【文章內容簡介】 速度相等。多數(shù)等速 萬 向節(jié)工作時的特點也都在于：它們所有的傳力點 總 是位于兩軸夾角的等分平面上，這樣，被萬向節(jié) 所聯(lián) 接的兩軸的角速度就永遠相等。 圖 等速 萬 向節(jié)的工作原理 在轉向驅動橋、斷開式驅動橋和 de Dion 式驅動橋的車輪傳動裝置中，廣泛地采 用 各種型式的等速萬向節(jié)和近似等速的萬向節(jié)。其常見的結構型式 有球籠式、球叉式、雙聯(lián)式、凸塊式和三銷式等。 綜上所述，確定傳動軸的基本方案。 本設計所選 車型為前置后驅，根據(jù)經驗采用十字軸萬向節(jié)；并且 兩萬向節(jié)中心距 為 2186mm（＞ 1500mm 一般須有中間支撐），需采用中 間支撐。故最終決定采用帶中間支撐的兩軸三萬向節(jié)傳動方案。方案如 圖 所示 1變速器 ； 2中間支撐 ； 3差速器 ； 4后傳動軸 ； 5軸承 ； 6前傳動軸 ； 圖 萬向傳動裝置總體方案簡圖 14 本章小結 本章介紹了萬向傳動軸的結構類型及各自特點，對傳動軸進行了初步的結構選擇， 根據(jù)本車的驅動型式及軸距的要求選擇兩軸三個萬向節(jié)的結構型式。 15 第 3 章 萬向 傳動 裝置 設計 萬 向節(jié)傳動的計算載荷 萬向節(jié)傳動裝置因布置的不同，計算轉矩也不同，設計載荷的選取也是不一樣的。 本次設計為貨車傳動裝置設計，多數(shù)選用機械變速器，所以設計中不考慮液力變矩器的變扭比，則計算載荷如下： 按發(fā)動機最大轉矩和一檔傳動比來計算 n kiTkT edse η1m a x? 其中 ： maxeT 為發(fā)動機的最大轉矩 430NM n 為驅動橋的數(shù)目 n =1 1i 為變速器 1 擋傳動比 1i =（ 由變速器設計知 ） ? 為發(fā)動機到萬向傳動軸的傳動效率 ? =93% k 為液力變矩器的變矩系數(shù) k=1 dk 為猛接離合器所產生的動載系數(shù) 1?dk 即，對于性能系數(shù) 0?fi的汽車（一般貨車、礦用汽車和越野車） 計算可得： 6 0 51 %935 1 3 011m a x ?????? n iTkT edse ? mN? 按驅動輪打滑來計算 mmrss ii rmGT η039。22= 其中 ： G2 為滿載狀態(tài)下一個驅動橋上的靜載荷 2G = ?? =35035N ； 2m? 為汽車最大加速度時的后軸負荷轉移系數(shù) ，貨車： 2m? =~,取 16 2m? =； ? 為輪胎與路面間的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或瀝青路面上， ? 可取 ； r 為車輪滾動半徑 (m)，本設計已知輪胎規(guī)格： ， 根據(jù)輪胎標號取 r = m ； oi 為主減速器傳動比， oi =； mi 為主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比 ， mi =1； m? 為主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率 ,取 m? = 計算可得： % 39。22 ??? ????? mm rss ii rmGT ?? mN? 對萬向傳動軸進行靜強度計算時，計算載荷取兩者之間的最小值，所以取n kiTkT edse η1m a x? =m 萬向傳動軸的計算載荷 初選是十字軸萬向節(jié)尺寸 由于十字軸萬向節(jié)主、從動叉軸轉矩 21,TT 的作用，在主、從動萬向節(jié)叉上產生相應的切向力 21, tt FF 和軸向力 21, aa FF ? ?? ?? ?? ? ???????????????????????t a ns i n1s i nc o s2/t a ns i n2/c o s/c o sc o ss i n2/2/12112111212121211RTFRTFRTFRTFaatt 式中 ： R—— 切向力作用線與萬向節(jié)叉軸之間的距離； 1?—— 轉向節(jié)主動叉軸之轉角； ?—— 轉向節(jié)主、從動叉軸之夾角。 17 (a) 初始位置 ??? 