) m 2=1.2, 輪胎與路面間的附著系數(shù) ? =0.85, 車輪滾動半徑rr=0.52m, 主減速器從動齒輪到車輪之間傳動比im = 1, 主減速器主動齒輪到車輪之間傳動效率 n m=0.96. 猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù) kd=1，主減速比i1=12.96 所以： Tse1=kdTemaxki 1if n /n =6463.8NM

26、Tss1= G2 m2 ? r bim n m=5272.6NM t T1=min{ T se1, Tssi} 二 T1= Tse1=5272.6NM 5.2、十字軸萬向節(jié)計(jì)算與校核 十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要有十字軸頸和滾針軸承的磨損，十字軸頸和滾 針軸承碗工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落。 設(shè)作用于十字軸頸中點(diǎn)的力為 F （如圖），貝U 2r cos： 式中，「為萬向傳動軸的計(jì)算載荷，r為合力F作用線到十字軸中心之間的 距離，〉為主、從動叉軸的最大夾角。 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力二w和切應(yīng)力?應(yīng)滿足 32d1Fs 「：(d： -d；) 十w] 4F 弋= 2 廠 ■:(d1

27、 -d2) 其中［J］為彎曲應(yīng)力的許用值，為 250-350Mpa;［］為切應(yīng)力許用值，為 80-120Mpa。 十字軸滾針軸承中的滾針直徑一般不小于 1.6mm,以免壓碎，而且尺寸差別 要小，否則會加重載荷在滾針間分配的不均勻性。 十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足 式中，di為滾針直徑（mm）； Lb為滾針工作長度（mm） ;di為十字軸軸頸直 徑（mm）; Fn為在合力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷（N）；由下式確定 4.6F iz 式中，i為滾針列數(shù)，Z為沒列中的滾針數(shù)。 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

28、45°的B-B截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲應(yīng)力 匚w和扭應(yīng)力 b應(yīng)滿足 廠帶珂b］ Wt 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二bh2/6， Wt二khb2 ； k為與h/b有關(guān)的系數(shù)，按表五選??；e、a如圖所 示；彎曲應(yīng)力許用值［J］為50-80Mpa，扭應(yīng)力許用值［b］為80-160Mpa。. 表五系數(shù)K的選取 h/b 1.0 1.5 1.75 2.0 2.5 3.0 4.0 10 K 0.208 0.231 0.239 0.246 0.258 0.267 0.282 0.312

29、十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角 :、十字軸的支承結(jié)構(gòu)和材料、 加工和裝配精度以及潤滑條件等有關(guān)。當(dāng):_ 250時(shí)，可按下式計(jì)算 0 亠 f(d1)2tan〉 r n 式中，o為十字軸萬向節(jié)傳動效率；f為軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動 軸承：f =0.15-0.20,滾針軸承：f =0.15-0.10。 通常情況下，十字軸萬向節(jié)的傳動效率約為 97%--99% 已知數(shù)據(jù)： 傳動軸水平距離1500mm 萬向傳動軸的計(jì)算載荷t,=5272.6NM 合力F作用線到十字軸中心之間的距離 r =68mm 十字軸軸頸直徑d1=40mm 十字軸油道孔直徑d2=1

30、4mm 合力F作用線到軸頸根部的距離s=22mm 滾針直徑d0=4.5，滾針工作長度Lb=30mm 滾針列數(shù)i=4，每列中的滾針數(shù)Z=30 萬向節(jié)叉中的a取46mm，e取96mm，b取64mm，h取110mm 系數(shù)k按表五選取0.258 軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)f=0.10 懸架鋼板彈簧空滿載弧高變化：22.12mm 前懸架動撓度：fd=80mm 主動齒輪左旋，下偏移E=40mm 計(jì)算過程 1）空載時(shí)兩軸夾角的計(jì)算 七汕,邛465 - 38) -(375 - 4。)“0613 1500 計(jì)算得〉=3.51° 2）滾針對十字軸軸頸的作用合力 =5272.6/ (2

31、*0.068*cos3.510) =38841.98N 3）十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力 -35 - / 19 32diFs =138.08Mpa 込[；「w] 2 廠=35.23Mpa <[] ■ (di -d2) 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 4） Fn為在合力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷（N）,則有 4.6F Fn =1488.9N iz 十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力 1 i F =272 （ ） n =952Mpa 江打 V di d° Lb 故十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力滿足校核條件 5）萬向節(jié)叉承

