毕业设计论文轿车万向传动轴设计.docx

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1、XX设计论文题目:轿车万向传动轴设计专业：汽车制造与装配技术班级：51等等X班姓名：殳学号：指导老师：xx二O一t年五月万向传动轴在汽车上应用比较广泛。发动机前置后轮或全轮驱动汽车行驶时，由于悬架不断变形，变速器或分动器的输出轴与驱动桥输入轴轴线之间的相对位置经常变化，因而普遍采用可伸缩的十字轴万向传动轴。本设计注重实际应用，考虑整车的总体布置，改进了设计方法，力求整车结构及性能更为合理。传动轴是由轴管、万向节、伸缩花键等组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化；万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角发生变化时实现两轴的动力传输；万向节由十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。传动

2、轴的布置直接影响十字轴万向节、主减速器的使用寿命，对汽车的振动噪声也有很大影响。在传动轴的设计中，主要考虑传动轴的临界转速，计算传动轴的花键轴和轴管的尺寸，并校核其扭转强度和临界转速，确定出合适的安全系数，合理优化轴与轴之间的角度。关键字：万向传动轴、伸缩花键、十字轴万向节、临界转速、扭转强度ABSTRACTCardanshaftiswide1yusedinautomobi1es.Frontenginerearora11whee1drivecars,duetosuspensioncontinuousdeformation,transmissionorsubactuatoroutputshaft

3、andtheinputshaftaxisdriveax1ere1ativepositionbetweenthechangefrequent1y,soitisgenera11yadoptsate1escopiccrossshaftuniversa1transmissionshaft.Thedesignfocusesonpractica1app1ication,consideringtheovera111ayoutofthevehic1e,improvingthedesignmethod,andstrivetobemorereasonab1evehic1estructureandperforman

4、ce.Thetransmissionshaftiscomposedofanax1etube,auniversa1jointandate1escopicsp1ine.Thete1escopics1eevecanautomatica11yadjustthetransmissiondistancebetweenthedriveax1eandchange;universa1jointistoensurethetransmissionoutputshaftanddriveinputpowertransmissiontwoaxisandtwoaxisang1echanges;universa1jointi

5、scomposedofacrossshaft,crossbearingandf1angefork.Thearrangementofthetransmissionshaftdirect1yaffectstheservice1ifeofthecrossshaftuniversa1jointandthemainreducer.Inthedesignofdriveshaft,main1yconsideringthecritica1speedofdriveshaft,sp1ineshaftandtubesizeca1cu1ationofthedriveshaft,andcheckitstorsiona1

6、strengthandcritica1speed,determinetheappropriatesafetyfactors,reasonab1eoptimizationbetweentheshaftandtheshaftang1e.Keywords:universa1transmissionshaft,te1escopicsp1ine,crossshaftuniversa1joint目录摘要I1第一章绪论11.1 本课题研究的意义与目的11.2 国内外发展概况1第二章传动轴设计52.1万向节传动的运动分析52.1.1 万向节传动（普通十字轴万向节）52.1.2 双万向节传动62.1.3 多万向

7、节传动（普通十字轴式万向节）72.1.4 万向传动的计算载荷92.1.5 万向节的设计计算102. 2传动轴的设计142 .3花键的设计163 .4中间支承16第三章万向传动轴的设计计算193. 1传动轴结构方案的选择193. 2传动轴转矩计算193.3传动轴的内外径尺寸203. 5万向节的计算213.6传动轴布置22第四章总结与展望23致谢24参考文献25第一章绪论1.1 本课题研究的意义与目的传动轴是发动机前置后驱汽车的动力传递重要组成部分，本设计注重实际运用，是建立在参考国内轿车的动力设计的基础之上，考虑整车的总体布置，改进了一些设计方法，力求整车结构及性能更为合理，使用寿命更长，振动噪

8、声更小。本设计中的传动轴是两节的，由十字轴万向节连接。传动轴是由轴管、伸缩花键套和万向节组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角发生变化时实现两轴的动力传输。万向节是由十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。传动轴的布置直接影响十字轴万向节、主减速器的使用寿命，对汽车的振动噪声也有很大影响。在传动轴的设计中，主要考虑传动轴的临界转速，分析出传动轴的花键轴和轴管的尺寸，并校核了其扭转强度和临界转速，确定出合适的安全系数，更合理优化了轴与轴之间的角度。采用新方法计算花键的伸缩滑动量。1.2 国内外发展概况汽车上的万向节传动常由万向节和传动轴组成，

9、主要用来在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递动力。在发动机前置后轮驱动（或全轮驱动）的汽车上，由于工作时悬架变形，驱动桥主减速器输入轴与变速器（或分动器）输出轴间经常有相对运动，普遍采用万向节传动（图11a、b）0当驱动桥与变速器之间的距离不大时，常采用两个万向节和一根传动轴的结构。当驱动桥与变速器相距较远，使得传动轴的长度超过1.5m时，为提高传动轴的临界转速以及总布置上的考虑，常将传动轴断开成两根（或三根），万向节用三个（或四个）。此时，必须在中间传动轴上加设中间支承。万向节所连两轴之间的夹角，对一般货车，最大可达15-20,对于4x4越野汽车（特别是短轴距的），最大可达30。在转向

