[CAD圖紙全套]基于有限元分析的汽車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 摘要 . . 第 1 章 緒論 . 1 題研究的目的意義 . 1 題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 1 計(jì) 的主要 內(nèi)容 與技術(shù)路線 . 2 第 2 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)方案確定 . 4 計(jì)已知參數(shù) . 4 向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 . 4 十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) . 4 十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) . 6 十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) . 7 構(gòu)方案的確定 . 7 向節(jié)與傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)型式 . 7 動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承結(jié)構(gòu)方案分析 . 8 向節(jié)類型分析 . 10 章 小 結(jié) . 14 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) . 15 向節(jié)傳動(dòng)的計(jì)算載荷 . 15 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比來(lái)計(jì)算 . 15 驅(qū)動(dòng)輪打滑來(lái)計(jì)算 . 15 向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷 . 16 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 初選十字軸萬(wàn)向節(jié)尺寸 . 16 字軸萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)與校核 . 18 針軸承設(shè)計(jì) . 19 針軸承初選尺寸 . 19 針軸承的接觸應(yīng)力 . 19 向節(jié)叉設(shè)計(jì)和校核 . 20 動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 21 動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速 . 22 動(dòng)軸長(zhǎng)度和內(nèi)外徑確定 . 23 動(dòng)軸的校核 . 23 鍵軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 24 鍵軸初選尺寸 . 24 鍵軸的校核 . 25 間支承的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì) . 25 章小結(jié) . 28 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的 有限元靜力學(xué)分析 . 29 于 件的三維建模 . 29 件簡(jiǎn)介 . 29 用 進(jìn)行三維建模 . 30 于 有限元模型生成 . 31 限元分析軟件的簡(jiǎn)介 . 31 與 口的創(chuàng)建 . 33 于 有限元模型生成 . 35 向傳動(dòng)裝置靜載和約束的施加與結(jié)果分析 . 36 字軸有限元受力分析 . 36 向節(jié)有限元受力分析 . 39 間傳動(dòng)軸有限元受力分析 . 44 章小結(jié) . 47 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的有限元優(yōu)化設(shè)計(jì) . 48 化設(shè)計(jì)概述 . 48 于有限元的十字軸優(yōu)化設(shè)計(jì) . 49 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 十字軸數(shù)學(xué)模型建立 . 49 字軸優(yōu)化結(jié)果分析 . 50 向節(jié)叉的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 . 52 向節(jié)叉的數(shù)學(xué)模型建立 . 52 向節(jié)叉的優(yōu)化結(jié)果分析 . 53 動(dòng)軸管的優(yōu)化 . 56 動(dòng)軸管的數(shù)學(xué)模型建立 . 56 動(dòng)軸管優(yōu)化結(jié)果分析 . 56 向傳動(dòng)裝置 優(yōu)化后尺寸的確定 . 58 行整機(jī)裝配與校核 . 58 實(shí)體建模后的整體裝配圖 . 58 涉檢查 . 60 章小結(jié) . 61 結(jié)論 . 62 參考文獻(xiàn) . 63 致謝 . 64 附錄 . 65 附錄 A 外文文獻(xiàn)原文 . 65 附錄 B 外文文獻(xiàn)中文翻譯 . 69 摘 要 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置是汽車傳動(dòng)系中的重要總成，它直接與變速器和驅(qū)動(dòng)橋相聯(lián)系，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞。課題研究對(duì)象是 后輪驅(qū)動(dòng)廣泛應(yīng)用的十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，主要零件包括傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)、支撐裝置等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置性能具有很大的影響。 