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摘要
汽车的万向传动轴是由传动轴、万向节两个主要部件联接而成，在长轴距的车辆中还要加装中间支承。万向传动轴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。在本世纪初万向节与传动轴的发明与使用，在汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。随着汽车工业的发展，现代汽车对万向节与传动轴的效率、强度、耐久性和噪声等性能方面的设计及计算校核要求也越来越严格。本毕业设计将依据现有生产企业在生产车型(CA1041)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，采用两轴三万向节带中间支承的布置形式。在确定了传动方案后，对传动轴、万向节总成、中间支承总成进行设计，使该总成能够在正常使用的情况及规定的使用寿命内不发生失效。
关键字：传动轴；万向节；中间支承；设计；校核
ABSTRACT
The universal drive shaft of automotive is composed of transmission shaft and cardin joint. The main function of the universal drive shaft is to transmitting torque and rotation movement between two shafts whose relative position is variation in the working process. At the beginning of this century the transmission shaft and cardin joint play an important role in the development of automobile industry. As the development of automobile industry, the automobile demand that the design and verification of transmission shaft and cardin join stricter in the efficiency, intension, durability and noise performance. This graduation design chooses existing production business enterprise of basis is producing the car type(CA1041) of ten thousand to spread to move to equip the conduct and actions design prototype. Under the conditions of the main technical parameters of the given vehicle, installation location of engine, transmission and other major assembly are determined , the structure of the vehicle is analysised, the transmission shaft layout program is determined. Two shaft-three cardin joints is adapted.After determining the transmission options, the right drive shaft and universal joint assembly, intermediate bearing assembly is designed, so that the assembly can be used in normal situations and the life within no failure.
Keywords：Transmission shaft；Cardin joint；Middle supporting；Design ；Verification
目录
`摘要 .................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................. II 第一章绪论.. (1)
1.1选题的目的和意义 (1)
1.2国内外研究现状、发展趋势 (1)
第2章方案选择 (3)
2.1解放CA1041轻型货车原始数据 (3)
2.2万向传动轴的结构特点和基本要求 (3)
2.3万向节总成主要参数及其选择 (5)
2.4中间支承的选择 (6)
2.5 本章小结 (6)
第三章传动轴总成的设计 (7)
3.1万向传动轴结构方案分析 (7)
3.1.1 基本组成的选择 (7)
3.2 万向传动轴的计算载荷 (9)
3.3传动轴钢管尺寸的选择 (12)
3.4传动轴的计算与强度校核 (13)
3.4.1传动轴的临界速度校核 (13)
3.4.2传动轴扭转强度计算与校核 (14)
3.5传动轴花键设计 (15)
3.5.1主传动轴花键设计 (15)
3.5.2中间传动轴花键的设计 (19)
3.6本章小结 (20)
第四章万向节总成的设计 (21)
4.1万向节类型的选择 (21)
4.2十字轴式万向节的结构分析 (22)
4.3万向节的受力分析 (23)
4.3.1单十字轴万向节的受力分析 (23)
4.3.2双十字轴万向节传动 (25)
4.3.3多十字轴万向节传动 (26)
4.4万向节总成主要参数的确定与校核 (27)
4.4.1十字轴 (27)
4.4.2滚针轴承 (29)
4.5联连接元件的设计 (32)
4.5.1联接螺栓 (32)
4.5.2万向节叉 (34)
4.6本章小结 (35)
第五章中间支承的设计 (36)
5.1中间支承的结构分析与选择 (36)
5.2轴承的选取 (37)
5.3本章小结 (39)
结论 (40)
参考文献 (41)
致谢 (42)
附录 (43)
附录A 英文文献 (43)
附录B中文翻译 (45)
第一章绪论
1.1选题的目的和意义
随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为发展趋势，对汽车节能、舒适与轻量化的要求越来越高。而传动轴及万向节的设计装配不良将产生振动和噪声，增添未能估算在内的符加动载荷，还可能导致传动系不能正常运转和早期破坏，万向传动轴是汽车传动系的重要组成部件之一[1]。传动轴选用与设计的合理与否直接影响传动系的传动性能。选用、设计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负荷，可能导致传动系不能正常运转，因此该总成设计是汽车设计中重要的环节之一。
1.2国内外研究现状、发展趋势
传动轴普遍采用具有较高的强度的薄钢板卷焊而成的空心轴，超重型货车的传动轴则直接采用无缝钢管制成。近年来由于对汽车低能耗，低成本的要求越来越高，汽车必须轻量化，汽车变得更易产生振动和噪声。因此对传动系重要组成部分万向节振动特性必须进行分析[2]。目前国内外都将以NVH(噪音，振动，啸声)为设计目标，为了满足这类要求，汽车制造厂对该总成的设计要求越来越严格。随着Matlabl软件的开发，国内对传动轴的设计己从传统设计向模糊可靠性设计发展。基本方法是把传统设计公式中的参量看作随机变量，进行概率计算，从中找出规律，得出合理的校核强度和截面参数。汽车和工程机械用传动轴在高速转动时要产生弯曲振动。因此导致共振现象使传动轴断裂.尤其是高速轴。为避免共振产生应进行振动计算。确定其临界转速.常规优化设计是为了使传动轴在工作时不出现共振现象.使传动轴的临界转速尽量避开其实际最高转速。因载荷的随机性及切削加下时下件表而凹凸不平及材料软硬不均。临界转速具有离散性。它不是一个点，而是一个区域。而模糊可靠性设计理论应用于具有振动的传动轴的优化设计中，提出传动轴的模糊可靠性优化设计方法，建立了在满足给定模糊可靠要求设计条件下优化设计数学模型。传动轴模糊可靠性优化设计在设计中，既考虑设计参数的随机性和模糊性，又能进行多参数设计，使设计方案最优，且在设计后能预测新产品的可靠度[3]。这是可靠性和最优化设计的有机结合。
万向节是实现万向传动的关键，万向节性能的优劣直接影响到整车的行驶性能、动力性、舒适性。从19世纪初虎克式万向节在汽车上应用以来，经过100
