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機電工程學院
畢業(yè)設(shè)計方案
論證報告
設(shè)計題目: GD1041型商用車傳動軸、懸架設(shè)計
學生姓名：
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專業(yè)班級：
指導教師：
20XX 年 3 月 20 日
II
目次
1 萬向傳動軸概述 2
2 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 2
2.1 十字軸式萬向節(jié) 2
2.2 雙聯(lián)式萬向節(jié) 3
2.3 凸塊式萬向節(jié) 4
2.4 球叉式萬向節(jié) 4
2.5 撓性萬向節(jié) 4
3 傳動軸結(jié)構(gòu)方案分析 4
4 懸架概述 4
5 懸架結(jié)構(gòu)方案分析 5
5.1 非獨立懸架 5
5.2 獨立懸架 5
5.3 前、后懸架方案的選擇 5
6 彈性元件 6
6.1 鋼板彈簧 7
6.2 螺旋彈簧 7
7 減振器 7
論證結(jié)果 7
參考資料 8
I
1 萬向傳動軸概述
萬向傳動軸由軸管、萬向節(jié)及其伸縮花鍵等組成，但長軸距的汽車，有時還裝有中間支承。萬向傳動軸主要用于相對位置不斷發(fā)生變化的兩根軸之間，用來傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運動。萬向傳動軸在汽車上的應用非常廣泛，發(fā)動機前置后輪驅(qū)動或全輪驅(qū)動的汽車在行駛時，由于懸架的不斷變形，驅(qū)動橋輸入軸與變速器或分動器的輸出軸軸線之間的相對位置經(jīng)常發(fā)生變化，因而可伸縮的十字軸萬向節(jié)傳動軸得到普遍采用；某些汽車根據(jù)總布置的要求需要將變速器與離合器、變速器與分動器之間拉開一些距離?？紤]到車架變形及軸與軸之間很難保證同心，所以通常采用撓性萬向傳動軸或十字軸萬向節(jié)傳動軸；對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，左、右驅(qū)動輪需要隨汽車行駛軌跡，隨時改變方向，這時大多采用等速萬向傳動軸。萬向傳動軸設(shè)計應滿足的基本要求：保證所連接的兩根軸的相對位置及夾角在一定范圍內(nèi)變化時，能穩(wěn)定且可靠地傳遞運動及動力；保證所連接的兩根軸盡可能的等速運轉(zhuǎn)。由于夾角所產(chǎn)生的振動、附加載荷及噪聲應在允許的范圍內(nèi)，在汽車正常運轉(zhuǎn)時，不應產(chǎn)生共振現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用壽命長，傳動效率高，維修容易等。
2 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析
2.1 十字軸式萬向節(jié)
十字軸式萬向節(jié)主要由主動叉、十字軸、從動叉、軸向定位件及其滾針軸承和橡膠密封件等組成。如圖1所示：
圖1十字軸式剛性萬向節(jié)
滾針軸承軸向定位的方式有卡環(huán)式（圖2c、d）、蓋板式（圖2a、b）、塑料環(huán)定位式（圖2f）和瓦蓋固定式（圖2e）。
a） 普通蓋板式 b）彈性蓋板式 c）外卡式 d）內(nèi)卡式 e）瓦蓋固定式 f）塑料環(huán)定位式
1-螺栓 2-鎖片 3-蓋板 4-萬向節(jié)叉 5-套筒 6-彈性蓋板 7-軸承座 8-外卡環(huán) 9-內(nèi)卡環(huán)