本文主要是對(duì)汽車的十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(wàn)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：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 字軸的設(shè)計(jì)，萬(wàn)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。并通過有限元件對(duì)設(shè)計(jì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行改進(jìn) 優(yōu)化設(shè)計(jì)并得出合理的設(shè)計(jì)方案。 在傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)中采用有限元技術(shù)研究這些關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)特性，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以大大縮短萬(wàn)向傳動(dòng)裝置總成開發(fā)周期、降低開發(fā)費(fèi)用，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證其設(shè)計(jì)的精確性。 關(guān)鍵詞 ：萬(wàn)向傳動(dòng)裝置；十字軸；萬(wàn)向節(jié)；傳動(dòng)軸；有限元分析；優(yōu)化設(shè)計(jì) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) V is in to to of is in of a on is on to to to on on on as as so to to on on to to to of in on of in of to of 1 買文檔送全套 紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 1 章 緒 論 題研究的目的意義 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置是汽車傳動(dòng)系中的重要總成，它直接與變速器和驅(qū)動(dòng)橋相聯(lián)系， 用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞。課題研究對(duì)象是后輪驅(qū)動(dòng)廣泛應(yīng)用的十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，主要零件包括傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)、支撐裝置等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置性能具有很大的影響。 萬(wàn)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(wàn)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。此外，萬(wàn)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。 傳統(tǒng)的分析方法，一般都是首先通過軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩， 計(jì)算出軸的最小直徑；然后通過計(jì)算作用在軸上的載荷、不同斷面上的轉(zhuǎn)矩、軸向力和彎矩，利用解析法或圖解法確定軸不同位置的支反力，最后利用傳統(tǒng)的計(jì)算公式進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定安全系數(shù)。如果安全系數(shù)小于許用安全系數(shù)，還要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。此過程計(jì)算繁雜，反復(fù)性強(qiáng)，而且可靠性差，很可能因?yàn)橛?jì)算誤差，造成由于傳動(dòng)軸強(qiáng)度不夠而引發(fā)的軸裂、軸斷事故。因此，研究一種新的準(zhǔn)確、快捷的強(qiáng)度分析方法迫在眉睫。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 件作為一種廣泛應(yīng)用 件，應(yīng)用有限元法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和電磁學(xué)等多種分析。通過 件的應(yīng) 用，可以大大縮短軸類零件的設(shè)計(jì)周期，從而減少設(shè)計(jì)成本，并有利于多種型號(hào)產(chǎn)品的開發(fā)。 題的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置最早出現(xiàn)于 1352 年，在 教堂時(shí)鐘機(jī)構(gòu)中的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸。 1663 年 向節(jié)誕生，后來(lái)被人們叫做虎克萬(wàn)向節(jié)，也就是十字軸萬(wàn)向節(jié)。緊接著在 1683 年研制出的雙聯(lián)式虎克萬(wàn)向節(jié)，消除了單個(gè)虎克萬(wàn)向節(jié)傳遞的不等速性，并于 1901 用于汽車轉(zhuǎn)向輪。在上世紀(jì)初，虎克萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸，以及后來(lái)的等速萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸在機(jī)械工程和汽車工業(yè)的發(fā)展中起到了極其重要的作用?