32、受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲應(yīng)力和扭應(yīng)力b為 Fe 二亦=34.2Mpa fw] Fa b =23 .仃 Mpa Wt 故萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷的校核滿足要求 6）十字軸萬向節(jié)的傳動效率為 =99.77% 7）載荷變化時(shí)載荷變化情況下傳動軸長度與角度變化校核 空載時(shí)兩軸夾角：:-=3.51° 滿載靜止時(shí)兩軸夾角：tan J = 0.0505即J =2.89° 滿載動撓度跳動情況下：〉J-3.280 則滿載時(shí)候，角度變化最大量為「' =3.28° 傳動軸長度變化最大（縮短） 厶L =1500/cos3.510-1500=2.82mm

33、 岌動機(jī)高度 三論悴eK您車袒衣覽 （校核滿足要求） 六、萬向傳動軸的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 萬向傳動軸中由滑動叉和矩形花鍵軸組成的滑動花鍵來實(shí)現(xiàn)傳動長度的變 化。伸縮套能自動調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動橋之間距離的變化。 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。 -33 - / 19 -# - / 19 由于該貨車軸距為1950+4550+1350mm為了滿足總布置需要，所以在設(shè)計(jì) 時(shí)米用二根傳動軸 根據(jù)貨車的總體布置要求，將離合器與變速器、變速器

34、與分動器之間拉開一 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 向傳動軸，為了避免運(yùn)動干涉，在傳動軸中設(shè)有由滑動叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié)， 以實(shí)現(xiàn)傳動軸長度的變化?？招膫鲃虞S具有較小的質(zhì)量，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，比 實(shí)心傳動軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，所以此傳動軸管采用空心傳動軸。 傳動軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁?。?.5?3.0mm、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。 傳動軸設(shè)計(jì) 已知： 傳動軸支承長度Lc=1503mm 傳動軸最高轉(zhuǎn)速nmax =5000r/min 安全系數(shù)K取1.2 1、傳動軸管內(nèi)外徑確定 n k =

35、 n max * k = 5000 1.2 = 6000 nk =1.2 10 8 L 2 c -6000  得 De2 d； = 12757 . 8 D c - d c 又 1.5mm 3 mm 2 取仝史二3 mm , 貝U 2 De =76. 8mm de 二 82.8mm Lc為傳動軸長度（mr）,即兩萬向節(jié)中心之間的距離；de和De分別為傳動 軸軸管的內(nèi)、外徑（mm 2）傳動軸扭轉(zhuǎn)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 16DTi 4 181 . 48Mpa 遼[.e] 兀(Dc4 _ de4)

36、 （e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 3）花鍵內(nèi)外徑確定 90 . 74 MPa 取安全系數(shù)2,則 16 T 1 h - < 90 . 74 MPa 兀d h d h - 52 . 89 mm h――為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 K 為花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，取 1.3 Dh ――花鍵外徑 dh ——花鍵內(nèi)徑 Lh 為花鍵有效工作長度  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 -36 - / 19 -# - / 19 GB/T1144-2001，取 d h = 56 mm

37、 , D = 62 mm , B = 10 mm no = 8，Lh = 50 mm ⑤花鍵擠壓強(qiáng)度校核 cy (Dh dh 4 T iK )( Dh -dh 2 )Lhn 0 12 . 9 乞[二y] 當(dāng)花鍵齒面硬度為35HRC時(shí)，許用擠壓應(yīng)力為[-y]二25~ 50MPa 則匚yy 1,滿足花鍵擠壓強(qiáng)度。 最終確定花鍵尺寸： 外徑D h = 62 mm、內(nèi)徑d h = 56 mm、齒數(shù)n0 = 8、花鍵總長L=150mm 參考文獻(xiàn) [1] B0SCH汽車工程手冊（中文第2版）顧柏良 等譯 北京理工大學(xué)出版社2004 [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊：第1?5卷[M]. 5版 成大先 化學(xué)工業(yè)出版社，2008 [3] 汽車?yán)碚摰谖灏?機(jī)械工業(yè)出版社，2011 [4] （德）Gfaf von H. -C. Seherr-Thoss 等著.萬向節(jié)和傳動軸.伍德榮等譯. 北京：北京理工大學(xué)出版社，1997 ⑸ 王望予主編.汽車設(shè)計(jì).第三版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [7]汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 馬明星 中國電力出版社2009 -37 - / 19