多年的发展己经有十几种形式。可分为铡性万向节和挠性万向节。刚性万向节又可分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节。等速万向节因其加工制造精度高、难度大，需成套引进国外专用加工生产设备，且投资费用大、价格高，已成为实现国产化的关键问题之一。由于等速万向节传动轴应是用橡胶护套来密封的，橡胶护套的寿命从很大程度上决定了传动轴总成的使用寿命，因此橡胶护套设计和考核试验也成了等速万向节设计的重要环节之一。由于近年来Pro/E、CATIA、Matlab等软件的开发与应用，国内的企业、科研单位也致力于基于CATIA、Matlab等的模糊、仿真设计，从而大大提高了我国对万向节的设计、制造水平。
综合以上国内外文献和相关书籍可以看出：随着计算机的发展、各种计算机辅助软件的设计开发，如:Pro/E、CAD、CATIA等以及有限元分析等设计理论的发展，必然会给万向节的设计、研发带来日新月异的进展，万向节及传动轴的设计己逐步实现自动化，集成化，智能化。
第2章方案选择
2.1解放CA1041轻型货车原始数据
解放CA1041轻型货车的一些初定基本参数：
汽车轴距2.85m
发动机最大功率时的转速n=3400r/min
最高档传动比0.745
发动机最大转矩210000N.mm
发动机万向传动轴间的传动效率0.96
满载质量4160KG
2.2万向传动轴的结构特点和基本要求
万向传动轴一般是由万向节、传动轴和中间支撑组成。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。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的变化，并实现两轴的等角速传动。一般万向节由十字轴、十字轴承、凸缘叉及轴向定位件和橡胶密封件等组成。
传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，因断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。重型载货汽车根据驱动形式的不同选择不同型式的传动轴。一般来讲4×2驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。6×4驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。6×6驱动形式的汽车不仅有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴，而且还有前桥驱动传动轴。在长轴距车辆的中间传动轴一般设有传动轴中间支承．它是由支承架、轴承和橡胶支承组成。其广泛应用在汽车上，如下图
传动轴是由轴管、伸缩套和万向此它的动平衡是至关重要的。一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行了调整。因此，一组传动轴是配套出厂的，在使用中就应特别注意。其基本结构如下图：
图2-1 万向传动装置的工作原理及功用
图2-2 变速器与驱动桥之间的万向传动装置
基本要求：
1.保证所连接的两根轴的夹角及相对位置在一定范围内变动时，能可靠而稳定地传递动力。
2.保证传动尽可能同步，所连接两轴尽可能等速运转。
3.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，在使用车速范围内不应产生共振现象。
4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。
另，万向传动装置有极其广泛的应用，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；某些汽车根据总布置要求需将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一端距离，考虑到它们之间很难保证轴与轴同心及车架的变形，所以常采用十字轴万向传动轴或挠性万向传动轴；对于转向驱动桥，左、右驱动轮需要随汽车行驶轨迹变化而改变方向，这时多采用等速万向传动轴。如下图
图2-3 万向节在汽车上的各种应用
2.3万向节总成主要参数及其选择
1、对万向节类型及其结构进行分析，并结合（CA1041）技术要求选择合适的万向节类型。考虑到本毕业设计所针对的车型为轻型货车，对其万向传动轴的设计应满足：制造加工容易、成本低，工作可靠承载能力强，使用寿命长，结构简单，调整维修方便等要求，本设计选用十字轴式万向节，带中间支承的两段式传动轴。
2、十字轴
十字轴万向节的损坏形式主要是十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈的滚针轴承帽工作表面出现压痕和剥落。一般情况下，当磨损或压痕超过0.15mm 时便应报废。十字轴主要失效形式是轴颈根部断裂，所以设计时应保证该处有足够的抗弯强度。
3、十字轴滚针轴承
滚针轴承的结构分析：汽车万向节用滚针轴承的结构型式较多，但就滚针来说、主要有三种型式：锥头滚针、平头滚针及圆头滚针。为了防止在运输及安装过程中掉针，国内的协作配套厂家大多都采用锥头滚针[5]。这种结构的轴承除滚针端头为圆锥形外，还多了一个挡针圈并且在外圈滚道与底道之间加工出基底凹槽，滚针圆锥头靠挡针圈及外圈基底凹槽挡住，从而避免了径向掉针。
4、联接螺栓
在发动机前置后驱动的汽车中，连接变速器与驱动桥之间的传动轴是靠万向
节叉与驱动桥或变速器的法兰盘组成的联轴器来传递转矩的，由于螺栓联接工作
时即承受剪切力又承受轴向力，所以需校核抗拉强度，抗剪强度和抗挤压强度
2.4中间支承的选择
在长轴距汽车上，为了提高传动轴临界转速，避免共振以及考虑整车总体布
置上的需要，常将传动轴分段。在乘用车中，有时为了提高传动系的弯曲刚度，
改善传动系弯曲振动看特性，减小噪声，也将传动轴分成两段。当传动轴分段时，
需加设中间支承。在设计中间支承时，应合理选择橡胶弹性元件的径向刚度R C ，
固有频率0f 对应的临界转速060f n r/min 尽可能低于传动轴的常用转速范围，
以免共振，保证隔振效果好。许用临界转速为1000~2000r/min ，对于乘用车，
取下限。当中间支承的固有频率依此数据确定时，由于传动轴不平衡引起的共振
转速1000~2000r/mim ，而由于万向节上的附加弯矩引起的共振转速为
500~1000r/min ，这样就避免了中间支承与传动轴的谐振[6]。
2.5 本章小结
本章完成了对中间传动轴、主传动轴的设计。在给定了发动机转矩、变速器
低挡传动比的情况下确定了中间传动轴与主传动轴的内、外径，保证发动机在各
工况工作时传动轴不发生共振行成传动轴的折断。在确定了传动轴尺寸后对其扭
转应力进行了校核，使传动轴在各种工况以及冲载荷情况下不会产生扭转变形。
两段传动轴间转矩是靠主传动轴花键与中间传动轴花键传递的，这两处花键的设
计也是这一章的重中这重。本设计中选用了相对渐开线花键定心精度更高、加工
更容易的矩型花键，这种形式提高了传动轴高速转动时的稳定性，也减少了花键
的磨擦从而提高了传动轴整体的使用寿命。由于花键配合间隙小，减小了车辆行
驶时的振动的噪声，提高了驾驶舒适性。
第三章传动轴总成的设计
3.1万向传动轴结构方案分析
3.1.1 基本组成的选择
通过参考我国微型货车的基本设计参数，选定CA1041微型货车为前置后驱的布置形式，平头驾驶室。因其用途一般，则轴数根据其特点确定为两轴，驱动形式：4х2，后轮驱动。此种布置的优点有：1.容易发现发动机的故障，维修方便；离合器、变速器等操作机构简单，容易布置；货厢地板低平；2.汽车总长和轴距尺寸短；最小转弯直径小；机动性能良好；不需要发动机罩和翼子板，加上总长缩短等因素的影响，汽车整备质量减小；驾驶员的视野得到明显改善；采用翻转式驾驶室是能改善发动机及其附件的接近性；汽车面积利用率高。
由于本设计适用车型CA1041载重小，行驶时传动轴承受冲击载荷小，而摆动式中间支承具有结构简单、质量轻、制造容易、维修保养方便等优点，故本设计选用摆动式中间支承
在普通汽车传动装置中，因十字轴式刚性万向节结构简单、传动可靠等优点而得到了广泛应用。十字轴式刚性万向节结构简单、强度高、耐久性好，生产性高，生产成本较低，且传动可靠，效率较高，目前允许两传动轴之间的交角一般为15°~20°，在连接角较小时大都使用这种万向节。
十字轴式刚性万向节结构如图
图3-1 十字轴式刚性万向节
在TJ1010微型货车设计中，选定为十字轴式万向传动装置，即采用单节式
万向传动轴，其两端用普通万向节分别与变速器和驱动桥连接。装配时，要满足：传动轴两端的万向节叉在同一平面内；
输入轴、输出轴与传动轴的夹角相等，即错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。。
如下图
图3-2 输入轴与输出轴的夹角