，F(xiàn)在 ，根據(jù)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，萬(wàn)向節(jié)可分為剛性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)。剛性萬(wàn)向節(jié)是靠零件的鉸鏈?zhǔn)絺鬟f動(dòng)力，又分為不等速萬(wàn)向節(jié)、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)和等速萬(wàn)向節(jié)；撓性萬(wàn)向節(jié)是靠彈性零件傳遞動(dòng)力的，具有緩沖減震作用 1。 現(xiàn)在汽車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置一般是由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支撐組成。主要用于工作過程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伸縮套能自動(dòng)調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間距離的變化。萬(wàn)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)。一般萬(wàn)向節(jié)由十字軸、十字軸承、凸緣叉及軸向定位件和 橡膠密封件等組成。 在 1950 年后 ,傳動(dòng)軸的產(chǎn)量達(dá)到數(shù)以萬(wàn)計(jì)。 1984 年主要由于汽車工業(yè)的增長(zhǎng)，生產(chǎn)了三千五百萬(wàn)套虎克萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸，一億二千萬(wàn)套等速萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸，一億三樞軸式萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸。在國(guó)內(nèi)，近年來(lái)隨著我國(guó)汽車業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)我國(guó)汽車傳動(dòng)軸需求持續(xù)大幅增長(zhǎng)。 2007 年中國(guó)汽車傳動(dòng)軸的需求已經(jīng)突破 992萬(wàn)根，產(chǎn)值達(dá)到 45 億。 2008 年汽車銷量達(dá)到 938 萬(wàn)兩，而作為汽車零部件的汽車傳動(dòng)軸需求量也接近 1900 萬(wàn)套，產(chǎn)值達(dá)到 50 億元。倒 2010 年我國(guó)汽車傳動(dòng)軸總銷售額達(dá)到 87 億之多，因次國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)一批傳動(dòng)軸制 造的廠家。但產(chǎn)品的性能與國(guó)外相比仍有相當(dāng)大的差距，具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面：絕大多數(shù)轎車廠家對(duì)等速萬(wàn)向節(jié)產(chǎn)品沒有制定出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，而國(guó)外公司對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和傳動(dòng)軸的技術(shù)規(guī)定達(dá) 67 款之多，其中嚴(yán)格規(guī)定驅(qū)動(dòng)半軸總成和傳動(dòng)軸總成的振動(dòng)頻率，目的是避免和發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎以及其他傳動(dòng)系部件發(fā)生共振，從而更加全面合理地設(shè)計(jì)汽車底盤；零件供應(yīng)商，易隨意組合中心固定型等速萬(wàn)向節(jié)和伸縮型等速萬(wàn)向節(jié)，從而造成總成的失衡，使汽車產(chǎn)生異常振動(dòng)，出現(xiàn)異響 2。對(duì)于創(chuàng)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車廠家來(lái)說(shuō)，造出一流汽車仍有很長(zhǎng)的路要走。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 車萬(wàn)向 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)主要內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路 課題研究對(duì)象是后輪驅(qū)動(dòng)廣泛應(yīng)用的十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，主要零件包括傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)、支撐裝置等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置性能具有很大的影響。采用有限元技術(shù)研究這些關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)特性，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是非常重要和必須的。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)不但可以獲得最佳的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置基本參數(shù)，還可以大大縮短萬(wàn)向傳動(dòng)裝置總成開發(fā)周期、降低開發(fā)費(fèi)用，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證其設(shè)計(jì)的精確性。 