【正文】 21 += RTQ （ ） 圖 （ a）為主動(dòng)叉軸位于初始位置的受力狀況。十字軸萬向節(jié)的尺寸取決于十字軸的尺寸，而后者則是根據(jù)它在計(jì)算載 荷作用下無殘余變形的要求來確定的。 十 字軸滾針軸承的校核 十字軸滾針軸承中的滾針直徑通常不小于 ，以免壓碎，而且尺寸差別要小，否則會(huì)加重載荷在滾針間分配的不均勻性，公差帶控制在 以內(nèi)。 Nin Z dlNQgt a n79][Q≤ 31m a xm a x=== 因此十字軸滾針軸承滿足設(shè)計(jì)要求。滾針在軸向的游隙通常不應(yīng)超過 ~ 。=4α 。m in [1 == 。 本設(shè)計(jì)中所采用的 中間支承 如圖 所示 ，其特點(diǎn)是，中間傳動(dòng)軸可以通過 軸承在中間支撐中轉(zhuǎn)動(dòng) ；支承軸 四周 有橡膠襯套，可以改善軸承受力。 則系統(tǒng)質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方程為 02y21 122111..1 =+ ycycym （ ） 0221 12222 =+ yycym ?? （ ） 令 ）得）、式（，帶入式（ i n wtAy i = 0221 12211211 =+ AAcAcwmA 由以上兩式可得到 22222122112212442cwmcAAcwmcAcA =+= 或 對(duì)后兩式整理后得 系統(tǒng)的固有角頻率方程為 0 24 =+BAww () 式中 ： 221211 24 mcmcmcA ++= ； 21212 mmccB= 由式 可解得兩個(gè)固有角頻率，其中一個(gè)與變速器加長(zhǎng)部分的柔度有關(guān)。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。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè) GB/T11442020 查得花鍵的規(guī)格為 638328 GB/T11442020，工作長(zhǎng)度取為 100mm 的矩形齒花鍵。十字軸端面磨損會(huì)使其軸向間隙及竄動(dòng)增大而影響動(dòng)平衡，因此應(yīng)嚴(yán)格控制該間隙或采用彈性蓋 板，有的可加裝端面滾針軸承。 K =1． 2 用于精確的動(dòng)平衡、高精度的伸縮花鍵及極微小的萬向節(jié)間隙時(shí)。對(duì)于質(zhì)量分布均勻且兩端自由地支承于球形鉸接的軸，其側(cè)向剛度 c =(384／ 5)( 3/LEJ ) )/)(5/384( 3LEJc = ； E—材料的彈性模量．可 取 MPaE = ； J —軸管截面的抗彎慣 性矩。 表 95~60 毫米的電焊鋼管 (YB24263) 外徑（ mm） 鋼管厚度（ mm ） 外徑（ mm ） 鋼管厚度（ mm ） 60 、 、 、 、 、 、 、 、 、 83 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 89 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 70 、 、 、 、 、 、 、 、 、 95 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 75 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 本設(shè)計(jì)中選取 cD =75mm，鋼管壁厚取 3mm 。 所以計(jì)算可得： 4 2 31 % a x === n kiTkT edse mN? 4 3 2% 3 9 3 2 2 0 7 5η0 39。故最終決定采用帶中間支撐的兩軸三萬向節(jié)傳動(dòng)方案。 用于橡膠 —— 金屬套筒結(jié)構(gòu)的橡膠應(yīng)具有的物理機(jī)械特性為：抗拉強(qiáng)度不小于 1 5MPa ；相對(duì)拉伸率不小于 350％；肖氏硬度 65～ 75；最 大擠壓應(yīng)力為 ～8MPa ；剪切 彈性模量 G = ；工作溫度范圍為 45℃ ～ 80℃ 。16 時(shí)，滾針軸承壽命將下降至原壽命的 1／ 4。滾針的用向總間隙取 ～ 為宜。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， 以及 十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面的壓痕和剝落。橡膠彈性 元件能吸收傳動(dòng)軸的振動(dòng)，降低噪聲，承受徑向力，但不能承受軸向力。 圖 帶有滾柱的汽車傳動(dòng)軸 1— 滾柱； 2— 帶有滾柱內(nèi)滾道的傳動(dòng)軸管； 3— 帶有滾柱外滾道的軸管 花鍵應(yīng)有可靠的潤(rùn)滑及防塵措施，間隙不宜 過大，以免引起傳動(dòng)軸振動(dòng)。 如 圖 傳動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承 結(jié)構(gòu)型式 傳動(dòng)軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄 (～ )、管徑較大、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲剛度大、適于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成 如圖 所示 。如圖 所示 圖 萬向節(jié)在汽車上的各種應(yīng)用 本 課題 研究的主要內(nèi)容 依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的萬向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型， 在給定變速器輸出 6 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)和主減速器安裝位置等條件下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的萬向傳動(dòng)裝置，著重設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算。 傳動(dòng)軸是由軸管、伸縮套和萬向此它的動(dòng)平衡是至關(guān)重要的。