【正文】 了傳動(dòng)方案后，對(duì)傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)總成、中間支承總成進(jìn)行設(shè)計(jì)，使該總成能夠在正常使用的情況及規(guī)定的使用壽命內(nèi)不發(fā)生失效。在 本世紀(jì)初萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的發(fā)明與使用 ，在汽車工業(yè)的發(fā)展中起到了極其重要的作用。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 輕型商用車傳動(dòng)軸及萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) The Graduation Design for Bachelor39。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車對(duì)萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的效率、強(qiáng)度、耐久性和噪聲等性能方面的設(shè)計(jì)及計(jì)算校核要求也越來(lái)越嚴(yán)格。 關(guān)鍵字 ：傳動(dòng)軸；萬(wàn)向節(jié)；中間支承；設(shè)計(jì)；校核 II ABSTRACT The universal drive shaft of automotive is posed of transmission shaft and cardin joint. The main function of the universal drive shaft is to transmitting torque and rotation movement between two shafts whose relative position is variation in the working process. At the beginning of this century the transmission shaft and cardin joint play an important role in the development of automobile industry. As the development of automobile industry, the automobile demand that the design and verification of transmission shaft and cardin join stricter in the efficiency, intension, durability and noise performance. This graduation design chooses existing production business enterprise of basis is producing the car type(CA1041) of ten thousand to spread to move to equip the conduct and actions design prototype. Under the conditions of the main technical parameters of the given vehicle, installation location of engine, transmission and other major assembly are determined , the structure of the vehicle is analysised, the transmission shaft layout program is determined. Two shaftthree cardin joints is adapted. After determining the transmission options, the right drive shaft and universal joint assembly, intermediate bearing assembly is designed, so that the assembly can be used in normal situations and the life within no failure. Keywords： Transmission shaft； Cardin joint； Middle supporting； Design ； Verification 目 錄 摘要 II 第 1 章 緒論 1 研究?jī)?nèi)容及方法 3 第 2 章 傳動(dòng)軸總成的設(shè)計(jì) 9 主傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì) 15 萬(wàn)向節(jié)類型的選擇 15 十字軸式萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)分析 31 軸承的選取 35 參考文獻(xiàn) 36 致謝 傳動(dòng)軸選用與設(shè)計(jì)的合理與否直接影響傳動(dòng)系的傳動(dòng)性能。因此對(duì)傳動(dòng)系重要組成部分萬(wàn)向節(jié)振動(dòng)特性必須進(jìn)行分析 [2]。汽車和工程機(jī)械用傳動(dòng)軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生彎曲振動(dòng)。因載荷的隨機(jī)性及切削加下時(shí)下件表而凹凸不平及材料軟硬不均。傳動(dòng)軸模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中，既考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性和模糊性，又能進(jìn)行多參數(shù)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方案最優(yōu)，且在設(shè)計(jì)后能預(yù)測(cè)新產(chǎn)品的可靠度 [3]。可分為鍘性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)。由于近年來(lái) Pro/E、 CATIA、 Matlab 等軟件的開發(fā)與應(yīng)用，國(guó)內(nèi)的企業(yè)、科研單位也致力于基于 CATIA、 Matlab 等的模糊、仿真設(shè)計(jì)，從而大大提高了我國(guó)對(duì)萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)、制造水平。 根據(jù)給定的發(fā)動(dòng)機(jī)功率、變速器最大傳動(dòng)動(dòng)比、主速器傳動(dòng)動(dòng)比計(jì)算出最大剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，選取鋼材的材料并查得其屈服極限，傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速的校核。兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉上的孔分別松套在十字軸的兩對(duì)軸頸上。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)定位式等 [4]。 十字軸滾針軸承 滾針軸承的結(jié)構(gòu)分析： 汽車萬(wàn)向節(jié)用滾針軸承的結(jié)構(gòu)型式較多，但就滾針來(lái)說、主要有三種型式：錐頭滾針、平頭滾針及圓頭滾針。 萬(wàn)向節(jié)叉 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 ?45 截面處，萬(wàn)向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)對(duì)其彎曲應(yīng)力 w? 和扭應(yīng)力 b?進(jìn)行校核。 在設(shè)計(jì)中間支承時(shí)，應(yīng)合理選擇橡膠彈性元件的徑向剛度 RC ，固有 頻率 0f 對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速 060fn? r/min 盡可能低于傳動(dòng)軸的常用轉(zhuǎn)速范圍，以免共振，保證隔振效果好。傳動(dòng)軸選用與設(shè)計(jì)的合理與否直接影響傳動(dòng)系的傳動(dòng)性能。為選型設(shè)計(jì)提供依據(jù)，傳動(dòng)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。 