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目录1.1 汽车万向传动轴的发展与现状 (2)1.2 万向传动轴设计技术综述 (2)2 万向传动轴结构方案确定 (4)2.1 设计已知参数 (4)2.2 万向传动轴设计思路 (6)2.3 结构方案的确定 (6)3 万向传动轴运动分析 (9)4 万向传动轴设计 (10)4.1 传动载荷计算 (10)4.2 十字轴万向节设计 (12)4.3滚针轴承设计 (13)4.4传动轴初步设计 (14)4.5 花键轴设计 (15)4.6 万向节凸缘叉连接螺栓设计 (16)4.7 万向节凸缘叉叉处断面校核 (17)5基于UG的万向传动轴三维模型构建 (18)5.1万向节凸缘叉作图方法及三维图 (18)5.2万向节十字轴总成作图方法及三维图 (21)5.3 内花键轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (25)5.4 花键、轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (2624)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。
万向传动轴设计范文万向传动轴（Universal Joint Shaft）是一种能够实现两个轴线的不同角度传动的机械传动装置，广泛应用于汽车、机械设备和工业生产线等领域。
本文将详细介绍万向传动轴的设计原理、结构特点以及设计优化方法。
一、设计原理当传动输入轴转动时，中心轴通过两个交叉连接轴的连杆传递旋转力矩，并使输出轴也产生旋转。
由于交叉连接轴的特殊结构，万向传动轴能够使传动输入轴和输出轴存在不同的旋转角度，从而解决了轴线不同角度对传动的限制。
二、结构特点在设计过程中，需要考虑以下几个关键参数：1.轴间角度：指传动输入轴与输出轴之间的夹角。
该角度越大，传动轴工作时的额定转速越低，并且还会增加传动过程中的振动和噪音。
2.传动扭矩：表示输入轴传递给输出轴的力矩大小。
在设计中需要根据传动系统的需求确定传动轴的最大扭矩。
3.长度和直径：传动轴的长度和直径需要根据具体应用条件和承载要求进行确定。
三、设计优化方法在进行万向传动轴的设计时，可以采用以下几种优化方法：1.结构材料选择：传动轴的结构材料对其承载能力和耐久性具有重要影响。
可以通过优化材料选择，如选用高强度合金钢，来提高传动轴的耐久性能。
2.回转角度优化：通过合理设计传动轴的长度和交叉板角度，使得传动轴的回转角度在设计范围之内，从而提高传动效率并减少振动和噪音。
3.杆件直径优化：传动轴的杆件直径直接影响其承载能力。
可以采用有限元分析方法来优化杆件的直径，以满足传动系统的扭矩和振动要求。
4.轴承选择与布局：传动轴的轴承选择与布局对其旋转平衡性和耐久性有重要影响。
可以通过优化轴承的类型和布局，如选用角接触球轴承和双排球轴承，来提高传动轴的工作稳定性和寿命。
总之，万向传动轴作为一种重要的机械传动装置，在众多领域都有广泛应用。
其设计涉及到结构原理、材料选择、回转角度优化、杆件直径优化以及轴承选择与布局等多个方面，需要综合考虑承载能力、回转角度和振动噪音等设计要求，以实现传动系统的高效、稳定和可靠工作。
山东交通学院2015 届毕业生毕业设计题目：微型汽车万向传动设计院(部)别汽车工程学院专业车辆工程班级车辆114学号 110412403姓名俞毅指导教师陈雯二○一五年六月摘要在汽车工业的迅猛发展，车型多样化、个性化的今天，人们对汽车舒适性、使用性能的要求日益提高。
但传动轴及万向节的设计装配不良，会产生振动和噪声。
因此，万向传动轴的设计就成为汽车设计中的重要环节之一。
本毕业设计将依据现有生产企业在生产车型的万向传动装置作为设计原型。
在给定整车主要技术参数以及发动机、变速器等主要总成安装位置确定的条件下，对整车结构进行了分析，确定了传动轴布置方案，选定为十字轴式万向传动装置。
并对传动轴、万向节总成进行设计，对相关零件进行了强度校核，结果表明满足设计要求。
关键字：万向节，传动轴，十字轴ABSTRACTIn the rapid development of automobile industry, model diversification and individuation，the car comfort, the use of performance requirements is increasing day by day. But the design of the transmission shaft and universal joint assembly, can produce vibration and noise. Therefore, the design of the universal transmission shaft becomes one of the important link of car design.This graduation design will be based on the existing production enterprises in the production of universal