车辆的万向节传动，主要应用于非同心轴间和工作中相对位置不断改变的两轴之间的动力传递。装在变速器输出轴与前后驱动桥之间。变速器的动力输出轴和驱动桥的动力输入轴不在一个平面内。有的装载机在车桥与车架间装有稳定油缸、铰接式装载机在转向时均会使变速箱与驱动桥之间的相对位置和它们的输出、输出入轴之间的夹角不断发生变化。这时常采用一根或多根传动轴、两个或多个十字轴万向节的传动[7]。图3-3为用于汽车变速箱与驱动桥之间的不同万向传动方案。
（a）单轴双万向节式
（b）两轴三万向节式
图3-3传动轴形式布置
如图a 为常用的单轴双万向节传动，如图b 为连接距离较长且不宜于采用单
轴双万向节传动的连接。由于参考车型轴距为2.85米，故选取如图b 的传动方
案。
综上可确定，解放CA1041轻型货车的万向传动装置设计为：三个十字轴式
万向节和两个传动轴。此时的传动轴分段，因此需加中间支撑。
3.2 万向传动轴的计算载荷
传动轴计算扭计算公式如下:
n
i T k T e d η1max = （3.1） 式中：m ax e T —发动机最大转矩(N·mm)，3max 10210?=e T N·mm ；
N —计算驱动桥数，CA1041为后桥驱动车辆，所以取1=n ；
1i —变速器一挡传动比，CA1041装配的变速器一挡传动比91.41=i ；
η—发动机到万向传动轴之间的传动效率，取96.0=η；
d k —猛接离合器所产生的动载系数，液力自动变速器1=d k ，具有手动操
纵的机械变速器的高性能赛车3=d k ，性能系数0=j f 的汽车：
1=d k ，0>j f 的汽车：2=d k 或由经验选定。
性能系数j f 计算由下式计算：
???? ??-=max 195.0161001e a j T g m f 当16195.0max
.0max ≥e a T g m 时 式中：a m —汽车满载质量（若有挂车，则要加上挂车质量），kg ； max e T 由CA1041技术参数查得：4060=a m Kg ，210max =e T N·m 。代入 max 195.0e a T g m 得： 164.37210 8.94060195.0195.0max >=?=e a T g m ，0=j f ，取1=d k 。 将3max 10210?=e T N·mm 、1=n 、91.41=i 、96.0=η、1=d k 代入公式3.1 得： 9898601 96.091.421011max =???==n i T k T e d ηN·mm 传动轴轴管形势的选择 当传动轴长度确定后，其断面尺寸必须保证有足够的强度，并能承受相当的 转速。其许用的传动轴转速，不应超过临界转速。所谓临界转速，即当某个长度 为L 的传动轴，在两支点中旋转时，如图3-4所示，由于轴自身的重力作用，使 传动轴中心（即质量中心）相对轴线有一偏移量（初挠度）a ，如果再考虑到轴 与孔的间隙，传动轴质量的不均匀，则a 将再增大。当此轴旋转时，在质量中心 必有离心力的作用，这个别离心力又将引起传动轴的进一步弯曲，产生附加挠度 y 。由于重力的大小和方向是不变的，而离心力的大小与方向是改变的，故使传 动轴的弯曲力（垂直力与离心力的向量和）也周期性的变化着，从而传动轴的挠 度也随时在变化。即传动轴的旋转，将伴随有弯曲振动，它的频率即等于传动轴 的转速。当传动轴的转速接近于它的弯曲自然振动频率时，即出现共振现象，振 幅（挠度）急剧增加，致使传动轴折断，这一转速即称为传动轴的临界转速。 图3-4万向节传动轴的弯曲振动 传动轴的临界转速与轴的直径、长度和支承点数目有关。设传动轴转速为 )/(s rad ω。作用在传动轴上的离心力则为： 2)(ωa y m F += （3.2） 式中:m —传动轴的质量 这时离心力被与长度成正比的材料弹性力p 所平衡，由材料力学得知： 8 L EI cy P = （3.3） 式中：E —传动轴材料的抗拉弹性模数，101021?=E N/mm 2； L —支承长度，取两万向节的中心距离（m ）； I —轴剖面对其对称轴线（直径）的转动惯量（m 4）； 系数c 与受载情况、支承型式有关，当载荷在两端自由支承的梁上沿长度平均分布时5 384=c ，而在同样受载情况下，对两端固定支架支承的梁384=c ； P —材料弹性力 由平衡条件得： 32)(L EI cy a y m =+ω （3.4） 232ωωm L EI c a m y -= （3.5） 式中：a —初挠度； Y —附加挠度； ω—传动轴角速度 当23ωm L EI c =时，轴的挠度y 趋于无穷大，即若轴以与此相应的角速度0h ω旋转时必将折断。这时： 3 00602mL cEI n k h ==πω （3.6） 对于直径为D 的实心轴，由力学得知 644D I π= L D m γπ42 = （3.7） 式中：γ—传动轴材料单位体积重量 由此，对于两端自由支承（开式传动轴），且载荷沿轴长平均分布的轴，其临界转速为： 2 80102.1L D n k ?= （3.8） 对于两端有固定支承的轴（轴封闭于传动轴套管中的闭式传动轴），则： 2 80103.2L D n k ?=r/min （3.9） 对于大量采用的空心轴，若其剖面外径D ，内径为d ，则： ))((64)(64222244d D d D d D I -+=-=π π L d D m γπ )(422-= 于是两端自由支承的轴： 22 28 0102.1L d D n k +?=r/min （3.10） 对两端固定支承的轴，则： 22 28 0103.2L d D n k +?=r/min （3.11） 从上面公式可以看出：当传动轴外径相同时，空心轴的临界转速比实心的要高。 因此本设计选用空心轴管. 用质量分面比较均匀的焊接钢管代替无缝钢管；作轴管的钢板厚度一般取 1.85～2.50mm ；对每根传动轴总成应进行动平衡检验，保证不平衡度在规定范围以内，如果不合格应进行校正（贴焊平衡块）并使偏心振摆也在公差以内。 3.3传动轴钢管尺寸的选择 电焊管参数应按冶金部标准YB242-63选取。表3.1给出外径D =60~95mm 的标准参数值。 表3.1 60—95mm 电焊钢管YB242-63 （mm ） 由于传动轴为开式，两端自由支承所以临界转速按公式3.10计算。设主传动轴外径为2c D ，内径为2c d ，传动轴管厚度为B 。初选传动轴管外径752=c D mm ，厚度5.2=B mm ，则70575222=-=-=B D d c c mm 3.4传动轴的计算与强度校核 3.4.1传动轴的临界速度校核 本设计传动方式为开式、两轴三万向节带中间支承形式。解放牌CA1041载货汽车主要技参数见第二章原始数据。 由安全系数max n n k ko =，得计算临界转m ax kn n ko =，取k=1.5，转速m ax n 为对应于车辆最大行驶速度时，传动轴的转速。5max max k e i n n ?= 式中：max e n —发动机最大功率时的转速3400max =e n r/min ； 5k i —变速器最高档传动比745.05=k i ；则： 2533745.034005max max =?=?=k e i n n r/min 。 将2533max =n r/min 代入max kn n ko =得： 5.379925335.1max =?==kn n ko r/min 取4000=ko n r/min 主传动轴长度9702=c L mm ，752=c D mm ，702=c d mm 代入2.9得： 121839707075102.1102.12 2 2822280=+??=+?=L d D n k r/min 经计算主传动轴符合临界转速设计要求。 3.4.2传动轴扭转强度计算与校核 在按临界转速0k n 初选轴管断面尺寸以后，还需要进行扭转强度验算，由于传动轴夹角α引起的附加扭矩和弯矩很小，所以为了计算简单，将不考虑由于夹角α而引起的附加扭矩和弯矩，只按纯扭矩计算其扭转应力。传动轴的最大扭转应力τ(MPa)可按下式计算： W T = τ （3.12） 式中：T —传动轴的计算扭矩，N·mm ； W —抗扭断面模量，对空心轴)(164 4D d D W -=π 将W 代入上式，则传动轴扭转强度应满足以下要求： ][) (1644τπτ≤-=d D DT （3.12） 式中：][τ—许用扭转应力，300][=τMPa 传动轴计算扭计算公式如下: n i T k T e d η1max = （3.13） 式中：m ax e T —发动机最大转矩(N·mm)，3max 10210?=e T N·mm ； N —计算驱动桥数，CA1041为后桥驱动车辆，所以取1=n ； 1i —变速器一挡传动比，CA1041装配的变速器一挡传动比91.41=i ； η—发动机到万向传动轴之间的传动效率，取96.0=η； d k —猛接离合器所产生的动载系数，液力自动变速器1=d k ，具有手动操 纵的机械变速器的高性能赛车3=d k ，性能系数0=j f 的汽车： 1=d k ，0>j f 的汽车：2=d k 或由经验选定。 