【正文】 當 ?f mm 時： )()(180s i n 000 ??????????? fdKZfdD mm 聯(lián)連接元件的設(shè)計 聯(lián)接螺栓 在發(fā)動機前置后驅(qū)動的汽車中，連接變速器與驅(qū)動橋之間的傳動軸是靠萬向節(jié)叉與驅(qū)動橋或變速器的法蘭盤 組成的聯(lián)軸器來傳遞轉(zhuǎn)矩的，一般情況下，都是選用結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可傳遞較大轉(zhuǎn)矩的凸緣聯(lián)軸器。將i=1,z=26， F= 代入公式 得： izFFn ? ???? 將 30?d mm， 221?d mm， 15318 ???bL mm， ?nF N 代入公式 得： 25 2 0 815 6 1 1312212721127221??????? ?????????? ??bnj LFdd? MPa ][ j?? 經(jīng)校核軸承滾針接觸應力符合設(shè)計要求。滾針的長度一般不超過軸頸的長度，這可使其既具有較高的承載能力，又不致因滾針過長發(fā)生歪斜而造成應力集中。其結(jié)構(gòu)如圖 所示： 十字軸滾針軸承中的滾針直徑通常不小于 以免被壓碎，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，公差帶控制在 以內(nèi)。為了防止在運輸及安裝過程中掉針。十字軸主要失效形式是軸頸根部斷裂，所以設(shè)計時應保證該處有足夠的抗彎強度。 萬向節(jié)總成主要參數(shù)的確定與校核 便于設(shè)計時確定十字軸總成尺寸，表 列出不同噸位載重汽車的十字軸尺寸范圍 [16]。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。 （ a) Z型布布置示意圖 （ b) Z型布置時的彎矩圖 （ c) W型布置示意圖 （ d) W型布置時的彎矩圖 F 圖 附加彎矩對傳動軸的作 多十字軸萬向節(jié)傳動 多萬向節(jié)傳動的從動叉相對主動叉的轉(zhuǎn)角差為： )(2s in4 12 ???? ??? e （ ） 式中： e? — 多萬向節(jié)傳動的當量夾角； θ— 主動叉的初相位角； 1? — 主動軸轉(zhuǎn)角 21 式 表明，多萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸的運動關(guān)系，如同具有夾角為 e? ， 而主動叉具有初相 θ 的單萬向節(jié)傳動一樣。 在雙萬向節(jié)傳動中，直接與輸入軸和輸出軸相連的萬向節(jié)叉所受的附加彎矩分別由相應軸的支承反力平衡。 如果十字軸萬向節(jié)的主動叉軸轉(zhuǎn)速不變，則從動 叉軸周期地加速、減速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的慣性力矩為： 222 ?JT G ? （ ） 式中， J2— 從動叉軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量； ε2— 從動叉軸的角加速度，可通過對式 求導得出： )c oss in1( 2s ins inc os 122 12212 ?? ????? ?? （ ） 可見，當輸入軸轉(zhuǎn)速很高，且輸入、輸出軸之間夾角較大時，由于從動叉軸旋轉(zhuǎn)的不均勻加劇所產(chǎn)生的慣性力矩，可能會超過結(jié)構(gòu)許用值。與此方向相反的反作用力矩則由主動叉軸的支承承受。這樣，從動叉上的附加彎矩2T?= T1sinα。在不計萬向節(jié)慣性力矩時，主、從動叉軸上的轉(zhuǎn)矩 T1 、 T2 和矢量互成一角度而不能自行封閉，此時在萬向節(jié)上必然還作用有另外的力矩。因此，當主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動時快 、時慢，此即為普通十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性 [15]。當夾角由 ?4 增至于 ?16 時，萬向節(jié)中的滾針軸承壽命將下降到原來壽命的 1/4。在結(jié)構(gòu)較復雜的雙刃口復合油封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。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。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。 最普通的蓋板式軸承 軸向定位結(jié)構(gòu)是用螺栓和蓋板將套筒固定在萬向節(jié)叉上，并用鎖片將螺栓鎖緊。為了減少磨擦損失、提高效率、在十字軸軸頸和萬向節(jié)間有由滾針和套筒組成的滾針軸承。萬向節(jié)分類如下圖 所示： 圖 萬向節(jié)的分類 由于十字軸式萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動可靠、效率高、且制造成本低，被廣泛應用于各類汽車的傳動系統(tǒng)中。