圖2滾針軸承軸向定位方式
卡環(huán)式分為內(nèi)卡式（圖2d）和外卡式（圖2c）兩種。它們具有的優(yōu)點是工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小和零件少。蓋板式軸向定位結(jié)構(gòu)用螺栓1和蓋板3并將套筒5固定在萬向節(jié)叉4上，且用鎖片2將螺栓鎖緊它具有的優(yōu)點是拆裝方便、工作可靠。它的缺點是零件數(shù)目較多。塑料環(huán)定位式（圖2f）具有十字軸軸向竄動小、定位可靠，但拆裝不方便。瓦蓋固定式（圖2e）這種結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點是使用可靠、拆裝方便，但是加工工藝較復雜。
十字軸萬向節(jié)的壽命由滾針軸承的潤滑和密封好壞直接影響。毛氈油封由于防塵、防水效果差，漏油多，加注潤滑油時，有可能在滾針軸承中出現(xiàn)空氣阻塞而造成缺油，故應用以越來越少。雙刃口復合油封不需要安裝安全閥，防水、防塵效果好。在灰塵較多的條件下使用可提高其使用壽命。十字軸萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單，耐久性好，強度高，傳動效率高，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。
2.2 雙聯(lián)式萬向節(jié)
雙聯(lián)式萬向節(jié)實際上由兩個十字軸式萬向節(jié)相組合而成。可設(shè)有分度機構(gòu)，以保證雙聯(lián)式萬向節(jié)所連接的兩根軸工作轉(zhuǎn)速趨于相同。但是偏心的雙聯(lián)式萬向節(jié)取消了分度機構(gòu)，也可以確保所連接的兩根軸工作轉(zhuǎn)速趨于相等。在軍用的越野汽車上轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中無分度機構(gòu)的雙聯(lián)式萬向節(jié)應用相當廣泛。雙聯(lián)式萬向節(jié)的優(yōu)點：允許兩軸間的夾角較大，傳動效率高。缺點是：零件數(shù)目多，外形尺寸較大，傳遞轉(zhuǎn)矩有限，結(jié)構(gòu)較復雜。
2.3 凸塊式萬向節(jié)
凸塊式萬向節(jié)這種結(jié)構(gòu)工作可靠，加工簡單，但是由于工作面全為滑動摩擦，表面容易發(fā)生磨損，所以傳動效率低,并對潤滑及密封要求較高。凸塊式萬向節(jié)主要應用于傳遞較大轉(zhuǎn)矩的越野汽車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中。
2.4 球叉式萬向節(jié)
2.4.1 圓弧槽滾道型
這種萬向節(jié)只有在滾道和傳力鋼球之間具有一定的預緊力時，才能保證等角速度傳動。用不同尺寸級別的傳力鋼球來保證預緊力。在使用過程中，隨著磨損的增加，預緊力逐漸減弱以至消失，此后兩球叉之間將發(fā)生軸向的竄動，破壞了兩球叉的傳遞等速性，嚴重時將造成鋼球的脫落。圓弧槽滾道型球叉式萬向節(jié)主要應用在總質(zhì)量不大的越野汽車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中。
2.4.2 直槽滾道型
直槽滾道型球叉式萬向節(jié)加工比較容易，但所允許的兩軸間夾角不能超過20度，在兩球叉之間允許有一定量的軸間間隙，主要應用于斷開式的驅(qū)動橋，因為在半軸擺動時，它可以彌補半軸的長度變化，因此可以省去滑動花鍵。
2.5 撓性萬向節(jié)