性能系数j f 计算由下式计算： ???? ??-=max 195.0161001e a j T g m f 当16195.0max .0max ≥e a T g m 时 式中：a m —汽车满载质量（若有挂车，则要加上挂车质量），kg ； max e T 由CA1041技术参数查得：4060=a m Kg ，210max =e T N·m 。代入max 195.0e a T g m 得： 164.372108.94060195.0195 .0max >=?=e a T g m ，0=j f ，取1=d k 。 将3max 10210?=e T N·mm 、1=n 、91.41=i 、96.0=η、1=d k 代入公式3暗战.13得： 9898601 96.091.421011max =???==n i T k T e d ηN·mm 将传动轴计算扭矩989860=T N·mm ，传动轴管外径752=c D N·mm ，内径702=c d N·mm 代入公式2.13得： 75.49) 7075(14.39898607516)(164444=-??=-=d D DT πτMPa ][τ< 经计算主传动轴轴管符合设计要求，能保证在各种工况下有效的传递转矩。 由于中间传动轴比主传动轴短，所以主传动轴轴管的外径和管壁厚度同样适用于中间传动轴。 3.5传动轴花键设计 3.5.1主传动轴花键设计 汽车行驶过程中，变速器与驱动桥的相对位置经常变化。为避免运动干涉， 传动轴中设有由滑动叉和矩形或渐开线花键轴组成的滑动花键来以实现传动轴长度的变化。滑动花键有矩形花键和渐开线花键两种形式。本设计选矩形花键，其主要参数可按照《机械设计手册》选取[9]。下表3.3给出了部分轻系列花键的基本尺寸：初选花键断面基本尺寸N×d×D×B为8×46×50×9。 矩形花键主要有下图3-5所示四种形式：由于汽车上所用的花键要求可以沿轴向滑动，所以选A型花键。表3.2给出了部分矩形内花键长度： 根据表3.3所给出的长度，初选花键长度85 L mm。 = l mm，花键轴孔长度150 = τ(MPa)和作用在齿侧的在选定花键尺寸后，还应对作用在花键轴上的扭转应力 h σ(MPa)进行校核。 挤压应力 y 表3.2 矩形花键基本尺寸系列（摘自GB/T 1144-2001）（mm） 注：表中N-键齿数；D-花键大径；B-键宽；r-倒角；c-倒角 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):95 2.2 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。 3．万向传动轴设计和主要技术参数的确定 （1）万向节设计计算 （2）传动轴设计计算 （3）完成空载和满载情况下，传动轴长度与传动夹角变化的校核 4．绘制万向传动轴装配图及主要零部件的零件图 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 普通的十字轴式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。 汽车工程系教案 200 /200 学年第学期 课程名称：汽车构造（二）授课教师： 班级：第08讲 题目：第五章万向传动装置 第08讲万向传动装置 第周星期 本讲教学目标： 知识点 ·万向传动装置的功用及类型 ·十字轴万向节结构及工作特点 ·等速万向节结构及工作特点 ·万向传动装置的动平衡性 能力点 ·具备识别万向传动装置类型的能力·具备理解万向传动装置理论基础的能力本讲主要内容： ·万向传动装置的功用及类型 ·万向节结构及工作特点 ·万向传动装置的传动轴及中间支承 本讲教学要求及适合专业： ·汽车检测与维修专业（2课时） ·汽车维修与营销专业（2课时） ·汽车制造与维修专业（2课时） ·汽车电子技术专业（2课时） ·简介·自动变速器的电子控制系统 ·无级自动变速器的结构和工作原理·重点讲解·十字轴万向节结构及工作特点 ·等速球笼式万向节结构及特点 教学重点：·十字轴万向节结构及工作特点 ·等速球笼式万向节结构及工作特点 教学难点：·万向节的传动理论分析 教学方法及手段：导入、重点介绍、简介、对比介绍、归纳小结、多媒体、实物演示 作业或课外阅读资料： 1．万向传动装置有何功用？都应用在哪些场合？ 2．分析十字轴刚性万向节的不等速性。 3．简单分析球笼式等速万向节的运动过程。 4．简述中间支承的功用，并例举几个应用类型。 上一讲 回主页 下一讲 不同专业本章内容比较： ·汽车检测与维修专业（2课时） ·简介·自动变速器的电子控制系统 ·无级自动变速器的结构和工作原理 ·重点讲解·十字轴万向节结构及工作特点 ·等速球笼式万向节结构及特点 ·汽车维修与营销专业（2课时） ·汽车制造与维修专业（2课时） ·汽车电子技术专业 （2课时） 本讲教学内容： 由复习提问汽车传动系的组成导入本讲内容： 汽检、汽车和汽电专业要求： 简单介绍： ·要求学生了解万向传动装置的功用及其在汽车上的应用 汽贸专业要求： 重点介绍： ·要求学生理解掌握万向传动装置的功用及其在汽车上的应用 一、万向传动装置的概述 1、万向传动装置的功用及组成 1）万向传动装置的功用是能在轴间夹角和相对位置经常发生变化的转轴之间传递动力。 2）万向传动装置主要由万向节、传动轴组成。对于传动距离较远的分段式传动轴，为了提高传动轴的刚度，还设置有中间支承。 2、万向传动装置的应用 ·万向传动装置在汽车上的应用主要有以下几个方面： 1）变速器与驱动桥之间 ·一般汽车的变速器、离合器与发动机三者合为一体装在车架上，驱动桥通过悬架与车架相连。在负荷变化及汽车在不平路面上行驶时引起的跳动，会使驱动桥输入轴与变速器输出轴之间的夹角和距离发生变化。 2）越野汽车变速器与分动器之间 ·为消除车架变形及制造、装配误差等引起的其轴线同轴度误差对动力传动的影响，须装有万向传动装置。 汽车设计课程设计说明书 题目：重型载货汽车万向传动轴设计 姓名：xx 学号：200924xxxx 同组者：xxxxxx 专业班级：09车辆工程2班 指导教师：xxxxxxxx 商用汽车万向传动轴设计 摘要 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。 目录 一、概述 (04) 二、货车原始数据及设计要求 (05) 三、万向节结构方案的分析与选择 (06) 四、万向传动的运动和受力分析 (08) 五、万向节的设计计算 (11) 六、传动轴结构分析与设计计算 (17) 七、参考文献 (20) 一、概述 汽车上的万向传动轴一般是由万向节、轴管及其伸缩花键等组成。主要是用于在工作过程中相对位置不断变化的两根轴间传递转矩和旋转运动。 在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有相对运动，普遍采用万向节传动<图1—1a、b）。当驱动桥与变速器之间相距较远，使得传动轴的长度超过1.5m时，为提高传动轴的临界速度以及总布置上的考虑，常将传动轴断开成两段或三段，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。 摘要 本毕业设计的任务是对解放CA1140型货车进行万向传动装置的设计、研究。在指导老师的细心指导下，通过对汽车万向传动装置的了解，进一步进行万向传动装置的设计。通过实际的市场调查和客观的实际观察，全面了解万向传动装置的结构，充分了解到万向传动装置的工作原理与意义，及其在汽车行驶中的重要作用。在汽车的正常工作中，是一个必不缺少的部件，也是一个不可替代的关键部件。对于万向传动装置的研究，有很大的发展空间，具有相当大的研究意义。在充分与指导老师讨论、研究后，故选此课题。在进行设计任务时，分析了万向传动装置类型的，根据题目所要求的原始数据要求，确定了所选用万向传动轴的种类。在初定各个部件的相关尺寸后，根据要求进行了计算和校核，确定了所设计部件的尺寸和参数，并选择了零部件的材料。 