1. 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)選擇萬(wàn)向傳動(dòng)軸的優(yōu)化，設(shè)計(jì)基本要求如下： （ 1） 保證所連接的兩軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，能可靠而穩(wěn)定的傳遞動(dòng)力； （ 2）保證所連接的兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)； （ 3）使用有限元分析軟件 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)零部件進(jìn)行靜態(tài)分析，完成萬(wàn)向傳動(dòng)裝置主要部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)從而解決工藝合理、成本低、可靠性高的設(shè)計(jì)要求； （ 4）在 析的基礎(chǔ)上完成設(shè)計(jì)圖紙。 2. 設(shè)計(jì)的基本技術(shù)路線 設(shè)計(jì)的技術(shù)路線如圖 示。 調(diào)研并查閱相關(guān)資料 確定汽車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置主要參數(shù) 主要零部件的建模 主要零部件的靜態(tài)分析 主要零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì) 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的主要零部件的設(shè)計(jì) 優(yōu)化后尺寸確定 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 計(jì)技術(shù)路線圖用 完成零部件裝配 完成設(shè)計(jì)圖紙 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)方案確定 計(jì)已知參數(shù) 本設(shè)計(jì)的已知參數(shù)如表 示 表 設(shè)計(jì)基本參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 30N m/1500r/速器一擋傳動(dòng)比 車總質(zhì)量 8495動(dòng)橋滿載載荷 5500減速器傳動(dòng)比 胎規(guī)格 向傳動(dòng)裝置最左與最右兩萬(wàn)向節(jié)中心之間的距離 L 2186m 向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) 當(dāng)十字軸萬(wàn)向節(jié)的主動(dòng)軸與從動(dòng)軸存在一定 夾角及時(shí)，主動(dòng)軸的角速度 1速度 2w 之間存在如下關(guān)系 12212 c c (式中， 1 為主動(dòng)軸轉(zhuǎn)角，定義為萬(wàn)向節(jié)主動(dòng)叉所在平面與萬(wàn)向節(jié) 主、從動(dòng)軸所在平面的夾角 由于 1是周期為 的周期函數(shù)，所以 2w 1w 也為同周期的周期函數(shù)。當(dāng)1 為 0、 時(shí)， 2 達(dá)最大值 為1w 當(dāng)1 為 2 、 23 時(shí)， 2w 有最小值 為 因此，當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 此即為普通十字軸萬(wàn)向節(jié)傳 動(dòng)的不等性 3。 十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù) k 來(lái)表示 ta ns i a w （ 如不計(jì)萬(wàn)向節(jié)的摩擦損失，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩 1T 和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩 2T 與各自相應(yīng)的角速度有關(guān) 系式 2211 ，這樣有 11222 c o sc o ss T （ 顯然，當(dāng) 2w 1w 最小時(shí)，從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為最 大 T ； 當(dāng) 2w 1w 最大時(shí)， 從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為最小 T 。當(dāng) 1T 與 一定 時(shí)， 2T 在其最大值與最小值之間每 一轉(zhuǎn)變化兩次。 具有夾角 的十字軸萬(wàn)向節(jié)，僅在主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平 衡的。這是因?yàn)檫@兩個(gè)轉(zhuǎn)矩作用在不同的平面內(nèi)，在不計(jì)萬(wàn)向節(jié)慣性力矩時(shí)，它們的矢量互成一角度而不 能自行封閉，此時(shí)在萬(wàn)向節(jié)上必然還作用有另外的力偶矩。從萬(wàn)向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動(dòng)叉對(duì)十字軸的作用力偶矩，除主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 1T 之外， 還有作用在主動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩 1T 。同理，從動(dòng)叉對(duì)十字軸 也作用有從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩 和作用在從動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩 2T 。