撓性萬向節(jié)依靠彈性元件的變形來保證在相交的兩軸間傳動不發(fā)生干涉，彈性元件可以是橡膠金屬套筒、橡膠盤、六角形橡膠圈、鉸接塊等多種形式。撓性萬向節(jié)主要應用于乘用車三萬向節(jié)傳動中，作為靠近變速器的第一萬向節(jié)使用，或在載質(zhì)量較大的商用車中用于變速器與分動器之間，發(fā)動機與變速器之間，以消除車架變形和制造安裝誤差對傳動的影響。
3 傳動軸結(jié)構(gòu)方案分析
在輕、中型貨車中，連接變速器和驅(qū)動橋的傳動軸由傳動軸和兩端焊接的花鍵軸以及萬向節(jié)叉等組成。在汽車行駛時，由于懸架的不斷變形，驅(qū)動橋與變速器的相對位置經(jīng)常發(fā)生變化，因而傳動軸用花鍵軸和滑動叉組成的滑動花鍵連接，以避免運動干涉，實現(xiàn)傳動軸的長度的變化。因而可伸縮的十字軸萬向節(jié)傳動軸得到了普遍采用。
實心傳動軸用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的半軸，微型車的萬向傳動裝置中以及斷開式驅(qū)動橋半軸。
空心傳動軸能夠傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，具有較小的質(zhì)量，且具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，普遍應用與萬向傳動裝置中，為減少軸向磨損和阻力，伸縮花鍵通常應靠近變速器?？招膫鲃虞S一般用壁厚為1.5-3.0mm的薄壁鋼板焊接而成。
4 懸架概述
車架和車軸被懸架彈性地連接起來，其傳遞車輪與車架之間的一切力矩及力，緩和路面的沖擊，減少由此引起的沖擊及振動。以保證汽車平順行駛及操作穩(wěn)定性，使汽車能夠高速行駛。懸架主要由彈性元件、減振器、導向機構(gòu)等組成。近些年以來，載貨汽車懸架出現(xiàn)了空氣懸架或者橡膠懸架?？諝鈶壹芎拖鹉z懸架是以空氣或橡膠彈簧為彈性元件，它們具有變剛度的特點，因此，整個懸架有較強的承載能力。在承載性等方面都比傳統(tǒng)使用的鋼板懸架更具有優(yōu)勢。
空氣懸架彈簧是一種運用在高檔客車和重型載貨車上的懸架系統(tǒng)，是世界鋼板彈簧發(fā)展趨勢，空氣懸架的最終發(fā)展趨勢是不再需要或使用很少的彈簧扁鋼?？諝鈶壹茉诿罋W發(fā)達國家已經(jīng)有70多年的歷史，在二十世紀五十年代以來，空氣懸架開始應用在小轎車、載重車、大客車上。到了六十年代，美國、德國等發(fā)達國家生產(chǎn)的大部分的公共汽車裝有了空氣彈簧懸架。
5 懸架結(jié)構(gòu)方案分析
懸架可分為獨立懸架和非獨立懸架，獨立懸架是左右車輪通過各自的懸架與車架相連接，一側(cè)車輪的運動不影響另一側(cè)車輪。非獨立懸架是左右車輪用一根軸連接，在通過懸架與車架相連，一側(cè)車輪的跳動影響另一側(cè)車輪的運動。懸架的結(jié)構(gòu)形式簡圖如圖3：
a） 非獨立懸架 b）獨立懸架
圖3懸架的結(jié)構(gòu)形式簡圖
5.1 非獨立懸架
以鋼板彈簧為彈性元件兼導向機構(gòu)的非獨立懸架主要優(yōu)點是：制造容易，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，便于拆卸。其缺點是:因為整車的總體及布置的要求，鋼板彈簧不可能太長.這種懸架主要應用在乘用車的后懸架上以及總質(zhì)量較大的商用車前后懸架上。
5.2 獨立懸架
獨立懸架的優(yōu)點：懸架占用的空間小，簧下質(zhì)量下。其缺點是：成本較高，結(jié)構(gòu)復雜，維修困難，不便拆卸等。這種懸架主要應用于總質(zhì)量不大的商用車上以及乘用車.
