毕业设计汽车万向传动轴的设计Word文档格式.docx

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5.4花键、轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 26

5.5万向传动轴总装装配方法及三维图 27

6万向传动装置总成的技术要求、材料及使用保养 29

6.1普通万向传动轴总成的主要技术要求 29

6.2万向传动轴的使用材料 29

6.3传动轴的使用与保养 30

7结论 31

总结体会 32

谢辞 33

附录1外文文献翻译 34

附录2模拟申请万向传动轴专利书 48

【参考文献】 52

1引言

1.1汽车万向传动轴的发展与现状

万向传动装置的出现要追溯到1352年，用于教堂时钟中的万向节传动轴。

1663年英国物理学家虎克制造了一个铰接传动装置，后来被人们叫做虎克万向节，也就是十字轴式万向节，但这种万向节在单个传递动力时有不等速性。

1683年双联式虎克万向节诞生，消除了单个虎克万向节传递的不等速性，并于1901年用于汽车转向轮。

上世纪初，虎克万向节和传动轴已在机械工程和汽车工业中起到了极其重要的作用。

1908年第一个球式万向节诞生，1926年凸块式等速万向节出现，开始用于独立悬架的前轮驱动轿车和四轮驱动的军用车的前轮转向节。

1949年由双联式虎克万向节演变而来的三销式万向节开始被使用在低速的商用车辆上。

直到现在，根据在扭转方向是是否有明显的弹性，万向节可分为刚性万向节和挠性万向节。

刚性万向节是靠零件的铰链式传递动力，又分成不等速万向节（常用的为十字轴式）、准等速万向节（双联式、二销轴式等）和等速万向节（球叉式、球笼式等）；

挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。

万向传动装置已经可以满足飞速发展的汽车科技。

1.2万向传动轴设计技术综述

汽车万向传动装置一般由万向节和传动轴以及中间支撑等组成，它主要用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。

以内燃机在作为动力的机械传动汽车中，万向传动装置是其传动系中必不可少的部分。

万向传动装置设计的合理与否直接影响传动系的传动性能。

选用与布置不当会给传动系增添不必要的和设计未能估算在内的附加动负荷，可能导致传动系不能正常运转和早期损坏。

只有合理的设计，才能保证汽车在各种工况和路面条件下可靠地传递动力。

在汽车高速行驶的时候，万向传动装置也在伴随着高速旋转，并且源源不断的将动力从变速器的输出端输送到主减速器上。

因此，万向传动装置的设计就显得十分重要，设计必须保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠而稳定地传递动力，并且所连接的两轴尽可能等速运转，由于万向节夹角而产生的载荷振动和噪声应在允许的范围内，在使用车速内不应产生共振现象。

另外，万向传动装置还应当满足汽车必要的动力性和经济性指标，满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。

随着生活质量的提高，人们追求的是更快速、舒适的交通工具，所以对万向传动装置的要求就更高。

本设计选择万向传动轴的优化设计，设计基本要求如下：

（1）保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠而稳定地传递动力。

（2）保证所连接的两轴尽可能等速运转。

由于万向节夹角而产生的载荷振动和噪声应在允许的范围内，在使用车速内不应产生共振现象。

（3）传动效率高，使用寿命长，结构简单、制造方便、维修容易等。

此外，还应考虑万向传动装置的质量以及制造成本等实际问题。

2万向传动轴结构方案确定

2.1设计已知参数

2.1.1最初参数：

外形尺寸（mm）:

全车总长×

宽×

高（mm）：

5800×

2488×

2920

性能参数：

最高车速（Km/h）:

80

最大爬坡度（%）：

40

质量参数：

装载质量（Kg）：

12000总质量（Kg）:

18000

2.1.2基本参数的选择与计算

本文所设计的车辆的总质量为18t，选择轴数为两轴。

参考相同吨位的货车车型，选其驱动形式为4×

2，驱动形式为发动机前置后驱。

参考相同吨位车型，可初选货车轮胎为普通断面子午线轮胎，型号为：

12.00R20。

其中，12.00—轮胎名义断面宽度（in），20–无内胎轮辋名义直径（in）查标准GB9744-1997可得：

外直径为1125mm，滚动半径526mm。

参考相同吨位的已有车型可初选轴距L=3500mm。

满载状态下整车质量、轴荷分配

由已知参数可知，满载时货车总质量为18000kg。

由参考文献[1]可知，4×

2后轮双胎平头式货车满载时前轴轴荷分配范围为30%-35%，后轴轴荷分配范围为65%-70%，据此，可选取满载时货车前、后轴荷分配为35%、65%。

则:

满载时后轴轴荷为：

=18000×

65%=11700kg

满载时前轴轴荷为：

18000-1170=6300kg

发动机的选择

根据已选择的数据对发动机的最大功率进行估算，由参考文献[1]得：

（3-1）

式中--传动系效率，货车可取0.82-0.85，取=0.85；

—重力加速度（）；

9.8

--滚动阻力系数，货车取0.02；

--空气阻力系数，货车取0.80-1.00，所以可取0.90；

--汽车正面投影面积（），它可根据前轮距、汽车总高H、汽车总宽B等尺寸近似计算，对载货汽车:

0.81BH=0.81=5.88㎡,则：

==92.2

参考相同吨位的已有车型，可选发动机型号为EQB190-21。

该发动机=140kw，对应功率下的转速=2500r/min，发动机的最大转矩为640Nm。

最小传动比的选择

在普通的载货汽车上，变速器的最高挡大都取1.0，则传动系的最小总传动比即为驱动桥的主减速比,有：

（3-5）

式中r—车轮滚动半径（mm）；

256mm

--最大功率转速（r/min）；

--变速器最高档传动比。

代入数据，得:

=0.377×

=6.20

最大传动比的选择

确定最大传动比时，要考虑三方面的问题：

最大爬坡度、附着率及汽车最低稳定车速。

最大传动比为变速器的头档速比与主减速比的乘积。

该速比主要是用于汽车爬坡或道路条件很差（阻力大）的情况下（此时空气阻力可以不计）汽车仍能行驶。

由参考文献[3]可知变速器最大速比公式：

（3-6）

式中--最大爬坡角度，该货车的最大爬坡度约为40%，即21.8；

--车轮滚动半径（m），滚动半径与静力半径有一定差别，但一般不计它们的差别，所以取r=0.526m；

--滚动阻力系数，取0.02；

--传动系的传动效率，由前面所选的数据可取=0.9

带入数据，得：

=12.0

综上所述得到如下参数：

整备质量：

6500kg 变速器一挡传动比：

12

最大载重：

12000kg 最大变矩系数：

2.6

传动轴支撑长度：

1080mm 发动机最高转速：

2500rpm

轮胎规格：

12.00R20 主减速器传动比：

6.20

发动机最大转矩：

640N·

m 后轴承载质量：

11700kg

2.2万向传动轴设计思路

经过在学校图书馆和网络是那个充分的调研和查找，得到真实的资料和数据，并对本次的数据进行分析和比较，从设计的车型和传动轴的使用价值，针对目前汽车传动轴的类型和应用，考虑如何设计。

此车匹配东风康明发动机，发动机的最大扭矩为640N·

m，最大转速为2500rpm，该车为发动机前置后驱货车，最高车速为80km/h。

因此所设计的万向传动装置不仅要有很好的传动效率，而且要有较高的扭转强度。

其设计思路具体如下：

（1）设计选型：

选择本次万向传动轴设计的类型；

（2）设计计算校核：

根据所给已知参数设计计算万向传动轴各零件的具体参数，并加以校核；

（3）构建三维图：

通过使用UG软件构建万向传动轴零件图和总装图。

（4）画出各零件及其装配的二维工程图。

2.3结构方案的确定

2.3.1万向节结构方案的确定

2.3.1.1第一种方案：

采用十字轴式刚性万向节

十字轴式刚性万向节（如图2-1），即两万向节叉分别套在十字轴的两对轴颈上。

这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动。

为了减少摩擦损失，提高传动效率，在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有由滚针和套筒组成的滚针轴承。

然后用卡环分别固定在万向节叉上，以防止轴承在离心力作用下从万向节叉内脱出。

图2-1十字轴式刚性万向节

1-轴承盖；

2、6-万向节叉；

3-油嘴；

4-十字轴；

5-安全阀；

7、11-油封；

8-滚针；

9-套筒；

10-油封挡盘；

12-油封座；

13-注油嘴

为了润滑轴承，十字轴做成中空的，并有油路通向轴颈。

润滑油从滑脂嘴3注入十字轴内腔。

为避免润滑油流出及尘垢进入轴承，在十字轴的轴颈上套着装在金属座圈内的毛毡油封。

十字轴式万向节的损坏是以十字轴轴颈和滚针轴承的磨损为标志的，因此润滑与密封直接影响万向节的使用寿命。

为了提高密封性能，近年来在十字轴式万向节中多采用橡胶油封。

实践证明，使用橡胶油封其密封性能远优于老式的毛毡或软木垫油封。

当用滑脂枪向十字轴内腔注入润滑油而使内腔油压大于允许值时，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，故在十字轴无须安装安全阀。

2.3.1.2第二种方案：

采用双联式万向节

双联式万向节是由两个十字轴万向节组合而成。

为了保证两万向节连接的轴工作转速趋于相等，可设有分度机构。

偏心十字轴双联式万向节取消了分度机构，也可以确保输出轴与输入轴接近等速。

无分度杆的双联式万向节采用主销中心偏离万向节中心1.0～3.5mm的方法，使两万向节的工作转速接近相等。

双联式万向节的主要优点是允许两轴间的夹角较大（一般可达50度，偏心十字轴双联式万向节可达60度）。

2.3.1.3分析确定万向节结构方案

双联式万向节轴承密封性好，效率高，工作可靠，但是结构比较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多，当应用于转向驱动桥时，由于双联式万向节轴向尺寸较大，为使主销轴线的延长线与地面交点到轮胎的接地印记中心偏离不大，就必须采用较大的主销内倾角。

十字轴式刚性万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低。

但连接的两轴夹角不宜过大，当夹角由4度增大到16度时，十字轴式万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1/4。

综上所述，由于本次设计的传动轴夹角较小，十字轴式刚性万向节相比双联式万向节，更适合这次的设计，所以选择十字轴刚性万向节。

2.3.2传动轴结构方案确定

为了得到较高的强度和刚度，传动轴多做成空心的，一般用厚度为1.5～3.0mm的薄钢板卷焊而成。

超重型货车的传动轴则直接采用无缝钢管。

在转向驱动桥、断开式驱动桥或微型汽车的万向传动装置中，通常将传动轴制成空心轴。

传动轴上应有花键，花键的作用是实现传动长度的变化，它由滑动叉和矩形或渐开线花键轴组成。

为了减小滑动花键的轴向滑动阻力和磨损，有时对花键齿进行磷化处理或喷涂尼龙层，有的则在花键槽中放入滚针，滚柱或滚珠等滚动元件，以滚动摩擦代替滑