【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)己逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，集成化，智能化。 研究?jī)?nèi)容及方法 傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的振動(dòng)及不平路面的沖擊等因素引起彈性懸架系統(tǒng)的振動(dòng)，使變速器的輸出軸和驅(qū)動(dòng)橋的輸入軸相對(duì)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(gè)十字軸萬向節(jié)和傳動(dòng)軸組成的萬向傳動(dòng)裝置。在變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間距離較遠(yuǎn)的情況下，應(yīng)將傳動(dòng)軸分成兩段，并用三個(gè)十字軸式萬向節(jié)連接起來，且在中間傳動(dòng)軸后端加裝中間支承。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。 萬向節(jié)類型的選擇對(duì)萬向節(jié)類型及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并結(jié)合（CA1041）技術(shù)要求選擇合適的萬向節(jié)類型?？紤]到本畢業(yè)設(shè)計(jì)所針對(duì)的車型為中輕型貨車，對(duì)其萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：制造加工容易、成本低，工作可靠承載能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修方便等要求，本設(shè)計(jì)選用十字軸式萬向節(jié)，帶中間支承的兩段式傳動(dòng)軸。 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(gè)十字軸、兩個(gè)萬向節(jié)叉、和滾針軸承等組成。兩個(gè)萬向節(jié)叉上的孔分別松套在十字軸的兩對(duì)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(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)。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]。 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。一般情況下。十字軸主要失效形式是軸頸根部斷裂，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證該處有足夠的抗彎強(qiáng)度。十字軸滾針軸承滾針軸承的結(jié)構(gòu)分析：汽車萬向節(jié)用滾針軸承的結(jié)構(gòu)型式較多，但就滾針來說、主要有三種型式：錐頭滾針、平頭滾針及圓頭滾針。為了防止在運(yùn)輸及安裝過程中掉針，國(guó)內(nèi)的協(xié)作配套廠家大多都采用錐頭滾針[5]。這種結(jié)構(gòu)的軸承除滾針端頭為圓錐形外，還多了一個(gè)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。聯(lián)接螺栓 在發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)動(dòng)的汽車中，連接變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的傳動(dòng)軸是靠萬向節(jié)叉與驅(qū)動(dòng)橋或變速器的法蘭盤組成的聯(lián)軸器來傳遞轉(zhuǎn)矩的，由于螺栓聯(lián)接工作時(shí)即承受剪切力又承受軸向力，所以需校核抗拉強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度和抗擠壓強(qiáng)度。萬向節(jié)叉萬向節(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截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)對(duì)其彎曲應(yīng)力和扭應(yīng)力進(jìn)行校核。 中間支承的設(shè)計(jì)與校核在長(zhǎng)軸距汽車上，為了提高傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速，避免共振以及考慮整車總體布置上的需要，常將傳動(dòng)軸分段。在乘用車中，有時(shí)為了提高傳動(dòng)系的彎曲剛度，改善傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)看特性，減小噪聲，也將傳動(dòng)軸分成兩段。當(dāng)傳動(dòng)軸分段時(shí)，需加設(shè)中間支承。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，固有頻率對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速 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。許用臨界轉(zhuǎn)速為1000~2000r/min，對(duì)于乘用車，取下限。當(dāng)中間支承的固有頻率依此數(shù)據(jù)確定時(shí)，由于傳動(dòng)軸不平衡引起的共振轉(zhuǎn)速1000~2000r/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(dòng)軸的諧振[6]。第2章 傳動(dòng)軸總成的設(shè)計(jì) 萬向傳動(dòng)軸總體概述萬向傳動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系的重要組成部件之一。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。選用、設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)給傳動(dòng)系增添不必要的和設(shè)計(jì)未能估算在內(nèi)的附加負(fù)荷，可能導(dǎo)致傳動(dòng)系不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)..。 傳動(dòng)軸是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)知經(jīng)分動(dòng)器傳遞給前驅(qū)和后驅(qū)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速達(dá)3000~7000r/min,振動(dòng)是傳動(dòng)軸總成設(shè)計(jì)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(dòng)。