关键字：万向节,传动轴，强度，计算，校核 ABSTRACT This graduation task is on the Jiefang CA1140 type trucks for universal transmission design. In the instructor's careful guidance, through the automotive universal drive unit, further universal design of the drive shaft. Through actual market research and objective observations, a comprehensive understanding of the structure of universal drive shaft to fully understand the universal drive unit works and significance, and its vehicle. In the car's work, is a not missing parts, is a key part. For the study of universal drive shaft, have a high potential for growth, with considerable significance. In fully and instructor to discuss, study, this issue. The design task, analyzed the universal transmission device type, under the title the required raw data requirements, decide to choose the kind of universal drive shaft. In various parts of the associated YTC sizes depending on the requirements for the calculation and check, determine the design part of dimensions and parameters, and selected parts of the material. Keywords：Universal joint, Transmission shaft, Strength,Calculation, Check 目录 摘要………………………………………………………………………………………I Abstract……………………………………………………………………………………II 第1章绪论 (1) 1.1 选题的目的和意义 (1) 1.2 国内外研究现状和发展趋势 (2) 第 2 章设计方案选择 (4) 2.1 万向传动装置基本组成的选择 (4) 2.2 万向节类型的选择 (4) 2.3 十字轴式万向节结构方案分析 (5) 2.4 十字轴万向节总成尺寸的确定与强度校核 (5) 2.5 中间支承结构分析与设计 (6) 2.6 本章小结 (6) 第3章万向传动轴总成的设计 (7) 3.1 万向传动轴总体概述及传动布置型式的选择 (7) 3.2 传动轴断面尺寸的确定与强度校核 (8) 3.2.1传动轴的运动分析 (8) 3.2.2传动轴的临界转速 (11) 项目四万向传动装置 教学目标： 要求学生了解万向传动装置在汽车上的具体应用； 掌握十字轴式刚性万向节的结构和特性； 掌握准等速万向节和等速万向节的结构类型； 了解挠性万向节。 任务一万向传动装置概述 汽车的发动机、离合器和变速箱是连成一体固装在车架上，而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接，所以变速器输出轴与驱动桥的输入轴的轴线不在同一平而上。当汽车行驶时，车轮的跳动会造成驱动桥与变速器的相对位置不断变化，变速器的输出轴与驱动桥的输入轴不可能刚性连接，应装有万向传动装置。 一、万向传动装置的作用 万向传动装置的作用是连接不在同一直线上的变速器输出轴和主减速器输入轴，并保证在两轴之间的夹角和距离经常变化的情况下，仍能可靠地传递动力．在汽车传动系中，为了实现一些轴线相交或相对位置经常变化的转轴之间的动力传递，必须采用万向传动装置，如图1- 79所示。但要注意，在安装时必须使传动轴两端的万向节叉处于同一平面。 1-车架 2-后悬架 3-驱动桥 4-万向传动装置5-变速器 图1- 79 万向传动装置的应用 二、万向传动装置的位置 在汽车传动系统中万向传动装置主要用于发动机前置后轮驱动汽车的变速器与驱动桥之间，如图1-80(a)所示。当变速器与驱动桥之间距离较远时，应将传动轴分成两段甚至多段，并加设中间支撑，如多轴驱动汽车的分动器与驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间，如图l-80(b)所示。万向传动装置除了用于汽车的传动系外，还可用于动力输出装置、转向操纵机构等。 (a)变速器与驱动桥之间 1-万向节 2-传动轴 3-前传动轴 4-中间支撑 (b)分动器与驱动桥之间或驱动桥与骄动桥之间 图1-80万向传动装置的位置 由于越野汽车的前轮既是转向轮又是驱动轮。作为转向轮，要求在转向时可以在规定范围内偏转一定角度；作为驱动轮，则要求半轴在车轮偏转过程中不间断地把动力从主减速器传到车轮。因此，半轴不能制成整体而必须分段，中间用等角速万向节相连。 在发动机与变速器之间，独立悬架与差速器之间；汽车的动力输出装置和转向操纵机构中；转向驱动车桥的差速器与车轮之间，均可采用万向传动装置，如图1- 81所示。 图1- 8万向传动装置的位置 三、万向传动装置的组成 万向传动装置一般由万向节、传动轴和中间支撑等组成，是在轴线相交且相对位置经常变化的两转轴之间可靠传递动力的一种装置，如图1- 82所示。 摘要 汽车的万向传动轴是由传动轴、万向节两个主要部件联接而成，在长轴距的车辆中还要加装中间支承。万向传动轴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。在本世纪初万向节与传动轴的发明与使用，在汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。随着汽车工业的发展，现代汽车对万向节与传动轴的效率、强度、耐久性和噪声等性能方面的设计及计算校核要求也越来越严格。本毕业设计将依据现有生产企业在生产车型(CA1041)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，采用两轴三万向节带中间支承的布置形式。在确定了传动方案后，对传动轴、万向节总成、中间支承总成进行设计，使该总成能够在正常使用的情况及规定的使用寿命内不发生失效。 关键字：传动轴；万向节；中间支承；设计；校核 ABSTRACT The universal drive shaft of automotive is composed of transmission shaft and cardin joint. The main function of the universal drive shaft is to transmitting torque and rotation movement between two shafts whose relative position is variation in the working process. At the beginning of this century the transmission shaft and cardin joint play an important role in the development of automobile industry. As the development of automobile industry, the automobile demand that the design and verification of transmission shaft and cardin join stricter in the efficiency, intension, durability and noise performance. This graduation design chooses existing production business enterprise of basis is producing the car type(CA1041) of ten thousand to spread to move to equip the conduct and actions design prototype. Under the conditions of the main technical parameters of the given vehicle, installation location of engine, transmission and other major assembly are determined , the structure of the vehicle is analysised, the transmission shaft layout program is determined. Two