剛性萬向節(jié)根據(jù)其運動特點又可分為不等速萬向節(jié)、準等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)三種形式 [11]。本設(shè)計中選用了相對漸開線花鍵定心精度更高、加工更容易的矩型花鍵，這種形式提高了傳動軸高速轉(zhuǎn)動時的穩(wěn)定性 ，也減少了花鍵的磨擦從而提高了傳動軸整體的使用壽命。 13 本章小結(jié) 本章完成了對中間傳動軸、主傳動軸的設(shè)計。 矩形花鍵主要有下圖 所示四種形式：由于汽車上所用的花鍵要求可以沿軸向滑動，所以選 A 型花鍵。為避免運動干涉，傳動軸中設(shè)有由滑動叉和矩形或漸開線花鍵軸組成的滑動花鍵來以實現(xiàn)傳動軸長度的變化。 在按臨界轉(zhuǎn) 速 0kn 初選軸管斷面尺寸以后，還需要進行扭轉(zhuǎn)強度驗算，由于傳動軸夾角 α 引起的附加扭矩和彎矩很小，所以為了計算簡單，將不考慮由于夾角 α 而引起的附加扭矩和彎矩，只按純扭矩計算其扭轉(zhuǎn)應力。表 給出外徑 D=60~95mm 的標準參數(shù)值。 解放牌CA1041K26L— Ⅱ 載貨汽車主要技參數(shù)見附錄。十字軸端面磨損會使其軸向間隙及竄動增大而影響動平衡，因此應嚴格控制該間隙或采用彈性蓋板，有的可加裝端面滾針軸承，傳動軸總成的徑向全跳動動應不大 ~。表 為某載重汽車的實驗數(shù)據(jù)， vn 表示傳動軸破壞轉(zhuǎn)速 [8]。在確定傳動軸截面尺寸時，一定要使傳動軸的實際最大轉(zhuǎn)速小于其臨界轉(zhuǎn)速。同時還可看出當 L 增加， 0kn 下降，為了提高 0kn 可縮短傳動軸長度，增大軸管內(nèi)外徑。對于絕大多數(shù)開式傳動軸，可按兩端自由支承的軸來計算，工作長度 L 可取兩萬向節(jié)中心間距離。 圖 萬向節(jié)傳動軸的彎曲振動 傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速與軸的直徑、長度和支承點數(shù)目有關(guān)。當此軸旋轉(zhuǎn)時，在質(zhì)量中心必有離心力的作用，這個別離心力又將引起傳動軸的進一步彎曲，產(chǎn)生附加撓度 y。傳動軸夾角的大小影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動效率和十字軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性。 （ a） 單軸雙萬向節(jié)式 （ b） 兩軸三萬向節(jié)式 圖 汽車的萬向傳動方案 [7] 6 如圖 a 為常用的單軸雙萬向節(jié)傳動，如圖 b 為連接距離較長且不宜于采用單軸雙萬向節(jié)傳動的連接。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)。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。 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。當中間支承的固 4 有頻率依此數(shù)據(jù)確定時，由于傳動軸不平衡引起的共振轉(zhuǎn)速 1000~2021r/mim，而由于萬向節(jié)上的附加彎矩引起的共振轉(zhuǎn)速為 500~1000r/min，這樣就避免了中間支承與傳動軸的諧振 [6]。在乘用車中，有時為了提高傳動系的彎曲剛度，改善傳動系彎曲振動看特性，減小噪聲，也將傳動軸分成兩段。這種結(jié)構(gòu) 的軸承除滾針端頭為圓錐形外，還多了一個擋針圈并且在外圈滾道與底道之間加工出基底凹槽，滾針圓錐頭靠擋針圈及外圈基底凹槽擋住，從而避免了徑向掉針。一般情況下，當磨損或壓痕超過 時便應報廢。然后，將套筒固定 3 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。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)，帶中間支承的兩段式傳動軸。 研究內(nèi)容及方法 傳動軸方案的選擇及主要參數(shù)的確定 在汽車行駛過程中，由于發(fā)動機的振動及不平路面的沖擊等因素引起彈性懸架系統(tǒng)的振動，使變速器的輸出軸和驅(qū)動橋的輸入軸相對位置經(jīng)常變化，故兩根軸不能剛性地連接，而必須采用一般由兩個十字軸萬向節(jié)和傳動軸組成的萬向 傳動裝置。等速萬向節(jié)因其加工制造精度高、難度大，需成套引進國外專用加工生產(chǎn)設(shè)備，且投資費用大、價格高，已成為實現(xiàn)國產(chǎn)化的關(guān)鍵問題之一。 萬向節(jié)是實現(xiàn)萬向傳動的關(guān)鍵，萬向節(jié)性能的優(yōu)劣直接影響到整車的行駛性能、動力性、舒適性。它不是一個點，而是一個區(qū)域。為避免共振產(chǎn)生應進行振動計算。