【汽車萬向傳動軸的設(shè)計(jì)5200字（論文）】

汽車萬向傳動軸的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u60541.研究背景及內(nèi)容 13071.1研究背景 1131361.2主要研究內(nèi)容 2147462.萬向傳動軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及方案選擇 2220302.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 290042.2基本組成的選擇 37833.萬向傳動的受力分析與選擇 4168023.1單十字萬向節(jié)傳動 439443.2雙十字萬向節(jié)傳動 6238193.3傳動軸管的選擇 753593.4伸縮花鍵的選擇 7311744.傳動軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核 763784.1傳動軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 7145844.2傳動軸管內(nèi)外徑確定 8279164.3傳動軸扭矩強(qiáng)度校核 8117845.十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核 9178225.1十字軸萬向節(jié)尺寸的確定與強(qiáng)度校核 9226985.2十字萬向節(jié)的軸承 1155836整體的結(jié)構(gòu)與繪圖 12124057.總結(jié) 1329287.1結(jié)語 13220577.2展望 131.引言隨著經(jīng)濟(jì)科技的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)的發(fā)展逐漸成熟，越來越多的人開始關(guān)注汽車工業(yè)。汽車工業(yè)的發(fā)展也很大程度上推動了我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，極大地促進(jìn)了人類社會的進(jìn)步，未來汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將更加激烈。汽車已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的交通工具。它們是當(dāng)今生活不可或缺的一部分。汽車的普及率非常高，加快了生活節(jié)奏，給人們的生活帶來了極大的便利。在汽車設(shè)計(jì)方面，許多學(xué)者和工程師已經(jīng)開始積極參與設(shè)計(jì)和研發(fā)，尋找可靠的解決方案，改進(jìn)汽車技術(shù)的方法，逐步增加承載能力和提高動力。處理安全可靠、方便、經(jīng)濟(jì)、舒適，目前最重要的是尋找方法減少污染，同時(shí)增加實(shí)用性和安全性。在本文中，我們將選擇交叉萬能傳動軸進(jìn)行研究，系統(tǒng)地考察傳動軸的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、設(shè)備、操作和工作原理，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)查分析。萬向傳動軸是汽車的關(guān)鍵部件之一，它是汽車前后動力的傳動裝置，是汽車正常行駛不可或缺的一部分。本文的設(shè)計(jì)借鑒以往的設(shè)計(jì)工作，在專業(yè)知識的基礎(chǔ)上開拓視野，最大化設(shè)計(jì)創(chuàng)新機(jī)會，利用現(xiàn)有的先進(jìn)硬件，追求更先進(jìn)的軟硬件技術(shù)，貼合國際標(biāo)準(zhǔn)。努力探索和發(fā)展低能耗、低成本、高效率、高可靠性的研究路徑。本文分為七個(gè)部分進(jìn)行研究。第一章首先闡述了本文的研究背景和主要內(nèi)容；第二章是萬向傳動軸的組成結(jié)構(gòu)和組成方案的選擇；第三章是萬向傳動軸第三部分是萬向傳動的受力分析與選擇，包括單十字和雙十字萬向節(jié)傳動、傳動軸管的選擇、伸縮花鍵的選擇等；第四章是傳動軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核，包括傳動軸計(jì)算、傳動軸管內(nèi)外徑的確定、扭矩強(qiáng)度校核等；第五章是十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核；第六章是整體的結(jié)構(gòu)繪圖；最后進(jìn)行設(shè)計(jì)總結(jié)。2.萬向傳動軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及方案選擇2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)汽車上的萬向傳動裝置通常由萬向節(jié)、傳動軸和中間起到支架作用的軸管組成，與離合器、發(fā)動機(jī)等汽車重要部件共同安裝在車輛構(gòu)架上。它在工作過程中通過相對位置不斷變化的兩個(gè)軸之間傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。