021 ?? 時； (b) 主動叉軸轉角 ??901? 時 圖 作用在萬向節(jié)叉及十字軸上的力 在十字軸軸線所在的平面內并作用于十字軸的切向力與軸向力的合力為 ?? 2121 t a ns in12 ?? RTQ 圖 （ a）為主動叉軸位于初始位置的受力狀況。此時 221 ,0 aF???? 達到最大值： ? ? ?s in2/12 RTFa ? 圖 （ b）為主動叉軸轉角 ??901? 時的受力狀況。這時 22 at FFQ 及、 均達最大值： ? ?? ?? ? ???????????t an2/c o s2/c o s2/1m a x11m a x21m a xRTFRTFRTQat 計算轉矩 1T 取在發(fā)動機最大轉矩下且變速器處于 ? 檔是的轉矩和滿載是的驅動車輪最大附著力矩（ ?? ）的換算轉矩兩者中的較小值。 即 ? ? mNTTT SSse ??? ,m in1 。而萬向節(jié)工作夾角 ??4? ， mmR 45? 。將這些數(shù)據(jù)代入得 ? ? ? ?? ? ? ? NRTF NRTFa 0 2 44t a n10452/ 6 0 5t a n2/ 9 1 0 74c o s10452/ 6 0 5c o s2/31m a x131????? ????? ???? 十字軸 的 材料 選用 20CrMnTi 低碳合金鋼 ，軸頸表面進行滲碳淬火處理，滲碳層深度為 1mm，表面硬度為 58~64HRC，軸頸端面硬度不低于 55HRC，芯部硬度為 33~48HRC。 根據(jù)汽車的噸位查 機械設計手冊 初步選定十字軸總成尺寸 如表 [11]。 18 表 推薦采用的十字軸總成及花鍵尺寸 汽車載重(t) 十字軸總成 (mm) 花鍵外行 外徑(mm) 花鍵工作長度(mm) 十字軸 滾針 軸承套 H d1 h h1 d0 L n D 套 C 90 18 16 20 3 14 22 32 4 直 35 99 85 90 22 21 26 3 18 26 35 4 直 38 98 65 34 108 25 24 29 3 18 29 39 4 直 50 85 57 127 34 24 29 3 18 38 50 4 直 65 115 初選設計尺寸 : D=40mm d= H=118mm h=108mm 十字軸萬向節(jié)設計與校核 十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要有十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落。一般情況下，當磨損或壓痕超過 0． 15mm時，十字軸萬向節(jié)便應報廢。十字軸的主要失效形式是軸頸根部處的斷裂，所以在設計十字軸萬向節(jié)時，應保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強度。 設各滾針對十字軸軸頸作用力的合力為 F(圖 )。 則 ： s2 cosTF r ?? 式中， TS為萬向傳動的計算轉矩， TS = min[Tse， Tss]min； r為合力 F作用線到十字軸中心之間的距離； α為萬向傳動的最大夾角 ，取 04 ， 0cos4 =。 作用力為： ? ? ? ? NRTF 1 2 9 1 0 74c o s10452/ 6 0 5c o s2/ 31 ????? ?? 19 圖 十字軸基本尺寸及受力圖 十字軸軸頸根部的彎曲應力 σw 應滿足 ? ?ww dd Fsd ??? ??? )(32 4241 1 ? ? ? ? ? ? M P aM P add Fsd ww 350~ 152910 444241 1 ???? ?????? ???? 式中， d為十字軸 軸頸直徑 ； 1d 為十字軸油道孔直徑 4mm； s為合力 F作用線到軸頸根部的距離 15mm； [σw]為彎曲應力許用值，為 250~350MPa。 十字軸軸頸的切應力 τ應滿足 ? ?2214 )Fdd??????（ ? ? ? ? ? ? M P aM P add F 120~ 2 9 1 0 744 222221 ???????? ???? 式中， [τ]為切應力 τ許用值，為 80~120MPa。 