transmission device as a design prototype models. In a given vehicle main technical parameters of the engine, transmission and other major assemblies and installation location to determine conditions,I analyzes the vehicle structure, determine the shaft arrangement scheme, selected for the cross shaft universal transmission device. And the drive shaft, universal joint assembly design, has carried on the intensity of related parts, the results show that meet the design requirements.Key words：Universal joint，Drive shaft，Cross shaft目录摘要 (I)ABSTRACT (II)前言 (1)1概述 (2)2原始数据及设计要求 (5)2.1原始数据 (5)2.2设计要求 (5)3万向传动轴的结构特点及基本要求 (6)3.1万向传动轴的结构特点 (6)3.2基本要求 (7)4万向传动轴结构方案的分析 (8)4.1基本组成的选择 (8)4.2万向传动轴的计算载荷 (9)5万向传动轴的选择 (10)5.1传动轴管的选择 (10)5.2伸缩花键的选择 (10)6传动轴的计算与强度校核 (11)6.1传动轴的临界转速 (11)6.2传动轴计算转矩 (11)6.3传动轴长度选择 (11)6.4传动轴管内外径确定 (11)6.5传动轴扭矩强度校核 (12)7十字轴总成尺寸的确定与强度校核 (13)7.1十字轴万向节尺寸的确定与强度校核 (13)7.2传动轴的花键 (15)7.3十字万向节的轴承 (16)8万向节叉的尺寸的确定与强度校核 (18)8.1万向节叉的尺寸的确定 (18)8.2万向节叉的尺寸的强度校核 (18)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录 (23)前言国内发展情况与应面对的问题2007年中国汽车销售879.15万辆，2008年汽车产销量将突破900万辆。
本科毕业设计（论文）开题报告
机学院2017 届车辆工程班
注：⑴开题报告由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，外语专业的开题报告必须用相应的语种写作。
⑵开题报告须经指导教师审阅并签字后才能生效。
⑶本表作为毕业设计（论文）的附件材料，装入学生毕业设计（论文）袋。
⑷各学院可根据专业特点，自行拟定本表中开题报告的写作提纲，修订后报教务处备案并上传本教学单位网站以供学生下载。
⑸开题报告的写作字数、参考文献篇数以及写作格式等要求，各学院可参照兄弟院校同类专业的要求自行确定，并在本教学单位制定本科毕业设计（论文）开题报告格式模板中予以明示。
万向传动轴设计1．车型及其相关参数1.1车型图片设计所选车型为：一汽解放赛龙中卡(CA1145PK2L2AEA80)1.2车型参数：驱动形式4*2 轴距4920m车身长度8.45m 车身宽度 2.5m车身高度 2.56m 最高车速93km/h 轮胎规格8.25-16 发动机最大输出功率103kw整车质量 5.8吨发动机最大转矩450N·m 最大总质量13.8吨最大扭矩转速1400发动机额定转速2500rpm 档数6档变速器最大输出扭矩610N·m 一档传动比 6.515后桥允许载荷8950Kg 六档传动比0.813刚性万向节安徽工程大学万向节------课程设计说明书挠性万不等速万向节准等速万向节等速万向节向节十字轴式双联式凸块式三销轴式球面滚轮式圆弧槽滚刀式球叉式直槽滚道式伸缩型球笼式Birfield型Rzeppa型图 2.1万向节的分类在方案选择时，我们考虑到它是用于变速器与驱动桥之间，并且在满足万向传动轴设计基本要求后，我们选择了十字轴万向节。
其结构如下图所示，注油嘴套筒滚针轴承座注油孔油道图 2.2十字轴结构图因为这种万向节结构简单紧凑，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低，能使不在同轴线或轴线角较大，轴向移动较大的两轴等角速连续回转，与可伸缩的传动轴搭配在一起，构成的十字轴万向传动轴被广泛采用。
十字轴万向传动可分为单十字轴和双十字轴两种。
单十字轴万向节传动，传动轴被封闭在一套管中，套管将牵引力或制动力从驱动桥传至车架或车身。
但其结构笨重，增加了非悬挂部分的重量。
而且，由于这种结构中只用了一个十字轴万向节传动，因此不能保证主减速器主动轴与变速器第二轴的转速恒等，引起了工作不均匀性，这种万向节应用很少。
目前应用最广泛的是双十字轴万向节。
双十字轴万向节直接用两个简单十字轴万向节和一根传动轴连接。
另外双十字轴万向节的重量轻，对载重汽车而言通常只占 1.0~1.4%。
所以我们选了双十字轴万向节。