萬向節(jié)確保變速器輸出軸和驅(qū)動橋輸入軸兩軸之間的角度變化，實(shí)現(xiàn)兩軸角速度相等的變速器。當(dāng)汽車在行駛時(shí)遇到顛簸，萬向節(jié)能夠做出相應(yīng)的變化，減少振動。驅(qū)動軸是一種高速、低支撐的旋轉(zhuǎn)體，它在兩個(gè)因斷裂而發(fā)生變化的軸之間傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。長軸距車輛中的中間傳動軸通常包括用于傳動軸的中間支撐。它由支撐架、軸承和橡膠支撐組成。大多都是在汽車部件中應(yīng)用，傳動軸由軸管、伸縮套和萬向節(jié)組成，因此動平衡非常重要。如下圖：圖2-1萬向傳動裝置的工作原理及功用圖2-2變速器與驅(qū)動橋之間的萬向傳動裝置對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，汽車行駛方向的變化會帶動兩個(gè)方向驅(qū)動輪的變化，如圖2-3圖2-3萬向節(jié)在汽車上的各種應(yīng)用2.2基本組成的選擇典型的卡車使用動力前后驅(qū)動。這種安排的優(yōu)勢包括：(1)發(fā)動機(jī)故障容易被發(fā)現(xiàn)，也便于維修檢查。離合器、變速器操作簡單，易于部署。貨艙地板低而平坦。(2)汽車全長、軸距短，最小轉(zhuǎn)彎半徑小，因此機(jī)動性很好。主要表現(xiàn)在：無需發(fā)動機(jī)罩或擋泥板，能夠?qū)崿F(xiàn)減少車身長度，減輕車輛本身重量、節(jié)約能源的目的。同時(shí)，車身縮小之后駕駛室的視野也會相應(yīng)增加，減少視野盲區(qū)，提高安全性。翻轉(zhuǎn)式駕駛室還能夠使車輛區(qū)域利用率提高。一般家用小汽車對萬向節(jié)的主要要求并不高，結(jié)構(gòu)相對簡單、耐用性高、效率高的十字軸剛性萬向節(jié)比較適合。十字軸剛性萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖2-4十字軸式剛性萬向節(jié)貨車相較于其他車輛的特點(diǎn)就是需要承載更大的重量，但是速度也會隨之下降。因此需要保證貨車在載滿貨物時(shí)仍能保持一般速度行駛：（1）傳動軸兩端的萬向節(jié)叉在同一平面內(nèi)；（2）輸入軸、輸出軸與傳動軸的夾角相等，即QUOTEα1=α2。如下圖圖2-5輸入軸與輸出軸的夾角萬向傳動的受力分析與選擇3.1單十字萬向節(jié)傳動如下圖3-1所示，設(shè)主動叉由初始位置轉(zhuǎn)過QUOTE角，從動叉相應(yīng)轉(zhuǎn)過QUOTE角，圖3-1萬向節(jié)的運(yùn)動分析1-主動叉2-從動叉3-十字軸由機(jī)械原理分析可以得出如下關(guān)系式QUOTE=QUOTE(3.1）當(dāng)十字軸萬向節(jié)的主動軸與從動軸存在一定夾角QUOTEα?xí)r，主動軸角速度QUOTE與從動軸的角速度QUOTE之間存在如下的關(guān)系QUOTE(3.2)由于QUOTE是周期為2π的周期函數(shù)，所以QUOTE也為同周期函數(shù)。當(dāng)QUOTE為0、π、2π時(shí)，QUOTE達(dá)到最大值QUOTE且為QUOTE；當(dāng)QUOTE為QUOTE、QUOTE時(shí)，QUOTE有最小值QUOTE且為QUOTE。因此，主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動時(shí)，從動軸時(shí)快時(shí)慢，即為普通十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性。十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)k來表示kQUOTEQUOTE(3.3)如不計(jì)萬向節(jié)的摩擦損失，主動軸轉(zhuǎn)矩和從動軸轉(zhuǎn)矩與各自相應(yīng)的角速度有關(guān)系式QUOTE=QUOTE，因此可得QUOTE=QUOTE(3.4)3.2雙十字萬向節(jié)傳動如圖3-2所示，夾角α1等于α2，兩個(gè)萬向節(jié)夾角相同，保證了他們在同一平面之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)等速旋轉(zhuǎn)。圖3-2附加彎矩對傳動軸的作用QUOTE輸入軸與輸出軸平行；QUOTE輸入軸與輸出軸相交；QUOTE傳動軸發(fā)生彈性彎曲；QUOTE相交時(shí)傳動軸發(fā)生彈性彎曲表3-1十字軸萬向節(jié)的α允許范圍萬向節(jié)安裝位置或相聯(lián)兩總成夾角α不大于離合器與變速器；變速器與分動器（相聯(lián)總成均裝在車架上）1~3驅(qū)動橋傳動軸汽車滿靜止時(shí)一般汽車6越野汽車12行駛中極限夾角一般汽車15~20短軸距越野汽車303.3傳動軸管的選擇汽車發(fā)動的程序中，包括一系列硬件及軟件系統(tǒng)控制的程序，在硬件的處理選擇上，傳動軸管的選擇起到了不容忽視的作用，其重要性決定著汽車發(fā)動的效率，即保持速度性和高性能運(yùn)作。傳動軸管的對于汽車來說，就像是打造房屋時(shí)的地基，它支撐著汽車發(fā)動的基能匹配，為汽車的發(fā)動提供了不容忽視的物質(zhì)性基礎(chǔ)。