shaft-three cardin joints is adapted.After determining the transmission options, the right drive shaft and universal joint assembly, intermediate bearing assembly is designed, so that the assembly can be used in normal situations and the life within no failure. Keywords：Transmission shaft；Cardin joint；Middle supporting；Design ；Verification 分类号：U463 单位代码：10452 本科专业职业生涯设计规划人生方向实现人生梦想 汽车万向传动轴设计 姓名 学号 年级 2007级 专业车辆工程 系（院）工学院 指导教师 2011年 4 月 1 日 目录 第一部分 (4) 规划人生方向实现人生梦想 (4) 前言 (4) 1 自我分析 (4) 1.1个性特征分析 (4) 1.1.1 性格特征分析 (5) 1.1.2 兴趣爱好分析 (5) 1.2 个人能力分析 (5) 1.2.1 能力优势 (5) 1.2.2 能力弱势 (5) 1.3 价值观分析 (5) 1.3.1 人生价值观分析 (6) 1.3.2 职业价值观分析 (6) 2 环境分析 (6) 2.1 家庭环境分析 (6) 2.2 学校环境分析 (6) 2.3 社会环境分析 (7) 2.4 临沂环境分析 (7) 3 毕业打算及具体计划 (7) 3.1 做一公务人员 (7) 3.2 考研 (7) 3.3 自主创业 (7) 4 具体各阶段规划 (8) 4.1 2010年—2013年（短期目标） (8) 4.2 2014年—2019年（中期目标） (8) 4.3 2019年—退休 (9) 5 最后总结 (9) 第二部分 (9) 汽车万向传动轴设计 (9) 中文摘要 (9) ABSTRAT (10) 1概论 (11) 2华利微型客车TJ6350汽车原始数据及设计要求 (12) 3 万向传动轴的结构特点及基本要求 (13) 4 万向传动轴结构方案的分析 (15) 4.1 基本组成的选择 (15) 4.2 万向传动轴的计算载荷 (17) 5 万向传动的运动和受力分析 (18) 5.1 单十字万向节传动 (19) 5.1.1运动分析 (19) 5.1.2 附加弯曲力偶矩的分析 (20) 5.2 双十字轴万向节传动 (21) 6 万向传动轴的选择 (23) 6.1 传动轴管的选择 (23) 6.2 伸缩花键的选择 (23) 汽车设计课程设计 题目轿车传动系统总体方案及万向传动轴的设计 院（系）机械与汽车工程学院 专业车辆工程（新能源） 年级2011级 学生姓名 学号 指导教师邓利军 二○一四年六月 摘要 汽车传动系统的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动车轮。组成现代汽车普遍采用的是活塞式内燃机，与之相配用的传动系统大多数是采用机械式或液力机械式的。普通双轴货车或部分轿车的发动机纵向布置在汽车的前部，并且以后轮为驱动轮，其传动系统的组成和布置发动机发出的动力依次经过离合器、变速器(或自动变速器)和由万向节与传动轴组成的万向传动装置，以及安装在驱动桥中的主减速器、差速器和半轴，最后传到驱动车轮。传动系统的首要任务是与发动机协同工作，以保证汽车能在不同使用条件下正常行驶，并具有良好的动力性和燃油经济性。 关键词：离合器、变速器、万向节传动轴、驱动桥、主减速器、差速器、半轴、驱动车轮 Abstract The basic issue of Automotive driveline is to driving force from the engine to drive wheels. The modern Motor commonly used is the piston-type internal combustion engine and usually use mechanical drive system or hydraulic mechanical drive system to match with it. The engine of General biaxial goods or part of the vertical layout are in the front of the car, and use the rear wheel for driving wheel, the composition of the drive system and arrangement of the engine power to issue the order after clutch、gearbox (or automatic transmission) and the drive shaft gear which make up of the universal section and the composition, and the main reducer which installed on the drive axle 、 differential and axle, and finally is the drive wheels.The primary tasks of transmission is to work together with the engine for ensure that the use of motor vehicles to normal in different traffic conditions, and has good power and fuel economy. Key words: Clutch, transmission, drive shaft universal joints, drive axle, main reducer, differential, axle, drive wheels 目录 （一）传动轴与十字轴万向节设计 1.1结构方案选择 (03) 1.2计算传动轴载荷 (03) 1.3传动轴强度校核 (04) 1.4十字轴万向节设计 (04) 1.5传动轴转速校核及安全系数 (06) 1.6参考文献 (08) (二）半承载式城市客车总体设计 2客车主要数据 (08) 2.1尺寸参数 (08) 2.2质量参数 (09) 2.3发动机技术参数 (09) 2.4底盘参数 (10) 2.5传动系的传动比 (10) 3.1发动机使用外特性 (11) 3.2车轮滚动半径 (11) 3.3滚动阻力系数f (11) 3.4空气阻力系数和空气阻力 (11) 3.5机械效率 (11) 3.6计算动力因数 (12) 3.7确定最高车速 (15) 3.8确定最大爬坡度 (15) 3.9确定加速时间 (16) 4燃油经济性计算 (16) 5制动性能计算 (17) ……………………………………… .17 5.1最大减速度j m ax 5.2制动距离S (17) (17) 5.3上坡路上的驻坡坡度i m ax 1 (18) 5.4下坡路上的驻坡坡度i 2 m ax 6稳定性计算 (18) 6.1纵向倾覆坡度 (18) 第一部分 1.传动轴与十字轴万向节设计要求 1.1 结构方案选择 十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低，但所连接的两轴夹角不宜太大。当夹角增加时，万向节中的滚针轴承寿命将下降。 普通的十字轴式万向节主要由主动叉，从动叉，十字轴，滚针轴承及轴向定位件和橡胶封件等组成。 1.2 计算传动轴载荷 由于发动机前置后驱，根据表4-1，位置采用：用于变速器与驱动桥之间 ①按发动机最大转矩和一档传动比来确定 T se1=k d T emax ki1i fη/n T ss1= G2 m’2φr r/ i0i mηm 根据富利卡2.0数据， 发动机最大转矩T emax=156Nm 驱动桥数n=1， 发动机到万向传动轴之间的传动效率η=0.85， 液力变矩器变矩系数k={(k0 -1）/2}+1=1.615, 满载状态下一个驱动桥上的静载荷G2=65%m a g=0.65*1970*9.8=12548.9N， 发动机最大加速度的后轴转移系数m’2=1.3， 轮胎与路面间的附着系数φ=0.85， 车轮滚动半径r r=0.35, 主减速器从动齿轮到车轮之间传动比i m=1, 主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率ηm=η发动机η离合器=0.9*0.85=0.765， 因为0.195 m a g/T emax>16,f j=0，所以猛接离合器所产生的动载系数k d=1，主减速比i0=4.5 毕业设计（论文）开题报告学生姓名院系汽车与交通工程学院专业、班级 指导教师姓名职称副教授从事 专业 车辆工程是否外聘□是■否 题目名称重型货车万向传动装置设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 研究现状： 当今，汽车万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还需加装中间支承。