第1章万向传动轴的概述1．1 万向传动轴的介绍实践证明，万向节传动所连接的两轴的位置和所传动的动力大小不同万向节传动将有不同的形式。
同时因为生产和使用条件不一样，往往所选择的结构形式也是不一样的，故我们在进行万向节传动设计时，应根据整车设计和生产部门的具体情况，设计制造出来的万向节传动装置应能满足如下要求：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的传动扭矩。
2．保证所连接的两轴能够均匀的旋转，而且由于两轴之间存在夹角而产生的惯性力矩所引起的载荷应降低到许可范围内。
3．保证传动效率高，寿命长，结构简单，制造维修方便。
1．2 万向传动轴的概述随着汽车工业的不断壮大和发展，人民生活水平的提高，汽车的设计思想也提高了。
汽车上的万向传动装置常由万向节和传动轴组成，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输出轴间经常运动，普通采用万向节传动。
当驱动桥与变速器的距离不大时，经常采用两个万向节和一个传动轴的结构。
万向节按扭矩方向是否明显的弹性变形，可分为刚性万向节和柔性万向节两类。
刚性万向节又分为不等速万向节，等速万向节和等速万向节。
万向节传动轴用于在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递力。
例如，在某些重型汽车上，按总布置要求将离合与变速器、变速器与分动器之间拉开一定距离时，考虑到在它们之间很难轴与轴同心，以及安装基体的车架也可以发生变形，故在这些总成间就应采用万向节传动。
此时常采用普通十字轴万向节，也有采用挠性万向节的，其工作夹角一般不大于3°～5°。
前置发动机后轮驱动的汽车在行驶过程中，由于悬架的不断变形，变速器与驱动桥的相对位置（高度和距离）也在不断变化。
在它们之间需要用可伸缩的万向传动轴联接。
这时当联接的距离较近时，常采用两个十字轴万向节和一根可伸缩的传动轴；当距离较远且传动轴的长度超过1．5m时，则应将传动轴分成两根或三根，用3个或4个万向节，且后面一根传动轴可伸缩，中间传动轴应有支承。
目录1.1 汽车万向传动轴的发展与现状 (2)1.2 万向传动轴设计技术综述 (2)2 万向传动轴结构方案确定 (4)2.1 设计已知参数 (4)2.2 万向传动轴设计思路 (6)2.3 结构方案的确定 (7)3 万向传动轴运动分析 (10)4 万向传动轴设计 (11)4.1 传动载荷计算 (11)4.2 十字轴万向节设计 (12)4.3滚针轴承设计 (14)4.4传动轴初步设计 (15)4.5 花键轴设计 (16)4.6 万向节凸缘叉连接螺栓设计 (17)4.7 万向节凸缘叉叉处断面校核 (17)5基于UG的万向传动轴三维模型构建 (19)5.1万向节凸缘叉作图方法及三维图 (19)5.2万向节十字轴总成作图方法及三维图 (21)5.3 内花键轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (25)5.4 花键、轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (2625)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)1.1 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。
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[]2。
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 ）:180002.1.2 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： max max max 1360076140a r D e a a T m gf C A P v v η⎛⎫=+ ⎪⎝⎭ （3-1） 式中 --传动系效率，货车可取0.82-0.85，取=0.85； g —重力加速度（2/m s ）；9.8r f --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；A --汽车正面投影面积（2m ），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：==92.2kw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：max max 1max 0(cos sin )g e T mg f r i T i ααη+⋅≥⋅⋅ （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 ； r --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 ；f --滚动阻力系数，取0.02；T η--传动系的传动效率，由前面所选的数据可取T η=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。