在這四個(gè)力矩作用下，使十字軸萬(wàn)向節(jié)得以平衡。下面僅討論主動(dòng)叉在兩特殊位置時(shí)，附加彎曲力偶矩的大小及變化特點(diǎn)。當(dāng) 主動(dòng)叉 處于 0 和 位置時(shí) (圖 由于 1T 作用在十字軸平面， 1T 必為零； 而2T 的作用平面與十字軸不共平面， 2T 必有存在，且矢量 2T 垂直于矢量 2T ；合矢量 2T +2T 指向十字軸平面的法線方向，與 1T 大小相等、方向相反。這樣，從動(dòng)叉上的附加 彎矩 2T =1T 當(dāng)主動(dòng)叉 1 處 于 2 和 23 位置時(shí) (圖 同理可知 2T =0， 主動(dòng)叉上的附加彎矩 1T = 1T 分析可知，附加彎矩的大小是在零與上述兩最大值之間變化，其變化周期為 ，即每一 轉(zhuǎn)變化兩次。附加彎矩可引起與萬(wàn)向節(jié)相連零部件的彎曲振動(dòng)，可在萬(wàn)向節(jié)主、從動(dòng)軸支承上引起周期性變化的徑向載荷，從而激起支承處的振動(dòng)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 a) 1 =O， 1 = b) 1 = 2 ， 1 = 23 圖 字 軸 萬(wàn) 向節(jié)的力偶矩 因此，為了控制附加彎矩，應(yīng)避免兩軸之間的夾角過大。 十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) 當(dāng)輸入軸與輸出軸之間存在夾角 時(shí)，單個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)的輸出軸相對(duì)于輸入軸是不 等速旋轉(zhuǎn)的。為使處于同一平面的輸出軸與輸人軸等速旋轉(zhuǎn)，可采用雙萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)，但必須保證同傳動(dòng)軸相連的兩萬(wàn)向節(jié)叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬(wàn)向節(jié)夾角 1 與 2 相等 (圖 在雙萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)中，直接與輸入軸和輸出軸相連的萬(wàn)向節(jié)叉所受的附加彎矩分別由相應(yīng) 軸的支承反力平衡。當(dāng)輸人軸與輸出軸平行時(shí) (圖 直接連接傳動(dòng)軸的兩萬(wàn)向節(jié)叉 所受的附加彎矩彼此平衡，傳動(dòng)軸發(fā)生如圖 雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲，從而引起 傳動(dòng)軸的彎曲振 動(dòng)。當(dāng)輸入軸與輸出軸相交時(shí) (傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié)叉上所受的 附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動(dòng)軸發(fā)生如圖 雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲， 從而對(duì)兩端的十字軸產(chǎn)生大小相等、方向相反的徑向力。此徑向力作用在滾針軸承碗的底部，并在輸入軸與輸出軸的支承上引起反力 4。 圖 加彎矩對(duì)傳動(dòng)軸的作用 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) 多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的從動(dòng)叉相對(duì)主動(dòng)叉的轉(zhuǎn)角差 的計(jì)算公式與單萬(wàn)向節(jié)相似，可寫成 )(22 e (式中，e為多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的當(dāng)量夾角； 為主動(dòng)叉的初相位角； 1 為主動(dòng)軸轉(zhuǎn)角。 式 (明，多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)輸出軸與輸入軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，如同具有夾角e而主動(dòng) 叉具有初相位 的單萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)。 假如多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的各軸軸線均在同一 平面，且各傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié) 叉平面之間的夾角為 0 或 2 ，則當(dāng)量夾角e為 e = 322212 (式中， 1 、 2 、3 為各萬(wàn)向節(jié)的夾角。 式中的正負(fù)號(hào)這樣確定：當(dāng)?shù)谝蝗f(wàn)向節(jié)的主動(dòng)叉 處在各軸軸線所在的平面內(nèi)，在其余的 萬(wàn)向節(jié)中，如果其主動(dòng)叉平面與此平面重合定義為正，與此平面垂直定義為負(fù)。 為使多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的輸出軸與輸人軸等速旋轉(zhuǎn)，應(yīng)使e=0。 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)角差會(huì)引起動(dòng)力總成支承和懸架彈性元件的振動(dòng)，還能 引起與輸出軸相連齒輪的沖擊和噪聲及駕駛室內(nèi)的諧振噪聲。因此，在設(shè)計(jì)多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)時(shí)，總是希望其當(dāng)量夾角e盡可能小，一般設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使空載和滿載兩種工況下的e不大于 3 。