万向节和传动轴设计

word 格式 整理版学习参考汽车设计课程设计说明书设计题目： 上海大众-桑塔纳志俊万向传动轴设计2014年11月28日目录1前言2设计说明书2.1原始数据2.2设计要求3万向传动轴设计3.1万向节结构方案的分析与选择3.1.1十字轴式万向节3.1.2准等速万向节3.2万向节传动的运动和受力分析3.2.1单十字轴万向节传动3.2.2双十字轴万向节传动3.2.3多十字轴万向节传动4 万向节的设计与计算4.1 万向传动轴的计算载荷4.2传动轴载荷计算4.3计算过程5 万向传动轴的结构分析与设计计算5.1 传动轴设计6 法兰盘设计前言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。

2 设计说明书2.1 原始数据最大总质量：1210kg发动机的最大输出扭矩：Tmax=140N·m（n=3800r/min）；轴距：2656mm；前轮胎选取：195/60 R14 、后轮胎规格：195/60 R14长*宽*高（mm）：4687*1700*1450前轮距（mm)；1414后轮距(mm):1422最大马力(pa):952.2 设计要求1．查阅资料、调查研究、制定设计原则2．根据给定的设计参数(发动机最大力矩和使用工况)及总布置图，选择万向传动轴的结构型式及主要特性参数，设计出一套完整的万向传动轴，设计过程中要进行必要的计算与校核。

2．球笼式万向节
（1） Rzeppa 型球笼式万向节
球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。Rzeppa 型球笼式万向节（图4-8a）是带分度杆的，六个传力钢球2由球 笼4保持在同一平面内。当万向节两轴之间的夹角变化时，靠比 例合适的分度杆6拨动导向盘5，并带动球笼4使六个钢球2处于 轴间夹角的平分面上。
钢球中心分布圆半径r171d星形套宽度b18d球笼宽度万向节外径d49d球笼厚度b0185d球笼槽长度l133180d普通型取下限长型取上限滚道中心偏移距h018d轴颈直径d14d球形壳外滚道长度l124d22birfieldbirfield型球笼万向节设计型球笼万向节设计对于birfield型球笼万向节以与星形套连接轴的直径mm作为万向节的基本尺寸即为使用因素对于无振动的理想传动取10有轻微振动的取1215有中等振动的取1720振动十分严重的取2736birfieldbirfield型球笼万向节的其他尺寸可根据基本尺寸型球笼万向节的其他尺寸可根据基本尺寸查表查表444确定
k 2 max 2 min sin tan 1
（4-2）
如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩T1和从动轴转矩T2与各自相应的
角速度有关系式 T11 T22 ，这样有
T2

1 sin 2 cos2 1 cos
T1
（4-3）
显然，当2 /1 最小时，从动轴上的转矩为最大 T2max T1 / cos；当 2 /1
当万向节两轴绕定心钢球中心O转动任何角度时，传力钢 球中心始终在滚道中心两圆的交点上，从而保证输出轴与输入 轴等速转动。 球叉式万向节结构较简单，可以在夹角不大于 32°～33°的条件下正常工作。磨损快，用于轻中型越野车转 向驱动桥；

3 1 / cos1 3 1 / cos1
2 3 cos2 2 3 cos2
3．动力学分析
设主动轴作用于其上的力矩为M1，从动轴作用于其上的力矩为M2，
如果不计转动时的摩擦损失，则
M1ω1= M2ω2
对于图a的情况，由
2
1 cos
有
M2= M 1 cosα
附加弯矩M2′ M2′=M1 sinα 从动叉承受的附加弯矩。
当两个十字轴在同一平面时， 传动的等角速条件为：
（1）主动轴1与中间轴的夹角a1与从 动轴2与中间轴的夹角a2相等； （2）当主动轴、从动轴在同一平面 时，中间轴两端的万向节叉应该在 同一平面。
当主动轴、从动轴不在同一平面 时，第二条应为：中间轴上和主动 轴连接的万向节叉在中间轴和主动 轴组成的平面内时，中间轴上和从 动轴连接的万向节叉在中间轴和从 动轴组成的平面内。
➢ 欲使主动轴和从动轴角速 度相等，应保证双联叉的对 称线平分所连两轴的夹角。
优点：允许较大的轴间夹角， 工作可靠，制造方便；
缺点：外形尺寸大，结构复 杂，非完全等速。
球头与球座的中 心与十字轴中心的连 线中点重合。
二 三销式等角速万向节
双十字轴万向节的另一种形式，它将两个十字轴转化为两个三销轴 插在一起，取消了中间架。输入叉和输出叉变成了偏心轴叉。
四 球叉式等角速万向节
第三节 传动轴
根据机械振动原理，两端铰接、等截面空心圆轴的临界转速为
nK 10.25 108 •
D2 d2 L2
在外径D不变的条件下，内径d越大nK值越大，而且空心轴的重量轻， 所以传动轴一般采用空心钢管焊接而成。
大多数传动轴要进行动平衡试验。
传动轴转速 （r/min）

第二节 万向节结构方案分析
一、十字轴万向节 典型的十字轴万向节主要由主动叉、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4—1a、b)、卡环式(图4—1c、d)、瓦盖 固定式(图4—1e)和塑料环定位式(图4—1f)等。
盖板式轴承轴向定位方式的一般结构(图4—1a)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4—1b)，装配后，弹性盖板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 4—1c)和内卡式(图4—1d)两种。它们具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点。 瓦盖固定式结构(图4—1e)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4—1f)是在轴承碗外圆和万向节叉的轴承孔中部开一环形槽，当滚针轴承动
直槽滚道型球叉式万向节(图4—6b)， 两个球叉上的直槽与轴的中心线倾斜相同的角度， 彼此对称。在两球叉间的槽中装有四个钢球。由于两球叉中的槽所处的位置是对称的，这便 保证了四个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。 这种万向节加工比较容易， 允许的轴间夹 角不超过20°，在两叉间允许有一定量的轴间滑动。 圆弧槽型球叉式万向节主要应用于轻、 中型越野车的转向驱动桥中。 直槽型球叉式万向 节主要应用于断开式驱动桥中， 当半轴摆动时， 用它可补偿半轴的长度变化而省去滑动花键。 圆弧槽型球叉式万向节作为转向驱动桥的传力构件时， 万向节旋转轴线应与车桥的轴线 相重合，以避免发生万向节的摆动现象。为了不至于在万向节转角接近最大值时，放置传力 钢球的主、 从动叉的交叉槽趋于平行位置导致钢球无法约束而自动散开， 造成万向节装配关 系的破坏， 在设计时应使两叉的最大夹角大于车轮的最大转角， 同时万向节中心应位于转向 主销轴线上。另外，应保证在万向节处于最大转角时，各传力钢球与定心钢球之间不接触， 至少使传力钢球与定心钢球在此情况下的间隙不小于5mm，且使各钢球与万向节轴头均匀地 预紧在一起， 使得在任意方向旋转时能通过万向节的两个传力钢球来传递转矩， 避免靠一个 钢球来传递，从而防止产生过载现象。