萬向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)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(dòng)。在對(duì)各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后，繪制出該總成裝配圖及主要零件的零件圖。 研究汽車萬向傳動(dòng)軸的目的和意義 研究汽車萬向傳動(dòng)軸的目的 中國(guó)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。 （ 3） 溫度場(chǎng)分析 分析結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的分布情況以及熱應(yīng)力和熱變形的情況，包括穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的問題，例如可應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞、氣 缸蓋等燃燒室附近的零部件。傳動(dòng)軸過長(zhǎng)時(shí)，自振頻率較低，易產(chǎn)生共振；通常將傳動(dòng)軸分成兩段并加中間支承。依據(jù)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，萬向節(jié)分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。 萬向節(jié)傳動(dòng)應(yīng)適應(yīng)所聯(lián)兩軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)的不斷變化且能可靠而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力，保證所聯(lián)兩軸能等速旋轉(zhuǎn)，且由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)及噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。這時(shí)當(dāng)聯(lián)接的距離較近時(shí)，常采用兩個(gè)萬向節(jié)和一根可伸縮的傳動(dòng)軸；當(dāng)距離較遠(yuǎn)而使傳 動(dòng)軸的長(zhǎng)度超過 時(shí)，常將傳動(dòng)軸分成兩根或三根，用三個(gè)或四個(gè)萬向節(jié)，且后面一根傳動(dòng)軸可伸縮，中間傳動(dòng)軸應(yīng)有支承，萬向節(jié)所聯(lián)的兩軸之間的夾角，對(duì)一般載貨汽車不應(yīng)超過 176。 42 結(jié) 論 32 傳動(dòng)軸管的創(chuàng)建 31 凸緣叉的創(chuàng)建 30 利用 Pro／ ENGINEER 軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模 24 萬向節(jié)的受力分析 Finite Element Analysis 目 錄 摘要 根據(jù)車輛使用條件和車輛參數(shù)，按照 傳動(dòng) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求，主要進(jìn)行了以下工作： 選擇相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)主要為： 十字軸、萬向節(jié)、傳動(dòng)軸、中間支承 的 參數(shù) 確定，并進(jìn)行了總成設(shè)計(jì)主要為：十字軸 的設(shè)計(jì)， 萬向節(jié)的 設(shè)計(jì) 、傳動(dòng)軸的 設(shè)計(jì)以及 中間支承的設(shè)計(jì) 等。萬向節(jié)能實(shí)現(xiàn)變角度動(dòng)力傳遞；傳動(dòng)軸把變速器的轉(zhuǎn)矩傳遞到驅(qū)動(dòng)橋上；中間支承能補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度 方向的安裝誤差和車輛行駛過程中由于發(fā)動(dòng)機(jī)竄動(dòng)或車架等變形所引起的位移。 Cross Axle。 I Abstract II 第 1 章 緒 論 1 汽車傳動(dòng)軸的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 本課題研究的主要內(nèi)容 14 汽車的主要技術(shù)參數(shù) 16 中間支承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 40 傳動(dòng)軸有限元受力分析 176。176。解放汽車萬向傳動(dòng)裝置正廣泛應(yīng)用于各種車輛上，使汽車傳動(dòng)性能顯著提高，因此，對(duì)此課題的研究具有十分重要的意義。等速萬向節(jié)是從結(jié)構(gòu)上保證在其工作中，其傳力點(diǎn)總位于兩軸交角的平分面上；這也是以后的發(fā)展方向。 （ 2） 結(jié)構(gòu)動(dòng) 力學(xué) 分析 一是求解結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性，如固有頻率、振型等，這對(duì)分析與解決振動(dòng)問題是十分重要的；二是強(qiáng)迫響應(yīng)分析，即結(jié)構(gòu)在動(dòng)載的作用下的響應(yīng)，這較靜力分析更接近于車輛及其發(fā)動(dòng)機(jī)中的許多零部件的實(shí)際工作情況，但一般計(jì)算量也將增加許多倍。這一類問題的應(yīng)用實(shí)例有車輛外形對(duì)行駛阻力的影響的分析、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的分析等。此外，萬向節(jié)傳動(dòng)還要求傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易。 萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求 萬向傳動(dòng)軸一般是由萬向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支撐組成。 