另外，對(duì)多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)輸出軸的角加速度幅值 21w ；加以限制。對(duì)于轎車， 21w 350s 2 ；對(duì)于貨車，21w 600。 構(gòu)方案的確定 向節(jié)與傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)型式 汽車后驅(qū)動(dòng)橋的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置通常稱為汽車的萬(wàn)向傳動(dòng)軸或簡(jiǎn)稱為傳動(dòng)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 軸，它由萬(wàn)向節(jié)、軸管及其伸縮花鍵等組成如圖 2.3(b),對(duì)于長(zhǎng)軸距汽車的分段傳動(dòng)軸，還需有中間支承，如圖 2.3(a)。 動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承結(jié)構(gòu)方案分析 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。 (a)帶有中間支承并有兩根軸管的分段傳動(dòng)軸； (b)具有一根軸管的傳動(dòng)軸 1 萬(wàn)向節(jié)； 2 傳動(dòng)軸管； 3 平衡片； 4 伸縮軸管； 5 防塵罩； 6 十字軸； 7 中間支承 圖 車傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)圖 伸縮花鍵具有矩形或漸開線齒形，用于補(bǔ)償由于汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié)之間的長(zhǎng)度變化。當(dāng)承受轉(zhuǎn)矩的花鍵在伸縮時(shí)，產(chǎn)生軸向摩擦力為式中： 傳動(dòng)軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩； R 花鍵齒側(cè)工作表面的中徑； f 摩擦系數(shù)。 由于花鍵齒側(cè)工作表面面積較小，在大的軸向摩擦力作用下將加速伸縮花鍵的磨損，引起不平衡及振動(dòng)。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?？蓽p小摩擦阻力及磨損。也有用滾珠或滾柱的滾動(dòng)摩擦代替黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 花鍵齒間的滑動(dòng)摩擦的結(jié)構(gòu)如圖 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)。內(nèi)、外花鍵應(yīng)對(duì)中，為減小鍵齒摩擦表面間的壓力及磨損應(yīng)使鍵齒長(zhǎng) 其最大直徑?；ㄦI齒與鍵槽應(yīng)按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以免破壞傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。動(dòng)平衡的不平衡度由點(diǎn)焊在軸管外表面上的平衡片補(bǔ)償。裝車時(shí)傳動(dòng)軸的仲縮花鍵一端不應(yīng)靠近后驅(qū)動(dòng)橋，而應(yīng)靠近變速器或中間支承，以減小其軸向摩擦力及磨損。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 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 圖 有滾柱的汽車傳動(dòng)軸 振，減小噪聲 6。它安裝在車架橫梁或車身底架上，應(yīng)能補(bǔ)償傳動(dòng)軸的安裝誤差及適應(yīng)行駛中由于彈性懸置的發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車架變 形引起的位移，而其軸承應(yīng)不受或少受由此產(chǎn)生的附加載荷。以前中間支承多采用自位軸承，目前則廣泛采用坐于橡膠彈性元件上的單列球軸承 如 圖 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。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇支承剛度，避免在傳動(dòng)軸常用轉(zhuǎn)速內(nèi)產(chǎn)生共振。擺臂式中間支承的擺臂用于適應(yīng)中間傳動(dòng)軸軸線在縱向平面內(nèi)的位置變化。 66 越野汽車傳動(dòng)軸的中間支承常安裝在中驅(qū)動(dòng)橋殼上 ,多采用兩個(gè)圓錐滾子軸承，示 。 1 油封； 2 彈性擋圈； 3 軸承 圖 臂式中間支承 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 (a)傳動(dòng)軸及其中間支承； (b)-(e)中間支承方案 1 一撓性萬(wàn)向節(jié)； 2、 4 一前、后傳動(dòng)軸； 3 一彈性中間支承； 5 一平衡片； 6 一橡膠套； 7 一橫梁 圖 車傳動(dòng)軸的中間支承 圈 野汽車傳動(dòng)軸的中間支承 向節(jié)類型分析 汽車用萬(wàn)向節(jié)分為剛性的、撓性的、等速的和不等速的幾種。 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 速 萬(wàn)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(wàn)向節(jié)，如圖 2.3(b)。 1、普通十字輔萬(wàn)向節(jié) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 普通十字軸萬(wàn)向節(jié)如圖 示，由兩個(gè) 萬(wàn)向節(jié)叉及聯(lián)接它們的十字軸、滾針軸承及訥 封等組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高。