主要是实现汽车上任何一对轴线相交且相对位置经常变化的转轴之间的动力传递。万向传动装置除用于汽车的传动系统外，还可用于动力输出装置和转向操纵装置。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。选用与布置的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情况下可靠的传递动力。并且汽车万向传动装置是汽车底盘传动系的主要总成之一，在工作中承受着巨大的转矩和动负荷。经长期使用后，技术状况会发生变化，从而将直接影响发动机动力的传递，降低传动效率，加剧燃料消耗，加速轮胎磨损，同时还会影响变速器和驱动桥的正常工作。万向传动装置的类型可分为闭式和开式两种。闭式万向传动装置采用单万向节,传动轴被封闭在套管中,套管与车架做球铰连接,而与驱动桥固定连接。其最大特点是传动着外壳作为推力管来传递汽车的纵向力,从而使传动轴外壳起到了悬架 系统导向机构中纵向摆臂的作用,这对于其后悬架拆用螺旋弹簧作为弹性元件是十分 必要的。而开式万向传动装置结构简单,重量轻,现代汽车广泛应用开式万向传动装置。根据在扭转方向是否有明显的弹性，万向节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连接传递动力，又分成不等速万向节，准等速万向节和等速万向节；挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。而万向传动装置则是重型货车的关键部件之一，也是汽车国产化技术难度较大的部件之一，没有高技术的设备是很难达到要求的。它是汽车前后动力的传动装置，是汽车正常行驶不可或缺的一部分。随着汽车工业100多年的发展历史，万向传动轴的设计形式也得到了很快的发展。 目前，国内只有少数合资企业能够具备这样的生产能力，多数国内企业是在根据国外的样件进行开发生产，基本上没有自主的设计开发能力。主要问题是制造门槛低， 中华人民共和国教育部大学毕业设计设计题目: 四驱 车万向传动装置学生：指导教师：学院：交通学院专业：交通运输类（车辆工程）大学毕业设计任务书论文题目四驱车万向传动装置指导教师专业交通运输类（车辆工程）学生2 1 题目名称：四驱车万向传动装置设计课题内容本题目要求学生利用计算机设计软件完成四 驱车万向传动装置的结构设计，包括各十字轴万向节、传动轴的设计以及相应零件的计算、校核。课题要求1、查阅相关资料，学习使用相关软件。2、计算参数，设计结构，利用计算机辅助设计软件绘图。3、编写设计说明书。4、结构设计合理，图面清晰。时间安排2010.12.202011.3.13 调研、查阅万向传动装置设计的资料，撰写开题报告，进行毕业实习。2011.3.14～2011.3.20 开题。2011.3.21～2011.4.17 计算各项基本数据，绘制草图，利用设计软件绘出零件图及装配图。2011.4.18～2011.4.28 中期考核。毕业设计应完成总体设计方案、初步计算及总装配图，提供相应计算结果、方案布置图等材料。2011.4.28～2011.5.20 完成设计和论文初稿。2011.5.21～2011.5.24 指导教师审定设计和说明书内容、格式，修改后准备预答辩。2011.5.25 ～2011.5.30 设计预答辩。毕业设计应完成所有设计图纸及设计说明书的全部内容，并提供打印稿，指导教师审阅并签字。2011.5.31 ～2011.6.5 修改设计和说明书，确定最终装配图、文稿，完善 内容、格式，制作电子答辩演示稿，完成答辩准备。2011.6.6 ～2011.6.12 毕业设计、论文答辩。完成工作量: 参考文献篇数：10 篇以上。图纸张数：折合0 图纸≥3 张，其中至少含1 张0 图纸。说明书字数：不低于6000 字。学科（专业）负责人意见签名：年月日2 1 万向传动装置的设计摘要本设计主要是深入学习和研究万向节与传动轴的结构、功能，同时也为整车装配提供三维图。因十字轴万向节是应用最为广泛的万向节，故在设计中选用合适类型的十字轴万向节和传动轴，进行实物测绘，对数据进行计算校核后，用CATIA 软件画出十字万向传动装置的三维立体图形，用CAD 出图。设计通过详细的公式计算、准确的绘图、正确的参数选择，大大缩短了设计的周期，提高了工作效率，对十字万向传动装置的生产产生一定积极的作用。通过此次设计，熟练掌握了CATIA、CAD 的使用方法，并将过去所学的知识融会贯通，了解并掌握工业设计的过程和基本方法，为将来实践中的设计打下良好基础。关键词：十字轴万向节；传动轴；设计Propeller shaft and Cardan universal joint contrary design Abstract This design has mainly gone deeply into studying the structure and the function of the universal jointand the propeller shaft. Because the cardan universal joint has the most extensive application in the universaljoint I have used the suitable kind of cardan universal 底盘讲义之万向传动装置 作者：佚名来源: 发布时间：２0１0年03月23日 万向传动装置 课题5.1 万向传动装置的功用、组成和应用 提示:在学习本课前想一想什么是万向传动装置?万向传动装置在哪？带着这样的思考我们进入下面的学习。 一、万向传动装置的功用和组成 1.功用 万向传动装置在汽车上有很多应用,结构也稍有不同，但其功用都是一样的,即在轴线相交且相互位置经常发生变化的两转轴之间传递动力。 如图５－1所示为在汽车中最常见的应用，位于变速器与驱动桥之间的万向传动装置。由于汽车布置、设计等原因,变速器输出轴和驱动桥输入轴不可能在同一轴线上,并且变速器虽然是安装在车架(车身)上,可以认为位置是不动的，但驱动桥会由于悬架的变形而引起其位置经常发生变化,所以在变速器和驱动桥之间装有万向传动装置正好可以满足这些使用、设计的要求。 图5-1 变速器与驱动桥之间的万向传动装置 1-变速器２-万向传动装置 3-驱动桥4－后悬架 5－车架2．组成 万向传动装置主要包括万向节和传动轴,对于传动距离较远的分段式传动轴，为了提高传动轴的刚度,还设置有中间支承,如图5-2所示。 图5-２万向传动装置的组成 二、万向传动装置的应用 万向传动装置在汽车上的应用主要有以下几个方面： 1) 变速器与驱动桥之间(4×2汽车）,如图5-3所示:一般汽车的变速器、离合器与发动机三者装合为一体装在车架上，驱动桥通过悬架与车架相连。在负荷变化及汽车在不平路面行驶时引起的跳动,会使驱动桥输入轴与变速器输出轴之间的夹角和距离发生变化。 图５－3 变速器与驱动桥之间的万向传动装置 ２) 变速器与分动器、分动器与驱动桥之间（越野汽车）,如图5-４所示：为消除车架变形及制造、装配误差等引起的其轴线同轴度误差对动力传递的影响,须装有万向传动装置。 图5－4 变速器与分动器、分动器与驱动桥之间的万向传动装置 3) 转向驱动桥的内、外半轴之间,如图5－５所示：转向时两段半轴轴线相交且交角变化，因此要用万向节。 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。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 第十七章万向传动装置 万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还加装中间支承。汽车上任何一对轴线相交且相对位置经常变化的转轴之间的动力传递，均须通过万向传动装置。 在发动机前置后轮驱动的汽车上，变速器常与发动机、离合器连成一体支承在车架上，而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接（图17-1）。变速器输出轴轴线与驱动桥的输入轴轴线难以布置得重合，并且在汽车行驶的过程中，由于不平路面的冲击等因素，弹性悬架系统产生振动，使二轴相对位置经常变化，故变速器的输出咒语驱动桥输入轴不可能刚性连接，而必须采用一般由两个万向节和一根传动轴组成的万向传动装置（图17-2a）。