由于傳動軸經(jīng)常處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此在機(jī)械零件手冊中檢查軸的材料，選擇40CrNi，適用于非常重要的軸，抗扭強(qiáng)度高。3.4伸縮花鍵的選擇在選擇伸縮花鍵的選取上，要對車輛運(yùn)作中兩端萬向節(jié)的變化進(jìn)行補(bǔ)充。另外，可以對花鍵齒輪進(jìn)行磷化處理，降低摩擦因素，同時(shí)減少振動起到降噪的作用。花鍵齒和鍵槽按照相應(yīng)的步驟進(jìn)行裝配，以保持驅(qū)動軸總成的動態(tài)平衡。動平衡不平衡通過焊接到軸管外側(cè)的平衡表來補(bǔ)償。結(jié)構(gòu)圖如下。圖3-3萬向傳動軸—花鍵軸結(jié)構(gòu)簡圖1-蓋子；2-蓋板；3-蓋墊；4-萬向節(jié)叉；5-加油嘴；6-伸縮套；7-滑動花鍵槽；8-油封；9-油封蓋；10-傳動軸管4.傳動軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核4.1傳動軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩QUOTE=QUOTE=59QUOTE3.996QUOTE90%（4.1）=212187NQUOTE4.2傳動軸管內(nèi)外徑確定QUOTE=1.2QUOTE=6600QUOTE（4.2）得QUOTE=QUOTE=7385.3（4.3）又1.5mmQUOTEQUOTEQUOTE3mm根據(jù)電焊鋼管外徑60~95mm的標(biāo)準(zhǔn)資料（從冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB242QUOTE63中選取）初選QUOTE=63.5mm，則QUOTE=QUOTE=58mm（4.4）其中：QUOTE為傳動軸長度(mm)，即兩萬向節(jié)中心的距離QUOTE和QUOTE分別為傳動軸軸管的外、內(nèi)徑(mm)4.3傳動軸扭矩強(qiáng)度校核根據(jù)公式有：QUOTE=QUOTE=QUOTE（4.5）=13.8MPaQUOTEQUOTE=300MPa（QUOTE為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力）上式說明設(shè)計(jì)參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求附表表4-160~95mm毫米的電焊鋼管YB242-63外徑（mm）鋼管厚度（mm）601.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、63.51.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、701.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、751.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5831.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.55.十字軸總成尺寸的確定與強(qiáng)度校核為便于設(shè)計(jì)時(shí)確定十字軸總成尺寸，表4-1列出了不同噸位載重汽車十字軸按圖5-1所示尺寸的范圍表5-1推薦采用的十字軸總成及花鍵尺寸載重質(zhì)量十字軸總成QUOTE花鍵工作長度十字軸滾針軸承套Hdhh1QUOTEQUOTEL滾針數(shù)QUOTEnD套C1QUOTE~1.5901816203142232495/852QUOTE~2.5902321263182635495/653~410825242931829394855QUOTE~7127342429318385041158~10147343035324385041155.1十字軸萬向節(jié)尺寸的確定與強(qiáng)度校核按表5-1所示，初步確定十字軸萬向節(jié)的尺寸，然后利用強(qiáng)度校核公式進(jìn)行其軸頸彎曲應(yīng)力的校核。(十字軸要素見5-1圖)初步選定H=90mmd=18mmh=16mmQUOTE=20mmQUOTE=6mm；s=8mmr=37mm(自圖4-2十字軸受力示意圖)，十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力QUOTE應(yīng)滿足：QUOTE=QUOTE(5.1)其中dQUOTE十字軸徑，mmF=QUOTEQUOTE為萬向傳動的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，QUOTEr為合力F作用線到十字軸中心的距離，s為合力F作用線到軸頸根的距離，QUOTE十字軸油道孔直徑，代入數(shù)據(jù)可得：QUOTE=QUOTE=40.5MPaQUOTEQUOTE式中QUOTE為彎曲應(yīng)力許用值，為250~300MPa。則可得，十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力滿足要求。