十字軸 萬(wàn)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。通常認(rèn)為當(dāng)磨損或壓痕超 過 0 25，十字軸萬(wàn)向節(jié)就應(yīng)報(bào)廢。為了 提高其使用壽命。出現(xiàn)了各種有效的組合式潤(rùn) 向節(jié)滑密封裝置，以潤(rùn)滑和保護(hù)十字軸軸頸與 1 一 軸承蓋； 2、 6 一 萬(wàn)向節(jié)一油嘴；滾針軸承如圖 轎車和輕型客、貨車常于 4 一 十字軸； 5 一 安全閥； 7 一 油封；裝配時(shí)封入潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以減少車輛的 8 一 滾 針 ； 9 一 軸承碗 潤(rùn) 滑點(diǎn)，這時(shí)應(yīng)采用密封效果較好的雙刃口或 圖 通十字軸萬(wàn) 向節(jié) 多刃口橡膠油封。當(dāng)需定期加注潤(rùn)滑脂時(shí)，應(yīng)如圖 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。內(nèi)，否則會(huì)加重載荷在滾針間的分配不均勻性。滾針軸承的徑向間隙過大會(huì)使受載的滾針數(shù)減少及引起滾針歪斜，間隙過小則可能受熱卡住，合適的間隙為 滾針的用向總間隙取 宜。重型汽車有時(shí)采用較粗的滾針并分成兩段以提高其壽命，也有以滾柱代替滾針的結(jié)構(gòu)。為防止十字軸軸向竄動(dòng)及避免摩擦發(fā)熱，有的在十字軸軸端和軸承碗之間加裝端面滾針軸承 7。 1 一防塵罩； 2 一油封座圈； 3 一止推環(huán)； 4 一滾針； 間隙； a 一油封壓配錐面 圖 字 軸的潤(rùn)滑與密封 單個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)不是等速萬(wàn)向節(jié)，其特點(diǎn)是當(dāng)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間有夾角時(shí)，不能等速傳遞而有轉(zhuǎn)角差 (圖 使主、從動(dòng)軸的角速度周期性地不相等。采用兩個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)并把與傳動(dòng)軸相連的兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉布置在同一平面內(nèi)，且使萬(wàn)向節(jié)的夾角 21 (圖 則可使處于同一平面內(nèi)的輸出軸與輸入軸等角黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 速旋轉(zhuǎn)。 圖 角差 與)( 21 的關(guān)系 圖 十字軸萬(wàn)向節(jié)的等速傳動(dòng)條件 十字軸萬(wàn)向節(jié)兩軸的夾角。不宜過 大當(dāng) 由 4 增至 16 時(shí)，滾針軸承壽命將下降至原壽命的 1 4。 2、撓性萬(wàn)向節(jié) 利用橡膠盤、塊、環(huán)及橡膠一金屬套筒等橡膠彈性元件在夾角不大于 5 的兩軸間傳遞轉(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需潤(rùn)滑，能減小傳動(dòng)系的扭振、動(dòng)載荷及噪聲。有的結(jié)構(gòu)還允許一定的軸向變形當(dāng)這種軸向變形量能滿足使用要求時(shí)，可省去伸縮花鍵。常用作轎車三萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)中的靠近變速器的第一萬(wàn) 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?？紤]到用到這些地方的撓性萬(wàn)向節(jié)常要在掛直接檔時(shí)的高轉(zhuǎn)速下工作，為保證傳動(dòng)軸總成的平衡精度，則必須使萬(wàn)向節(jié)兩側(cè)的軸線對(duì)中。圖 出了汽車撓性萬(wàn)向節(jié)及其橡膠彈性元件的典型結(jié)構(gòu)圖，其中圖 (a)、圖 (b)分別為具有球面對(duì)中機(jī)構(gòu)的環(huán)形和六角形撓性萬(wàn)向節(jié)：圖 (c)為橡膠 金屬套筒結(jié)構(gòu)的撓性萬(wàn)向節(jié)；圖 (d)、圖 (e)分別為組合型和盤形橡膠元件。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 5 相對(duì)拉伸率 不小于 350；肖氏硬度 65 75；最大擠壓應(yīng)力為 剪切彈性模量 G =工作溫度范圍為 80 。 3、等速萬(wàn)向節(jié) 主、從動(dòng)軸的角速度在兩軸之間的夾角變動(dòng)時(shí)仍然相等的萬(wàn)向節(jié)，稱為等角速萬(wàn)向節(jié)或等速萬(wàn)向節(jié)。 等速萬(wàn)向節(jié)的 “ 等角速 ” 工作原理，可以一對(duì)大小相同的圓錐齒輪傳動(dòng)為例來(lái)說(shuō)明。如圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 (a) 球面對(duì)中機(jī)構(gòu)的環(huán)形撓性萬(wàn)向節(jié)； (b)六角形撓性萬(wàn)向節(jié)； (c)橡膠 金屬套筒結(jié)構(gòu)的撓性萬(wàn)向節(jié)； (d) 組合型橡膠元件； (e)盤形橡膠元件 圖 性萬(wàn)向節(jié)及其橡膠元件的典型結(jié)構(gòu) 示，兩齒輪的軸線交角為 ，這兩個(gè)齒輪輪齒的接 觸點(diǎn) P 位于軸間夾角的平分線上 。 由點(diǎn) P 到兩軸線 的垂直距離相等并等于0 點(diǎn)處兩齒輪的圓周速 度是相等的，因而兩齒輪的角速度相等。多數(shù)等速 萬(wàn)向節(jié)工作時(shí)的特點(diǎn)也都在于：它們所有的傳力點(diǎn) 總是位于兩軸夾角的等分平面上，這樣，被萬(wàn)向節(jié) 所聯(lián)接的兩軸的角速度就永遠(yuǎn)相等。 