傳動軸和萬向節(jié)設(shè)計

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 目 錄 傳動軸與十字軸萬向節(jié)設(shè)計 1.1結(jié)構(gòu)方案選擇……………………………………………02 1.2計算傳動軸載荷…………………………………………03 1.3傳動軸強度校核…………………………………………04 1.4十字軸萬向節(jié)設(shè)計………………………………………04 1.5傳動軸轉(zhuǎn)速校核及安全系數(shù)……………………………07 1.6參考文獻…………………………………………………09 1. 傳動軸與十字軸萬向節(jié)設(shè)計要求 1.1 萬向傳動軸總體概述 萬向傳動

2、軸是汽車傳動系的重要組成部件之一。傳動軸選用與設(shè)計的合理與否直接影響傳動系的傳動性能。選用、設(shè)計不當會給傳動系增添不必要的和設(shè)計未能估算在內(nèi)的附加負荷，可能導(dǎo)致傳動系不能正常運轉(zhuǎn)..。 傳動軸是將發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)知經(jīng)分動器傳遞給前驅(qū)和后驅(qū)的傳動機構(gòu)，轉(zhuǎn)速達3000~7000r/min,振動是傳動軸總成設(shè)計需考慮的首要問題。盡管采取涂層技術(shù)來減小滑移阻力，但產(chǎn)生的滑移阻力仍為等速萬向節(jié)的10~40倍，而滑移阻力將產(chǎn)生振動。為選型設(shè)計提供依據(jù)，傳動軸分為CJ+CJ型、BJ+BJ型（靠花鍵產(chǎn)生滑移)BJ+DOJ型、BJ+TJ型、BJ+LJ型5種類型。 傳動布置型式的選擇 萬向

3、節(jié)傳動軸是汽車傳動系的重要組成部件之一。傳動軸選用與設(shè)計布置的合理與否直接影響傳動系的傳動性能。選用與布置不當會給傳動系增添不必要的和設(shè)計未能估算在內(nèi)的附加動負荷，可能導(dǎo)致傳動系不能正常運轉(zhuǎn)和早期損壞。 車輛的萬向節(jié)傳動，主要應(yīng)用于非同心軸間和工作中相對位置不斷改變的兩軸之間的動力傳遞。裝在變速器輸出軸與前后驅(qū)動橋之間。變速器的動力輸出軸和驅(qū)動橋的動力輸入軸不在一個平面內(nèi)。有的裝載機在車橋與車架間裝有穩(wěn)定油缸、鉸接式裝載機在轉(zhuǎn)向時均會使變速箱與驅(qū)動橋之間的相對位置和它們的輸出、輸出入軸之間的夾角不斷發(fā)生變化。這時常采用一根或多根傳動軸、兩個或多個十字軸萬向節(jié)的傳動[7]。圖2.1為用于汽車變

4、速箱與驅(qū)動橋之間的不同萬向傳動方案。 （a）單軸雙萬向節(jié)式 （b）兩軸三萬向節(jié)式 圖2.1 汽車的萬向傳動方案[7] 1.2 計算傳動軸載荷 由于發(fā)動機前置后驅(qū)，根據(jù)表4-1，位置采用：用于變速器與驅(qū)動橋之間 ① 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動比來確定 Tse1=kdTemaxki1ifη/n Tss1= G2 m’2φrr/ i0imηm 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Temax=235.3Nm 驅(qū)動橋數(shù)n=1， 發(fā)動機到

5、萬向傳動軸之間的傳動效率η=0.85， 液力變矩器變矩系數(shù)k={(k0 -1）/2}+1=1.6 滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷G2=65%mag=0.65*950*9.8=6051.5N， 發(fā)動機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)φ=0.85， 車輪滾動半徑rr=0.35 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ηm=η發(fā)動機η離合器=0.9*0.85=0.765， 因為0.195 mag/Temax<16,fj>0，所以猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)kd=2，主減速比i0=3.98 所以： Tse1=kdT

6、emaxki1ifη/n==7491.952N Tss1= G2 m’2φrr/ i0imηm==709.556N ∵T1=min{ Tse1, Tss1} ∴T1= Tss1=709.556N 1.3 傳動軸強度校核 按扭轉(zhuǎn)強度條件 τT=T/WT≈≤[τT] 式中，τT為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取軸的轉(zhuǎn)速n=4000r/min，軸傳遞的功率P=65kw，Dc=60mm，dc=81mm分別為傳動軸的外內(nèi)直徑，根據(jù)機械設(shè)計表15-3得[τT]為15-25 Mpa ∴τT==8.242 Mpa<[τT] 故傳動軸的強度符合要求 1.4 十字軸萬向節(jié)設(shè)計 萬向節(jié)類型的選擇