6 4 驅(qū)動(dòng)形式的汽車有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸。 、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。利用相關(guān)書籍資料完成對(duì)十字軸 的設(shè)計(jì)及校核，傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵和萬向節(jié)的潤(rùn)滑方案的選擇與設(shè)計(jì)。應(yīng)提高鍵齒表面硬度及光 潔度，進(jìn)行磷化處理、噴涂尼龍，改善潤(rùn)滑。中間支承用于長(zhǎng)軸距汽車的分段傳動(dòng)軸，以提高傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，避免共 振，減小噪 聲。汽車除轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋及帶有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋的分段式半軸多采用等建萬向節(jié)外，一般驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸均采用一對(duì)十字軸萬向節(jié)。當(dāng)需定期加注潤(rùn)滑脂時(shí)，應(yīng)如圖 所示將油封反裝以 利在加注潤(rùn)滑脂時(shí)能將陳油和磨損產(chǎn)物排出。 十字軸萬向節(jié)兩軸的夾角。常用作轎車三萬向節(jié)傳動(dòng)中的靠近變速器的第一萬向節(jié)或用在重型車的離臺(tái)器與變速器，變速器與分 動(dòng)器之間。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋、斷開式驅(qū)動(dòng)橋和 de Dion 式驅(qū)動(dòng)橋的車輪傳動(dòng)裝置中，廣泛地采用著各種型式的等速萬向節(jié)和近似等速的萬向節(jié)。2m — 為汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)； ? — 為輪胎與路面間的附著系數(shù)； r — 為車輪滾動(dòng)半徑（ m ）； 0i — 為主減速器傳動(dòng)比； mi — 為主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比； m? — 為主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率。 傳動(dòng)軸管由低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成，軸管外徑及壁厚 (或內(nèi)徑 )是根據(jù)所傳最大轉(zhuǎn)矩、最高轉(zhuǎn)速及長(zhǎng)度按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) YB24263 選定，并校核臨界轉(zhuǎn)速及扭轉(zhuǎn)強(qiáng) 度。為了確定臨界轉(zhuǎn)速，可研究一下兩端自由地支承于 剛性球鉸上的軸 (見圖 (a))。22。 按上式計(jì)算得出的傳動(dòng)軸管扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 τ 不應(yīng)大于 300MPa 。它以內(nèi)徑和側(cè)面定心。對(duì)于非滑動(dòng)花鍵，許用擠壓應(yīng)力為 50～ 100MPa 。 當(dāng)萬向傳動(dòng)軸的前端與加長(zhǎng)的變速器相聯(lián)時(shí)，分析表明，這時(shí)由于傳動(dòng)軸前端支承系統(tǒng) ——變速器殼及其加長(zhǎng)的后殼、離合器以及它們的支承具有明顯的柔性，使傳動(dòng)軸的前端猶如架在彈性支承上，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 (b)所示。 這樣的系統(tǒng)具有三個(gè)固有角頻率，傳動(dòng)軸的角速度與其中任何一個(gè)固有角頻率相一致時(shí)，都會(huì)引 起共振產(chǎn)生。此時(shí) 221 ,0 aF???? 達(dá)到最大值： ? ? ?s in2/12 RTFa ? （ ） 圖 （ b）為主動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)角 ??901? 時(shí)的受力狀況。設(shè)計(jì)是對(duì)萬向節(jié)可根據(jù)其使用轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、夾角、車型以及使用壽命等要求向?qū)I(yè)廠從系列產(chǎn)品中選購。滾針軸承徑向間隙過大時(shí)，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；間隙過小又有可能出現(xiàn)受熱卡住或因贓物阻塞卡住。 萬向節(jié)叉的設(shè)計(jì)及校核 萬向節(jié)叉在 maxQ 力作用下承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，在截面 BB 處 ， 見圖 (b)的彎曲應(yīng)力 w? 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 t? 分別為 WeQw ?? m a x? （ ） tt WaQ ?? m ax? 。滾針的長(zhǎng)度一般不超過軸頸的長(zhǎng)度，這可使其既具有較高的承載能力，又不致因滾針過長(zhǎng)發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中。萬向節(jié)工作夾角 176。 即 mNTTT ssse 4 2 3]。因此 ，現(xiàn)代汽車萬向節(jié)傳動(dòng)中間支承的剛 度，應(yīng)選擇得不會(huì)由于發(fā)動(dòng)機(jī)的擾動(dòng)而導(dǎo)致在使用車 速范圍