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。 傳動(dòng)布置型式的選擇萬向節(jié)傳動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系的重要組成部件之一。傳動(dòng)軸選用與設(shè)計(jì)布置的合理與否直接影響傳動(dòng)系的傳動(dòng)性能。選用與布置不當(dāng)會(huì)給傳動(dòng)系增添不必要的和設(shè)計(jì)未能估算在內(nèi)的附加動(dòng)負(fù)荷，可能導(dǎo)致傳動(dòng)系不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)和早期損壞。車輛的萬向節(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。裝在變速器輸出軸與前后驅(qū)動(dòng)橋之間。變速器的動(dòng)力輸出軸和驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力輸入軸不在一個(gè)平面內(nèi)。有的裝載機(jī)在車橋與車架間裝有穩(wěn)定油缸、鉸接式裝載機(jī)在轉(zhuǎn)向時(shí)均會(huì)使變速箱與驅(qū)動(dòng)橋之間的相對(duì)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(shí)常采用一根或多根傳動(dòng)軸、兩個(gè)或多個(gè)十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)[7]。 （a）單軸雙萬向節(jié)式 （b）兩軸三萬向節(jié)式 汽車的萬向傳動(dòng)方案[7]如圖a為常用的單軸雙萬向節(jié)傳動(dòng)，如圖b為連接距離較長(zhǎng)且不宜于采用單軸雙萬向節(jié)傳動(dòng)的連接。，故選取如圖b的傳動(dòng)方案。 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。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸長(zhǎng)度處在最大值時(shí)，套管叉與花鍵軸有中夠的配合長(zhǎng)度；而在長(zhǎng)度處于最小時(shí)，兩者不頂死。傳動(dòng)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(dòng)效率和十字軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性。當(dāng)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度確定后，其斷面尺寸必須保證有足夠的強(qiáng)度，并能承受相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速。其許用的傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，不應(yīng)超過臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速，即當(dāng)某個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的傳動(dòng)軸，在兩支點(diǎn)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于軸自身的重力作用，使傳動(dòng)軸中心（即質(zhì)量中心）相對(duì)軸線有一偏移量（初撓度）a，如果再考慮到軸與孔的間隙，傳動(dòng)軸質(zhì)量的不均勻，則a將再增大。當(dāng)此軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在質(zhì)量中心必有離心力的作用，這個(gè)別離心力又將引起傳動(dòng)軸的進(jìn)一步彎曲，產(chǎn)生附加撓度y。由于重力的大小和方向是不變的，而離心力的大小與方向是改變的，故使傳動(dòng)軸的彎曲力（垂直力與離心力的向量和）也周期性的變化著，從而傳動(dòng)軸的撓度也隨時(shí)在變化。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。當(dāng)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速接近于它的彎曲自然振動(dòng)頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，振幅（撓度）急劇增加，致使傳動(dòng)軸折斷，這一轉(zhuǎn)速即稱為傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速。 萬向節(jié)傳動(dòng)軸的彎曲振動(dòng)傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速與軸的直徑、長(zhǎng)度和支承點(diǎn)數(shù)目有關(guān)。設(shè)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為。作用在傳動(dòng)軸上的離心力則為： （）式中:m—傳動(dòng)軸的質(zhì)量這時(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： （）式中：E—傳動(dòng)軸材料的抗拉彈性模數(shù)，N/mm2；L—支承長(zhǎng)度，取兩萬向節(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)，而在同樣受載情況下，對(duì)兩端固定支架支承的梁；P—材料彈性力由平衡條件得： （）解得： （）式中：a—初撓度；Y—附加撓度；ω—傳動(dòng)軸角速度當(dāng)時(shí)，軸的撓度y趨于無窮大，即若軸以與此相應(yīng)的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)必將折斷。這時(shí)： （）對(duì)于直徑為D的實(shí)心軸，由力學(xué)得知 ， （） 式中：—傳動(dòng)軸材料單位體積重量由此，對(duì)于兩端自由支承（開式傳動(dòng)軸），且載荷沿軸長(zhǎng)平均分布的軸，其臨界轉(zhuǎn)速為： r/min （）對(duì)于兩端有固定支承的軸（軸封閉于傳動(dòng)軸套管中的閉式傳動(dòng)軸），則： r/min （） 對(duì)于大量采用的空心軸，若其剖面外徑D，內(nèi)徑為d，則：于是兩端自由支承的軸：r/min （）對(duì)兩端固定支承的軸，則：r/min （）以上各式中D、d、L均用同樣的長(zhǎng)度單位（厘米）。