在变速器与驱动桥距离较远的情况下。应将传动轴分成两段（图17-2b），即主传动轴3和中间传动轴5，用三个十字轴万向节2，且在中间传动轴后短设置了中间支承6。这样，可避免因传动轴过长而产生的自振频率降低，高转速下产生共振；同时提高了传动轴的临界转速和工作可靠性。 对于双轴驱动的越野汽车（图17-2c），当变速器1与分动器7分开布置时，虽然他们都支承在车架上，而且在设计时，使其轴线重合，但为了消除制造、装配误差以及车架变形对传动的影响。在其间也经常设有中间传动轴5。为了传递动力，在分动器与转向驱动桥之间又设置了前桥驱动轴9。 在三轴驱动的越野汽车中，中后桥的驱动形式有两种，即贯通式（图17-2d）和非贯通式（图17-2e）。若采用非贯通式结构是，其后桥传动轴11也必须设置中间支承14，并常将其固定于中驱动桥壳上（参看图17-27）。 对于转向驱动桥，前轮既是转向轮又是驱动轮。作为转向轮，要求它能在最大转角范围内任意偏转某一角度；作为驱动轮，则要求半轴在车轮偏转过程中不间断的把动力从主减速器传到车轮。因此，转向驱动桥的半轴不能制成整体而要分段，且用万向节连接，以适应汽车行驶时半轴各段的交角不断变化的需要。若采用独立悬架，则在靠近主减速器处也需要有万向节（图17-2f）；若前驱动轮用非独立悬架，只须在转向轮附近装一个万向节（图17-2g）。 万向传动装置除用于汽车的传动系外，还可用与动力输出装置和转向操纵机构。 第一节万向节 万向节按其在扭转方向上是否明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节。在前者中，动力是靠零件的铰链式联接传递的，而在后者者则靠弹性零件传 编号： 传动轴设计计算书 编制：日期： 校对：日期： 审核：日期： 批准：日期： 一．计算目的 我们初步选定了传动轴，轴径选取Φ27（详见《传动轴设计方案书》），动力端选用球面滚轮万向节，车轮端选用球笼万向节。左、右前轮分别由1根等速万向节传动轴驱动。通过计算，校核选型是否合适。 二．计算方法 本车传动轴设计不是传统载货车上从变速器到后驱动桥之间长轴传动设计，而是半轴传动设计。而且传动轴材料采用高级优质合金钢，且热处理工艺性好，使传动轴的静强度和疲劳强度大为提高，因此计算中许用应力按照半轴设计采用含铬合金钢，如40Cr、42CrMo、40MnB,其扭转屈服极限可达到784 N/mm2左右，轴端花键挤压应力可达到196 N/mm2。 传动轴校核计算流程： 1.1 轴管直径的校核 校核： 两端自由支撑、壁厚均匀的等截面传动轴的临界转速 22 2 8 1.2x10 n e l d D+ =(r/min) 式中L传动轴长，取两万向节之中心距：mm D为传动轴轴管外直径：mm d为传动轴轴管直径：mm 各参数取值如下：D＝φ27mm，d＝0mm 取安全系数K=n e/n max，其中n max为最高车速时的传动轴转速，取安全系数K＝n e/n max=1.2～2.0。 实际上传动轴的最大转速n max＝n c/（i g×i0），r/min 其中：n c－发动机的额定最大转速，r/min； i g－变速器传动比； i0－主减速器传动比。 1.2 轴管的扭转应力的校核 校核扭转应力： τ＝ ][164 4τπ≤) -(d D DT J （N/mm 2） ][τ……许用应力，取][τ＝539N/mm 2[高合金钢（40Cr 、40MnB 等）、中频淬火抗拉 应力≥980 N/mm 2，工程应用中扭转应力为抗拉应力的0.5～0.6，取该系数为0.55，由此可取扭转应力为539 N/mm 2，参考GB 3077-88] 式中： T j ……传动系计算转矩，N ·mm ，2/k i i T T d g0g1x ema j η= N ·m T emax －发动机最大转矩N ·mm ； i g1－变速器一档传动比或倒档传动比； i g0－主减速器传动比 k d －动载系数 η-传动效率 1.3 传动轴花键齿侧挤压应力的校核 传动轴花键齿侧挤压应力的校核 ][)2 )(4(2121j j ZL D D D D T σσ≤-+= （N/mm 2 ） 式中：T j －计算转矩，N ·mm ； D 1,D 2－花键的外径和径，mm ； Z ………花键齿数 L ………花键有效长度 五十铃货车传动轴设计 第一章五十铃货车原始数据及设计要求 发动机的输出扭矩：最大扭矩318.5N·m/2000r/min；轴距：3360mm；变速器传动比: 五挡0.787 ，一挡6.378，轮距：前轮1760毫米，后轮1610毫米，载 重量5000千克 设计要求： 只设计直轴部分，进行受力分析，弯、扭，强度校核，画图 第二章万向传动轴的结构特点及基本要求 万向传动轴一般是由万向节、传动轴和中间支承组成。主要用于在工作过程中相对位置不节组成。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的变化，并实现两轴的等角速传动。一般万向节由十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。 传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，因断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。重型载货汽车根据驱动形式的不同选择不同型式的传动轴。一般来讲4×2驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。6×4驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。6×6驱动形式的汽车不仅有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴，而且还有前桥驱动传动轴。在长轴距车辆的中间传动轴一般设有传动轴中间支承．它是由支承架、轴承和橡胶支承组成。 传动轴是由轴管、伸缩套和万向此它的动平衡是至关重要的。一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行了调整。因此，一组传动轴是配套出 厂的，在使用中就应特别注意。 图 2-1? 万向传动装置的工作原理及功用 图 2-2? 变速器与驱动桥之间的万向传动装置 基本要求： 1.保证所连接的两根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。 3.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。 4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等 第三章五十铃万向传动轴结构分析及选型 由于五十铃货车轴距不算太长，且载重量5吨属中型货车，所以不选中间支承，只选用一根主传动轴，货车发动机一般为前置后驱,由于悬架不断变形，变速器或分动器输出轴轴线之间的相对位置经常变化,根据货车的总体布置要求，将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一段距离，考虑到它们之间很难保证轴与轴同心及车架的变形，所以采用十字轴万向传动轴，为了避免运动干涉,在传动轴中设有由滑动叉和花键轴组成的伸缩节,以实现传动轴长度的变化。空心传动轴具有较小的质量，能传递较大的转矩，比实心传动轴具有更高的临界转速， 所以此传动轴管采用空心传动轴。 传动轴的长度和夹角及它们的变化范围，由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与花键轴有足够的配合长度；而在长度处于最小时，两者不顶死。传动轴夹角大小会影响万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动效率和十字轴的不均匀性。变化范围为3。 传动轴经常处于高速旋转状态下，所以轴的材料查机械零件手册选取40CrNi，适用于很重要的轴，具有较高的扭转强度。 3.1传动轴管选择 传动轴管由低碳钢板制壁厚均匀、壁薄（1.5～3.0mm）、管径较大、易质量平衡、扭转强度高、弯曲刚度高、适用高速旋转的电焊钢管制成。 3.2 伸缩花键选择 选择矩形花键，用于补偿由于汽车行驶时传动轴两端万向节之间的长度变化。为减小阻力及磨损，对花键齿磷化处理或喷涂尼龙，外层设有防尘罩，间隙小一些，以免引起传动轴的震动。花键齿与键槽按对应标记装配，以保持传动轴总成的动平衡。动平衡的不平衡度由电焊在轴管外的平衡片补偿。装车时传动轴的伸缩花万向传动轴设计说明书
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