車輛的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)，主要應(yīng)用于非同心軸間和工作中相對(duì)位置不斷改變的兩軸之間的動(dòng)力傳遞。這時(shí)常采用一根或多根傳動(dòng)軸、兩個(gè)或多個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)[7]。 傳動(dòng)軸斷面尺寸的確定與強(qiáng)度校核 傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)分析 傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度和夾角及它們變化范圍，由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。其許用的傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，不應(yīng)超過臨界轉(zhuǎn)速。即傳動(dòng) 軸的旋轉(zhuǎn)，將伴隨有彎曲振動(dòng)，它的頻率即等于傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。作用在傳動(dòng)軸上的離心力則為： 2)( ?aymF ?? （ ） 式中 :m— 傳動(dòng)軸的質(zhì)量 7 這時(shí)離心力被 與長(zhǎng)度成正比的材料彈性力 p 所平衡，由材料力學(xué)得知： 8LEIcyP? （ ） 式中： E— 傳動(dòng)軸材料的抗拉彈性模數(shù)， 101021??E N/mm2； L— 支承長(zhǎng)度，取兩萬(wàn)向節(jié)的中心距離（ m）； I— 軸剖面對(duì)其對(duì)稱軸線（直徑）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ m4）； 系數(shù) c 與受載情況、支承型式有關(guān)，當(dāng)載荷在兩端自由支承的梁上沿長(zhǎng)度平均分布時(shí) 5384?c ，而在同樣受載情況下，對(duì)兩端固定支架支承的梁 384?c ； P— 材料彈性力 由平衡條件得： 32)( LEIcyaym ?? ? （ ） 解得： 232??mLEIcamy?? （ ） 式中： a— 初撓度； Y— 附加撓度； ω— 傳動(dòng)軸角速度 當(dāng) 23 ?mLEIc ?時(shí)，軸的撓度 y 趨于無(wú)窮大，即若軸以與此相應(yīng)的角速度 0h? 旋轉(zhuǎn)時(shí)必將折斷。 從上面公式可以看出：當(dāng)傳動(dòng)軸外徑相同時(shí)，空心軸的臨界轉(zhuǎn)速比實(shí)心的要高。當(dāng)傳動(dòng)軸外徑相同時(shí)，空心軸的臨界轉(zhuǎn)速比實(shí)心的要高。 9 ~m ax ?? nnk ko （ ） 式中： maxn — 為對(duì)應(yīng)于車輛最大行駛速度時(shí)，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 如果傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡很好，而且花鍵連接制造精度很高，此時(shí)臨界轉(zhuǎn)速的安全系數(shù)，可取較小值。mm；對(duì) 5t 以上的貨車，在 1000~4000r/min 時(shí)不大于 10N在某些轎 車上，為了縮短傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度而采用加長(zhǎng)的變速器。 5maxmax ke inn ?? 10 式中： maxen — 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速 3400max ?en r/min； 5ki — 變速器最高檔傳動(dòng)比 ?ki ；則：2 5 3 4 0 05m a xm a x ????? ke inn r/min。設(shè)主傳動(dòng)軸外徑為 2cD ，內(nèi)徑為 2cd ，傳動(dòng)軸管厚度為 B。 由于中間傳動(dòng)軸比主傳動(dòng)軸短，所以主傳動(dòng)軸軸管的外徑和管壁厚度同樣適用于中間傳動(dòng)軸。本設(shè)計(jì)選矩形花鍵，其主要參數(shù)可按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取 [9]。 在選定花鍵尺寸后，還應(yīng)對(duì)作用在花鍵軸上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 h? (MPa)和作用在齒側(cè)的擠壓應(yīng)力 y? (MPa)進(jìn)行校核。在確定了傳動(dòng)軸尺寸后對(duì)其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力進(jìn)行了 14 校核，使傳動(dòng)軸在各種工況以及沖載荷情況下不會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。 15 第 3章 萬(wàn)向節(jié)總成的設(shè)計(jì) 萬(wàn)向節(jié)類型的選擇 萬(wàn)向節(jié)是轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)軸之間實(shí)現(xiàn)變角度傳遞動(dòng)力的基本部件，按其在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，可分為撓性萬(wàn)向節(jié)和剛性萬(wàn)向節(jié)。準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)是指在設(shè)計(jì)角度下以相等的瞬時(shí)角速度傳遞運(yùn)動(dòng)，而在其他角度下以近似相等的瞬時(shí)角速度傳遞運(yùn)動(dòng)的萬(wàn)向節(jié)。 萬(wàn)向節(jié) 剛性萬(wàn)向節(jié) 不等速萬(wàn)向節(jié) 十字軸式 準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié) 雙聯(lián)式 凸塊式 三銷軸式 球面滾輪式樣 等速萬(wàn)向節(jié) 球叉式 球籠式 撓性萬(wàn)向節(jié) 16 十字軸式萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)分析 十字軸式萬(wàn)向節(jié)的基本構(gòu)造，一般由一個(gè)十字軸、兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉、和滾針軸承等組成。這樣，當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸既可隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，又可繞十字軸中心在任意方向擺動(dòng)。有時(shí)將彈性蓋板點(diǎn)焊于軸承座底部，裝配后，彈性蓋板對(duì)軸承座底部有一定的預(yù)壓力，用來(lái)防止高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于離心力作用，在十字軸端面與軸承座底之間出現(xiàn)間隙而引起十字軸軸向竄動(dòng)，并避免了由于這種竄動(dòng)所造成的傳動(dòng)軸動(dòng)平衡狀態(tài)的破壞。這各結(jié) 構(gòu)具有拆裝方便、使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，但加工藝復(fù)雜。 滾針軸承的潤(rùn)滑和密封好壞直接影響十字軸萬(wàn)向節(jié)的使用壽命。在灰塵較多的條件下使用時(shí)，可顯著提高萬(wàn)向節(jié)壽命。 由 于 1cos? 是周期為 2π 的周期函數(shù)，所以 21/?? 也為同周期的周期函數(shù)。當(dāng) T1 與 α 一定時(shí)， T2 在其最大值與最小值之間每一轉(zhuǎn)變化兩次。同理，從動(dòng)叉對(duì)十字軸也作用有從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩 T2 和作用在從動(dòng)叉平面的彎曲力矩2T?在這四個(gè)力矩的作用下，使十字軸萬(wàn)向節(jié)得以平衡。 （ a) 01?? 或π時(shí) （ b) 1? ＝π /2或 2/3? 圖 十字軸萬(wàn)向節(jié)的力矩平衡 分析可知，附加彎矩1T?、2T?的大小是在零與上述兩面最大值之間變化，變化周期為 π，即每一轉(zhuǎn)變化再次。在從動(dòng)軸支承和萬(wàn)向節(jié)上造成大小相等、方向相反的側(cè)向載荷為：