對(duì)于絕大多數(shù)開式傳動(dòng)軸，可按兩端自由支承的軸來計(jì)算，工作長(zhǎng)度L可取兩萬向節(jié)中心間距離。如為閉式傳動(dòng)軸，可按兩端固定支承的軸承計(jì)算，工作長(zhǎng)度L可取兩軸承中心間距離。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。這就是為什么傳動(dòng)軸廣泛采用空心軸的原因之一。同時(shí)還可看出當(dāng)L增加，下降，為了提高可縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，增大軸管內(nèi)外徑。所以當(dāng)mm時(shí)，常采用中間支承。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。為了提高在制造方面采取的主要措施是；用質(zhì)量分面比較均勻的焊接鋼管代替無縫鋼管；～；對(duì)每根傳動(dòng)軸總成應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡檢驗(yàn)，保證不平衡度在規(guī)定范圍以內(nèi)，如果不合格應(yīng)進(jìn)行校正（貼焊平衡塊）并使偏心振擺也在公差以內(nèi)。在確定傳動(dòng)軸截面尺寸時(shí)，一定要使傳動(dòng)軸的實(shí)際最大轉(zhuǎn)速小于其臨界轉(zhuǎn)速。其安全系數(shù)k應(yīng)在以下范圍內(nèi)。 （）式中：—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。當(dāng)傳動(dòng)軸質(zhì)量不平衡或花鍵連接處磨損出間隙后，傳動(dòng)軸就能在低于臨界轉(zhuǎn)速下發(fā)生破壞。，表示傳動(dòng)軸破壞轉(zhuǎn)速[8]。傳動(dòng)軸總成應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，其不平衡度為：對(duì)轎車及輕型客、貨車，3000~6000r/min時(shí)不大于1~2Nmm；對(duì)5t以上的貨車，在1000~4000r/min時(shí)不大于10Nmm。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，~。，如果它小于汽車總布置所要求的傳動(dòng)軸尺寸，則需在變速器和后驅(qū)動(dòng)橋之間安置兩根萬向傳動(dòng)軸，且在它們的聯(lián)接處（在前傳動(dòng)軸后端）需設(shè)置固定在車架車身上的中間支承。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。 某載重汽車傳動(dòng)軸的破壞轉(zhuǎn)速與行駛里程的關(guān)系[8]行駛里程（km）017000100000在重心平面上的振擺（mm）破壞轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比（） 傳動(dòng)軸斷面尺寸的計(jì)算與校核 本設(shè)計(jì)傳動(dòng)方式為開式、兩軸三萬向節(jié)帶中間支承形式。解放牌CA1041K26L—Ⅱ載貨汽車主要技參數(shù)見附錄。由安全系數(shù)，得計(jì)算臨界轉(zhuǎn)，取k=，轉(zhuǎn)速為對(duì)應(yīng)于車輛最大行駛速度時(shí)，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。 式中：—發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速r/min；—變速器最高檔傳動(dòng)比；則：r/min。將 r/min代入得：r/min取r/min選取主傳動(dòng)軸進(jìn)行計(jì)算：電焊管參數(shù)應(yīng)按冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB24263選取。=60~95mm的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值。 60—95mm電焊鋼管YB24263 （mm）外徑鋼 管 厚 度60、、、、、70、、、、、、、8、、、、、 由于傳動(dòng)軸為開式。設(shè)主傳動(dòng)軸外徑為，內(nèi)徑為，傳動(dòng)軸管厚度為B。初選傳動(dòng)軸管外徑mm，厚度mm，則mm將r/min，主傳動(dòng)軸長(zhǎng)度mm，mm，：r/min經(jīng)計(jì)算主傳動(dòng)軸符合臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)要求。在按臨界轉(zhuǎn)速初選軸管斷面尺寸以后，還需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度驗(yàn)算，由于傳動(dòng)軸夾角α引起的附加扭矩和彎矩很小，所以為了計(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。傳動(dòng)軸的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(MPa)可按下式計(jì)算： 經(jīng)計(jì)算主傳動(dòng)軸軸管符合設(shè)計(jì)要求，能保證在各種工況下有效的傳遞轉(zhuǎn)矩。 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。 主傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì)汽車行駛過程中，變速器與驅(qū)動(dòng)橋的相對(duì)位置經(jīng)常變化。為避免運(yùn)動(dòng)干涉，傳動(dòng)軸中設(shè)有由滑動(dòng)叉和矩形或漸開線花鍵軸組成的滑動(dòng)花鍵來以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的變化?；瑒?dòng)花鍵有矩形花鍵和漸開線花鍵兩種形式。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]。：初選花鍵斷面基本尺寸NdDB 為846509。：由于汽車上所用的花鍵要求可以沿軸向滑動(dòng)，所以選A型花鍵。：，初選花鍵長(zhǎng)度mm，花鍵軸孔長(zhǎng)度mm。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(MPa)和作用在齒側(cè)的擠壓應(yīng)力(MPa)進(jìn)行校核。 矩形花鍵基本尺寸系列（摘自GB/T 11442001） （mm）小徑d輕系列規(guī)格NdDB輕系列r輕系列c2862326632832366368364074284246846846509528525810注：表中 N鍵齒數(shù)；D花鍵大徑；B鍵寬；r倒角；c倒角 矩形內(nèi)花鍵長(zhǎng)度很系列(摘自GB/T 100811988) （mm）花鍵小徑d36～52花鍵長(zhǎng)度或