10、驱动桥中，由于驱动轮又是转向轮，左右半轴间的夹角随行驶需要而变，这时多采用球叉式和球笼式等速万向节传动（图1Ic）,其最大夹角（相应为车轮最大转角）可达30-42oO当后驱动桥为独立悬架结构时也必须采用万向节传动（图1-Id）o如果由于总布置的需要，变速器与离合器（或分动器）不直接连接而离开一定距离,为避免因安装不准确和车架变形在传动机构中引起附加载荷，也需要采用万向节传动（参看图11b）。此时多用普通十字轴万向节或柔性万向节，其工作角度一般不大于2-3oO万向节按扭转方向是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和柔性万向节两类。刚性万向节又可分为不等速万向节（常用的为普通十字轴式），等速万向节（球

11、叉式，球笼式等），准等速万向节（双联式，凸块式，三销轴式等）。万向节传动应保证所连接两轴的相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力，保证所连接两轴尽可能同步（等速）运转，由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。图1一1万向节传动在汽车传动系中的应用万向传动轴设计应满足如下基本要求：1）保证所连接的两轴相对位置在预计范围内变动时.能可靠地传递动力。2）保证所连接两轴尽可能等速运转。由于万向节夹角而产生的附加载荷应在允许范围内。3）传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。十字轴万向节典型的十字轴方向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密

12、封件等组成。目前常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式（图12a、b）、卡环式（图12c、d）、瓦盖固定式（图12e）和塑料环定位式（图12f）等。盖板式轴承轴向定位方式的一般结构（图12a）是用螺栓1和盖板3将套筒5固定在万向节叉4上，并用锁片2将螺栓锁紧。它工作可靠、拆装方便，但零件数目较多。有时将弹性盖板6点焊于轴承座7底部（图12b）,装配后，弹性盖校对轴承座底部有一定的预压力，以免高速转动时由于离心力作用，在十字轴端面与轴承座底之间出现间隙而引起十字轴轴向窜动，从而避免了由于这种窜动造成的传动轴动平衡状态的破坏。卡环式可分为外卡式（图12C）和内卡式（图12CI）两种。它们具有结构简单、

13、工作可靠、零件少和质量小的优点。瓦盖固定式结构（图12C）中的万向节叉与十字轴轴颈配合的圆孔不是一个整体，而是分成两半用螺钉联接起来。这种结构具有拆装方便、使用可靠的优点，但加工工艺较复杂。塑料环定位结构（图12f）是在轴承碗外圆和万向节叉的轴承孔中部开一环形槽。当跟针轴承动配合装入万向节叉到正确位置时，将塑料经万向节叉上的小孔压注到环槽中。待万向节叉上另一与环槽垂直的小孔有塑料溢出时，表明塑料已充满环槽。这种结构轴向定位可靠，十字轴轴向窜动小，但拆装不方便。为了防止十字轴轴向窜动和发热，保证在任何工况下十字轴的端隙始终为零，有的结构在十字轴轴端与轴承碗之间加装端面止推滚针或滚柱轴承。滚针轴承

14、的润滑和密封好坏直接影响着十字轴万向节的使用寿命。毛毡油封由于漏油多，防尘、防水效果差，在加注润滑油时，在个别滚针轴承中可能出现空气阻塞而造成缺油，已不能满足越来越高的使用要求。结构较复杂的双刃口复合油封（图12a）,反装的单刃口橡胶油封用作径向密封，另一双刃口橡胶油封用作端面密封。当向十字轴内腔注入润滑油时，陈油、磨损产物及多余的润滑油便从橡胶油封内圆表面与十字轴轴颈接触处溢出。不需安装安全阀，防尘、防水效果良好。在灰尘较多的条件下使用时，万向节寿命可显著提高。图1-2b为一轿车上采用的多刃口油封，安装在无润滑油流通系统且一次润滑的万向节上。十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高

15、，生产成本低。但所连接的两轴夹角不宜过大，当夹角由4增至16时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1/4。图12滚针轴承轴向定位方式a）普通盖板式b）弹性盖板式c）外卡式d）内卡式e）瓦盖固定式f）内卡环1螺栓2锁片3盖板4万向节叉5套筒6弹性盖板7轴承座8外卡环9内卡环第二章传动轴设计2.1 万向节传动的运动分析2.1.1 万向节传动(普通十字轴万向节)图2一1十字轴万向节如图2-1所示，普通十字轴万向节的主动轴与从动轴转角间的关系式为tan=tan2cosa(2.1)式中，内为主动轴转角，定义为万向节主动叉所在平面与万向节主、从动轴所在平面的夹角；为从动轴转角；为主动轴与从动轴之间的夹角。设万向节的夹角保持不变，将式(2.1)对时间求导，并把外用例表示，则得丝=y(2.2)1-sin-acosx由于cos?必是周期为180的周期函数，所以。保持不变的条件下，转速比生/阻也是一个周期为180的函数。如果叼保持不变，则例每周变化两次。因此主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，此即普通十字轴传动的不等速性。十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数K表示K=%必一供min=sinatana(2.3)2.1.2 双万向节传动当输入轴与输出轴之间存在夹角。时，单个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴是不等速旋转的。为使处于同一