隨著 Matlabl 軟件的開發(fā)，國內(nèi)對 傳動軸的設(shè)計己從傳統(tǒng)設(shè)計向模糊可靠性設(shè)計發(fā)展。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢 傳動軸普遍采用具有較高的強度的薄鋼板卷焊而成的空心軸，超重型貨車的傳動軸則直接采用無縫鋼管制成。 37 1 第 1章 緒 論 選題的目的和意義 隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個性化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢，對汽車節(jié)能、舒適與輕量化的要求越來越高。 錯誤 !未定義書簽。 26 萬向節(jié)叉 23 聯(lián)接元件的設(shè)計 19 多十字軸萬向節(jié)傳動 錯誤 !未定義書簽。 5 傳動布置型式的選擇 3 中間支承的設(shè)計與校核 2 萬向節(jié)總成主要參數(shù)的確定與校核 2 十字軸式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)分析 2 萬向節(jié)類型的選擇 在給定整車主要技術(shù)參數(shù)以及發(fā)動機、變速器等主要總成安裝位置確定的條件下，對整車結(jié)構(gòu)進行了分析，確定了傳動軸布置方案，采用兩軸三萬向節(jié)帶中間支承的布置形式。萬向傳動軸主要用于工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運動。s Degree Design of Light Commercial Vehicle Transmission Shaft and Cardan Joint I 摘 要 汽車的萬向傳動軸是由傳動軸、萬向節(jié)兩個主要部件聯(lián)接而成，在長軸距的車輛中還要加裝中 間支承。本畢業(yè)設(shè)計 將依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型 (CA1041)的萬向傳動裝置作為設(shè)計原型。 I Abstract 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢 2 傳動軸方案的選擇及主要參數(shù)的確定 5 傳動軸斷面尺寸的確定與強度校核 11 中間傳動軸花鍵的設(shè)計 16 萬向節(jié)的受力分析 17 單十字軸萬向節(jié)的受力分析 20 萬向節(jié)總成主要參數(shù)的確定與校核 21 十字軸 21 滾針軸承 26 聯(lián)接螺栓 32 本 章小結(jié) 34 結(jié)論 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，可能導致傳動系不能正常運轉(zhuǎn)， 因此該總成設(shè)計是汽車設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)之一。目前國內(nèi)外都將以 NVH(噪音，振動，嘯聲 )為設(shè)計目標，為了滿足這類要求，汽車制造廠對該總成的設(shè)計要求越來越嚴格。因此導致共振現(xiàn)象使傳動軸斷裂 .尤其是高速軸。臨界轉(zhuǎn)速具有離散性。這是可靠性和最優(yōu)化設(shè)計的有機結(jié)合。剛性萬向節(jié)又可分 為不等速萬向節(jié)、準等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)。 綜合以上國內(nèi)外文獻和相關(guān)書籍可以看出：隨著計算機的發(fā)展、各種計算機輔助軟件的設(shè)計開發(fā)，如 :Pro/E、 CAD、 CATIA 等以及有限元分析等設(shè)計理論的發(fā)展，必然會給萬向節(jié)的設(shè)計、研發(fā)帶來日新月異的進展，萬向節(jié)及傳動軸的設(shè)計己逐步實現(xiàn)自動化，集成化，智能化。 萬向節(jié)類型的選擇 對萬向節(jié)類型及其結(jié)構(gòu)進行分析，并結(jié)合（ CA1041）技術(shù)要求選擇合適的萬向節(jié)類型。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。 萬向節(jié)總成主要參數(shù)的確定與校核 十字軸 十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要是十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，十字軸軸頸的滾針軸承帽工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落。為了防止在運輸及安裝過程中掉針，國內(nèi)的協(xié)作配套廠家大多都采用錐頭滾針 [5]。 中間支承的設(shè)計與校核 在長軸距汽車上