5.3 前、后懸架方案的選擇
目前汽車上前、后懸架選擇的方案有：
（a）前輪和后輪都采用非獨立懸架。
（b）前輪和后輪都采用獨立懸架。
（c）前輪使用獨立懸架，而后輪采用非獨立懸架。
5.3.1 前輪和后輪都采用非獨立懸架
前輪和后輪都采用縱置鋼板彈簧的非獨立懸架的汽車，在轉(zhuǎn)向行駛時，外側(cè)的懸架處于加載的狀態(tài)而內(nèi)側(cè)的懸架處于減載的狀態(tài)，因此外側(cè)的懸架受壓而被拉伸，內(nèi)側(cè)的懸架處于縮短的狀態(tài)。導致與懸架相連接的車軸的軸線相對汽車的縱向軸線偏轉(zhuǎn)一定的角度。這種偏轉(zhuǎn)對于后橋，增加了過多的轉(zhuǎn)向趨勢，而對于前軸，增加了汽車的不足轉(zhuǎn)向趨勢，如圖4a所示。通常將汽車后懸架的縱置鋼板彈簧的后部吊耳設(shè)置的比前部吊耳高，結(jié)果使懸架的瞬時運動中心位置得以降低，和懸架相連接的車軸的運動軌跡如圖4b所示。即oa段是外側(cè)懸架與車軸連接處的運動軌跡。結(jié)果后軸軸線的偏離不再導致汽車具有過多轉(zhuǎn)向的趨勢。
圖4汽車的軸轉(zhuǎn)效應
5.3.2 前輪和后輪都采用獨立懸架
發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的汽車，通常采用扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式后懸架和麥弗遜式前懸架。扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式后懸架在側(cè)向力的作用下，后軸將產(chǎn)生不利于操作穩(wěn)定性的軸轉(zhuǎn)向效應。
5.3.3 前輪使用獨立懸架，而后輪采用非獨立懸架
乘用車采用雙橫臂式獨立懸架作為前懸架，縱置鋼板彈簧非獨立懸架作為后懸架。將上橫臂支承銷的軸線在縱向平面內(nèi)的投影設(shè)計成后低前高狀，為使懸架的縱向運動中心處于制動前俯角減小處。以減少汽車制動時的車身縱傾角。以保證車身有良好的操縱穩(wěn)定性。
6 彈性元件
6.1 鋼板彈簧
汽車上彈性元件應用最廣泛的是鋼板彈簧，它由若干片合金彈簧片組合而成，是近乎等強度的彈性梁，其構(gòu)造如圖5所示。
圖5鋼板彈簧
主片的卷耳是最薄弱處，常將第二片的末端也制成卷耳，以改善主片的受力情況。為使在鋼板彈簧變形時各片有相對運動的可能，在第二片包耳與第一片卷耳之間留有一定的間隙，有的鋼板彈簧不做成卷耳，而用其它的連接形式。鋼板彈簧變形時，各片之間發(fā)生相對滑動而產(chǎn)生摩擦，可以衰減車架的振動。鋼板彈簧還兼導向機構(gòu)的作用，各片彈簧的相對滑動進而促進車身振動的衰減。在彈簧片之間加裝塑料墊片，為保證在彈簧片之間產(chǎn)生定值摩擦以及消除噪聲。
6.2 螺旋彈簧
螺旋彈簧廣泛應用于獨立懸架。螺旋彈簧本身并沒有減振作用，螺旋彈簧中必須加裝減振器。螺旋彈簧還必須裝導向機構(gòu)，以傳遞各種力和力矩。
7 減振器
減振器是車輛懸架系統(tǒng)中的重要部件，其性能的好壞對車輛的舒適性以及車輛及懸架系統(tǒng)的使用壽命等有較大影響。汽車在受到來自不平路面的沖擊時，其懸架彈簧可以緩和這種沖擊，但同時也激發(fā)出較長時間的振動，使乘坐不適。與彈性元件并聯(lián)安裝的減振器可很快衰減這種振動，改善汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。
汽車懸架中廣泛采用液壓減振器。液壓減振器按其結(jié)構(gòu)可分為搖臂式和筒式；按其工作原理可分為單向作用式和雙向作用式。筒式減振器由于質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定、工作可靠、易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點，成為了汽車減振器的主流。筒式減振器又可分為雙筒式、單筒式和充氣筒式，其中以雙筒式應用最多。充氣筒式減振器在筒式減振器中充以一定壓力的氣體，改善了高速時的減振性能，并有利于消除減震器產(chǎn)生的噪聲，但由于成本及使用維修問題，使其推廣應用受到一定限制。本設(shè)計中，選用雙向作用筒式減振器。
論證結(jié)果
根據(jù)所設(shè)計的車型選擇：十字軸式萬向節(jié)，滾針軸承軸向定位方式卡環(huán)式、雙刃口復合油封、空心傳動軸、前輪和后輪都采用非獨立懸架、彈性元件采用鋼板彈簧、減振器選用雙向作用筒式減振器。
參考資料
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[3]陳家端.汽車構(gòu)造 （上冊）[M]．第2版．北京：高等教育出版社，2005.2
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