圖5-1十字軸尺寸要素十字軸軸頸的切應(yīng)力應(yīng)滿足QUOTE=QUOTE=QUOTE(5.2)=12.7MPaQUOTEQUOTE式中QUOTE為切應(yīng)力QUOTE的許用值，為80~120MPa。則，十字軸軸頸的切應(yīng)力滿足要求。圖5-2十字軸受力示意圖5.2十字萬向節(jié)的軸承萬向節(jié)軸承可以認(rèn)為是由滾針、密封及軸承套所組成。軸承以總成方式把萬向節(jié)叉連接起來，軸承套用鋼制作，其硬度大于HRC60。軸承應(yīng)具有易于裝入萬向節(jié)叉的外形。萬向節(jié)軸承中最常用的滾動體是滾針。如果軸承套的尺寸是固定的，則應(yīng)使用較粗的軸頸和小直徑滾針，并應(yīng)增加滾針的數(shù)量，以減少滾針與軸頸之間的接觸張力。為了避免壓碎，滾針不應(yīng)較小于1.6mm，且差值要小，否則會增加滾輪間載荷分布的不均勻性，一般控制在0.003mm以內(nèi)。理論來說，針越長，萬向節(jié)的承載能力就越高，但針過長的話，滾針傾斜造成的損傷也會更大，因此其長度不應(yīng)超過橫向軸頸，以便具有更高的承載能力，不會因針的傾角過長而引起應(yīng)力集中。則經(jīng)參考表5-1，另根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，初定十字萬向節(jié)軸承的尺寸為滾針尺寸QUOTE=3mmQUOTE=14mmn=22軸承套尺寸QUOTE=32mmC=4mm其中，QUOTE為滾針的直徑，QUOTE為滾針的長度，N為滾針的數(shù)目，QUOTE為軸承套的外徑，C為軸承套的厚度。滾針軸承的接觸應(yīng)力為QUOTE=272QUOTE(5.3)其中QUOTE在合力F的作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷，NQUOTE=QUOTE(5.4)其中，QUOTE為滾針列數(shù)，此處取QUOTE=1,將數(shù)據(jù)代入上面兩式，得QUOTE=272QUOTE=1110.7MPaQUOTEQUOTE式中QUOTE為滾針的許用接觸應(yīng)力，當(dāng)其表面硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為3000QUOTE3200MPa。十字軸常用材料為QUOTE、QUOTE、QUOTE等低碳合金鋼，軸頸表面進(jìn)行滲碳淬火處理，滲碳層深度為QUOTE,表面硬度QUOTE,軸頸端面硬度不低于QUOTE，芯部硬度為QUOTE。萬向節(jié)叉一般采用45中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度QUOTE,滾針軸承碗材料一般采用QUOTE。6整體的結(jié)構(gòu)與繪圖經(jīng)過以上的設(shè)計(jì)與計(jì)算，我們用solidworks繪制了整體的三維圖以及工程圖，使本次的課程設(shè)計(jì)更加的完善。圖6-1整體三維圖圖6-2整體的工程圖7.總結(jié)7.1結(jié)語課程設(shè)計(jì)是大學(xué)生涯一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，對于個(gè)人也是一個(gè)相當(dāng)重要的經(jīng)歷。我們在親自著手查閱資料，進(jìn)行實(shí)體模型分析，更進(jìn)一步地計(jì)算、設(shè)計(jì)全過程，學(xué)會了許多，也吸取了教訓(xùn)，使自己有了一個(gè)全面的發(fā)展，不再局限于書本知識，注重的是實(shí)際動手能力。隨著大型軟件的開發(fā)，再加上計(jì)算機(jī)速度的提高，人們對汽車方面的設(shè)計(jì)工作要求越來越高。此次的設(shè)計(jì)任務(wù)是萬向傳動裝置的設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行萬向節(jié)、傳動軸等元件的計(jì)算與分析。在根據(jù)已知數(shù)據(jù)得前提下，查閱足夠的資料，進(jìn)行充分的計(jì)算，最后才能得出符合實(shí)際要求的尺寸。在繪圖中，利用三維制圖軟件SolidWorks，完成實(shí)體建模與工程圖的工作。通過積極地與同學(xué)進(jìn)行交流，充分體會到了團(tuán)結(jié)的力量，在各方面的努力下，終于在規(guī)定日期完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。此次設(shè)計(jì)的完成，是我們大學(xué)生活中一次難忘的經(jīng)歷，一個(gè)令我們終生難忘的經(jīng)驗(yàn)，是一筆寶貴的財(cái)富。通過對萬向傳動軸的設(shè)計(jì)過程，充分了解到了萬向傳動軸的重要應(yīng)用，及其廣泛的發(fā)展前景。對設(shè)計(jì)工作有了一個(gè)深刻的認(rèn)識，相信對以后從事設(shè)計(jì)方面的工作有極大地幫助。7.2展望萬向傳動軸是汽車的關(guān)鍵部件之一，它是汽車前后動力的傳動裝置，是汽車正常行駛不可或缺的一部分。本文認(rèn)為，在萬向傳動裝置的設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)充分克服傳動效率低、傳動部件壽命過短等方面的缺點(diǎn)，吸取在以往設(shè)計(jì)工作中的教