滾針軸承設計 滾針軸承初選尺寸 根據(jù)萬向傳動軸已知參數(shù)、設計要 求和十字軸尺寸，參考專業(yè)廠的系列產品初步選取滾針軸承尺寸（如表 ） 初選尺寸： 滾針數(shù) 1 滾針直徑 3 工作長度 18 每列滾針數(shù) 35 滾針軸承的接觸應力 滾針軸承中的滾針直徑一般不小于 ，以免壓碎，而且差別要小，否則 20 會加重載荷在滾針間分配的不均勻性，一般控制在 。滾針軸承徑向間隙過大時，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；而間隙過小時，有可能出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住， 合適的間隙為 ~，滾針軸承的周向總間隙以 ~。滾針的長度一般不超過軸頸的長度，使其既有較高的承載能力，又不致因滾針過長發(fā)生歪斜而造成應力集中。滾針在軸向的游隙一般不應超過 ~；選用雙列滾針，直徑為 3mm，滾針數(shù)量為 20，滾針軸承的接觸應力為 0112 7 2 ( ) njbFd d L? ?? 式中， 0d 為滾針直徑 (mm)； bL 為滾針工作長度 (mm)； Fn為在合力 F作用下一個滾針所受的最大載荷 (N)，由式 ()確定 NiZ FFn 8 2 5351 2 9 1 0 ????? 式中， i為滾針列數(shù) ， i=1； z為每列中的滾針數(shù) ， z=35。 滾針的材料采用軸承鋼， 滾針和十字軸軸頸表面硬度在 58HRC以上時，許用接觸應力j?????為 3000~3200MPa。 ? ? M P aM P alFdd jnj 3 2 0 0~3 0 0 6 2 718 8 2 12 7 2112 7 21????????? ?????????? ?? ?? 滾針軸承的 材料 為軸 承鋼，許用應力 ? ? M Paj 3200~3000?? ，所以設計的滾針軸承符合要求 。 萬向節(jié)叉設計和校核 萬向節(jié)叉采用 45中碳鋼，調質處理，硬度為 18~33HRC； 萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承。在萬向節(jié)工作過程中產生支承反力，叉體受到彎曲和剪切，一般在與十字軸軸孔中心線成 45176。的某一截面 處 ， 萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉載荷，其彎曲應力 w? 和扭轉應力 b? 應滿足 ? ?wwFeW????? ? ?bbtFaW????? 式中， W 、 tW 分別為截面 B— B處的抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù) 。 矩形截面系數(shù)： 2W=bh 6 ， 2tW khb? ； 21 橢圓形截面： 2bhW= 10 ， 2t hbW 16??； h， b 分別為矩形截面的高和寬或橢圓截面的長軸和短軸， k 是與 hb 有關的系 數(shù)，查表 選取 取 mmemmakmmhmmb 42,25,68,20 ????? 表 系數(shù) k的選取 hb 10 k e， a 如圖 ， 彎曲應力的許用 值 ? ?w? 為 MPa80~50 ，扭應力的許用值??b? 為 MPa160~80 。 圖 萬向節(jié)受力簡圖 截面 B— B處為矩形，所以 322 4 136/68206/ mmbhW ???? 322 2 6 220682 6 mmk h bW t ????? ? ? M P aM P aWeF ww 80~ 5 4 1 6 0 5 ??????? ?? ? ? M P aM P aWaF ttt 1 6 0~ 2 6 2/ 6 0 5 ??????? ?? 因此，萬向節(jié)叉的強度滿足設計要求。 傳動軸的設計計算 汽車傳動軸的基本參數(shù) 包括傳動軸長度及變化范圍，主動 軸與從動軸之間的夾角，傳動軸的臨界轉速及滑鍵的尺寸。在確定這些參數(shù)時，應注意保證傳動 22 軸在任何條件下工作可靠、壽命長。 傳動軸經常處于高速旋轉狀態(tài)下，所以軸的材料查機械零件手冊選取4