圖 速 萬(wàn) 向節(jié)的工作原理 在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋、斷開式驅(qū)動(dòng)橋和 驅(qū)動(dòng)橋的車輪傳動(dòng)裝置中，廣泛地采 用 各種型式的等速萬(wàn)向節(jié)和近似等速的萬(wàn)向節(jié)。其常見的結(jié)構(gòu)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(dòng)軸的基本方案。 本設(shè)計(jì)所選車型為前置后驅(qū)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用十字軸萬(wàn)向節(jié)；并且 兩萬(wàn)向節(jié)中心距 為 2186 1500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(wàn)向節(jié)傳動(dòng)方案。方案如圖 示 1 2 3 4 5 6 圖 向傳動(dòng)裝置總體方案簡(jiǎn)圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 章小結(jié) 本章介紹了萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)類型及各自特點(diǎn)，對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行了初步的結(jié)構(gòu)選擇，根據(jù)本車的驅(qū)動(dòng)型式及軸距的要求選擇兩軸三個(gè)萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)型式。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 向節(jié)傳動(dòng)的計(jì)算載荷 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置因布置的不同，計(jì)算轉(zhuǎn)矩也不同，設(shè)計(jì)載荷的選取也是不一樣的。 本次設(shè)計(jì)為貨車傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，多數(shù)選用機(jī)械變速器，所以設(shè)計(jì)中不考慮液力變矩器的變扭比，則計(jì)算載荷如下： 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比來(lái)計(jì)算 n 1中 ： 30NM n 為驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目 n =1 1i 為變速器 1擋傳動(dòng)比 1i =由變速器設(shè)計(jì)知 ） 為發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率 =93% k 為液力變矩器的變矩系數(shù) k=1 為猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 即，對(duì)于性能系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的汽車（一般貨車、礦用汽車和越野車） 計(jì)算可得： a x n 驅(qū)動(dòng)輪打滑來(lái)計(jì)算 ii 022= 其中 ： 為滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷 2G = =35035N ； 2m為汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù) ，貨車：2m=黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 2m= 為輪胎與路面間的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或?yàn)r青路面上， 可取 m)，本設(shè)計(jì)已知輪胎規(guī)格： 根據(jù)輪胎標(biāo)號(hào)取 r =m ； ； m為主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率 ,取m=算可得： 2 ii 對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)軸進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷取兩者之間的最小值，所以取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =m 向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷 選是十字軸萬(wàn)向節(jié)尺寸 由于十字軸萬(wàn)向節(jié)主、從動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)矩 21,作用，在主、從動(dòng)萬(wàn)向節(jié)叉上產(chǎn)生相應(yīng)的切向力21, F t a ns t a ns c os/c ： R 切向力作用線與萬(wàn)向節(jié)叉軸之間的距離； 1 轉(zhuǎn)向節(jié)主動(dòng)叉軸之轉(zhuǎn)角； 轉(zhuǎn)向節(jié)主、從動(dòng)叉軸之夾角。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 (a) 初始位置 021 時(shí)； (b) 主動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)角 901 時(shí) 圖 用在萬(wàn)向節(jié)叉及十字軸上的力 在十字軸軸線所在的平面內(nèi)并作用于十字軸的切向力與軸向力的合力為 2121 ta ns a）為主動(dòng)叉軸位于初始位置的受