7、 對萬向節(jié)類型及其結(jié)構(gòu)進行分析，并結(jié)合技術(shù)要求選擇合適的萬向節(jié)類型。考慮到本畢業(yè)設(shè)計所針對的車型為中輕型貨車，對其萬向傳動軸的設(shè)計應(yīng)滿足：制造加工容易、成本低，工作可靠承載能力強，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修方便等要求，本設(shè)計選用十字軸式萬向節(jié)。 十字軸式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)分析 十字軸式萬向節(jié)的基本構(gòu)造，一般由一個十字軸、兩個萬向節(jié)叉、和滾針軸承等組成。兩個萬向節(jié)叉上的孔分別松套在十字軸的兩對軸頸上。為了減少磨擦損失，提高效率，在十字軸的軸頸處加裝有由滾針和套筒組成的滾針軸承。然后，將套筒固定在萬向節(jié)叉上，以防止軸承在離心力作用下從萬向節(jié)叉內(nèi)脫出。這樣，當主動軸轉(zhuǎn)動時，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動，又

8、可繞十字軸中心在任意方向擺動。目前，最常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式、卡環(huán)式、瓦蓋固定式和塑料環(huán)定位式 ① 設(shè)作用于十字軸軸頸中點的力為F，則 F= T1/2rcosα=709.556/2*50x10-3*cos8o=7165.292N ② 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力σw和切應(yīng)力τ應(yīng)滿足 σw=≤[σw] τ=≤[τ] 式中，取十字軸軸頸直徑d1=38.2mm，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，[σw]為彎曲應(yīng)力的許用值，為250-350Mpa，[τ]為切應(yīng)力的許用值，為80-120 Mpa ∴σw=== = 18.32Mpa<

9、[σw] τ= = =6.711Mpa<[τ] 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 ③ 十字軸滾針的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足 σj=272≤[σj] 式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長度Lb=27mm， 在合力F作用下一個滾針所受的最大載荷Fn= ==749.09N,當滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC

10、

11、 以上時，許用接觸應(yīng)力[σj]為3000-3200 Mpa σj=272= 272=0.859 Mpa<[σj] 故十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力校核滿足 ④ 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σw和扭應(yīng)力τb應(yīng)滿足 σw=Fe/W≤[σw] τb=Fa/Wt≤[τb] 式中，取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,查表，取k=0.246,W=

12、bh2/6, Wt=khb2, 彎曲應(yīng)力的許用值[σw]為50-80Mpa，扭應(yīng)力的許用值[τb]為80-160 Mpa ∴σw=Fe/W= =20.054 Mpa< [σw] τb=Fa/Wt= =13.587 Mpa<[τb] 故萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷校核滿足要求 ⑤ 十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角α，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α≤25°時，可按下式計算（取α=15°） η0=1-f（）=1-0.07（）=99.08% 1.5 傳動軸轉(zhuǎn)速校核及安全系數(shù) ①傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速為 n

13、k=1.2×108 式中，取傳動軸的支承長度Lc=1.5m, dc=70mm, Dc=90mm分別為傳動軸軸管的內(nèi)外直徑, nmax=4500 r/min ∴nk=1.2×108×=6080.933 r/min 在設(shè)計傳動軸時，取安全系數(shù)K= nk/nmax=1.2-2.0 ∴K= nk/nmax==1.351 故符合要求 ② 傳動軸軸管斷面尺寸除應(yīng)滿足臨界轉(zhuǎn)速要求以外，還應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強度。 軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τc=≤[τc] 式中[τc]=300 Mpa ∴τc==7.818 Mpa<[τc] ∴軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力校核符合要求

14、③ 對于傳動軸上的花鍵軸，通常以底徑計算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τh，許用應(yīng)力一般按安全系數(shù)2-3確定 τh = 式中,取花鍵軸的花鍵內(nèi)徑dh=70mm，外徑Dh=80mm, ∴τh ==10.336 Mpa ④ 傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力σy應(yīng)滿足 σy=T1K’/Lhn0≤[σy] 式中,取花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)K’=1.35,花鍵的有效工作長度Lh=60mm，花鍵齒數(shù)n0=18,當花鍵的齒面硬度大于35HRC時：許用擠壓應(yīng)力[σy]=25-50 Mpa ∴σy= =4.730Mpa <[σy] ∴傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力σy滿足要求 1.6 參考文獻： [1] 王望予.汽車設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社， [2] 紀名剛.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社， [3] 劉鴻文.材料力學(xué).北京：高等教育出版社， 專心---專注---專業(yè)