万向传动装置课程设计说明书

汽车设计课程设计说明书设计题目东风DNZ1080G万向传动装置的

设计姓名 任伟学院 交通学院专业 汽车设计与运用班级 1101学号 2011281指导教师孙宏图、王昕彦TOC\o"1-5"\h\z1 前言 2\o"CurrentDocument"2万向传动装置设计 32.1万向传动装置的结构方案设计 32.1.1主要参数的选择 3\o"CurrentDocument"总体设计方案 3（1） 传动轴管的选择 4（2） 伸缩花键的选择 4（3） 万向节分析 5（4） 中间支承结构分析与设计 5万向节的设计与强度校核 6\o"CurrentDocument"2.2.1万向节结构与尺寸设计 6（1） 基本构造与基本原理 6（2） 确定十字轴尺寸 6（3） 滚针轴承的设计与校核 6\o"CurrentDocument"十字轴万向节强度校核 6\o"CurrentDocument"万向传动轴设计及强度校核 72.3.1万向节传动轴结构与尺寸设计 7\o"CurrentDocument"万向节传动轴强度校核 7\o"CurrentDocument"3参考文献 10刖言本次课程设计的任务是对一汽解放CA1130PK2L2进行万向传动轴的设计、研究。在指导老师的细心寸指导下，通过对汽车万向传动装置的了解进一步进行万向传动轴的设计。通过实际的市场调查稽观的实际观察，全面了解万向专动轴的结构充分商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。对于万向传动轴的研究，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，根据要求进行了校核，确定了所设计部件的尺和参数，并选择了零部件的材料本文介绍了一汽解放CA1130PK2L2型货车的万向传动装置的结构和工作原理，及相关参数的确定。全文的中心内容共分为三章：第一章为一汽解放CA1130PK2L2汽车原始数据及设计要求；第二章十字轴的结构特点及基本特点和设计要求；第三章为万向传动轴结构方案的分析及设计；在原始数据确定的前提下，设计所要完成的任务有：查找、收集相关资料，进一步确定万向传动装置的基本尺寸的选取、材料选择和传动过程中的接触应力等工作，其中传动过程中零件内部的接触应力最为关键，在此文中着重做到了应力校核这一步。最后的工作是工程制图，实实在在的电脑绘图，发现了一些知识点的死角，都进行一定程度的纠正，验证了许多以前只有在书本上学的知识点。2万向传动装置设计2.1万向传动装置的结构方案设计2.1.1主要参数的选择R用［来号yr.车型参数为发动机最大转矩（Tmax）650N・m变速器一档传动比4.55变速器五档传动比1.3主减速器传动比5车轮滚动半径（m）0.508轴距（mm）4250前轮距、后轮距（mm）1810/1800货车总质量（kg）8350整车整备质量（kg）4500计算轴数12.1.2总体设计方案汽车在行驶过程中，由于车辆上发动机的震动和行驶路面的不平的冲击等因素引起弹性悬架系统的振动，导致变速器的输出轴和驱动桥的输入轴的相对位置经常发生变化，所以两根轴之间不能采用刚性的连接，而一般采用由万向节、轴管及伸缩花键等组成的万向传动装置来连接。其安装在变速器与驱动桥之间，位置如图1所示。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化，使两轴在不同工况下能正常的工作。较为常见的万向节一般由十字轴、滚针轴承和凸缘叉等组成。万向节可保证变速器输出轴与驱动桥输入轴之间夹角的变化，并实现两轴的等角速度传动。万向传动轴设计应满足的要求：确保两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠地传递动力。保证传动尽可能同步，两轴的转速尽可能一样。振动噪音以及附加载荷(万向节传动引起的)在允许范围内。传动效率高，使用寿命长、结构简单、制造方便、维修容易。•汽车中传动轴的选择可根据车型的不同来选择相应形式的传动轴，车辆中，一般情况如下，驱动形式为4x2的汽车时所选用传动轴为一根主传动轴。在轴距较长的汽车上所选用的传动轴形式是将传动轴分成主传动轴与中间传动轴两段，并且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，一般情况下载中间传动轴后端安装上中间支撑。本设计所选用车型为重型载货汽车，其轴距为5050mm，并且载重量为6.7t，具体参数可由表1知，所以传动轴选用主传动轴与中间传动轴两段轴，避免由于传动轴过长时固有频率会降低而产生的共振，并加设中间支承。考虑到轴与轴同心及车架的变形，决定采用十字轴式万向传动轴，为避免运动干涉，在传动轴中设有由滑动叉和花键轴组成的伸缩节。为了使传动轴得到较高的强度和刚度，因此，将传动轴做成空心的传动轴，这样形式的传动轴具有质量较小，成本较低，传递转矩较大的优点，且比实心传动轴具有更高临界转速。传动轴惊颤处于高速旋转状态下，传动轴材料的选择可根据机械零件手册选取40CrNi，适用于重要轴的制造，具有较高的扭转强度。传动轴管选择传动轴管由壁厚均匀易平衡、臂薄，管径较大、扭转强度高，玩去刚度大，适于高速旋转的低碳钢薄板卷制的电焊钢管制成。超重型货车的传动轴则直接采用无缝钢管。伸缩花键的选择动伸缩花键选用矩形花键，来补偿由于汽车运动时传动轴两端万向节之间的长度变化。装车时传动轴的伸缩花键一端不应靠近后驱动桥，而应靠近中间支撑，以减小其轴向摩擦力及磨损。花键齿与键槽应按对应标记装配，以免破坏传动轴总成的动平衡。动平衡的不平衡度由点焊在轴管外表面的平衡片补偿。万向节分析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不大，当夹角由4°增至16时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1/4。材料选择：十字轴常用材料为20CrMnti轴颈表面进行渗碳淬火处理，渗碳深度0.8mm〜1.2mm，表面硬度为58〜64HRC，轴颈端面硬度不低于55HRC，芯部硬度为33〜48HRC。万向节叉一般采用40或45中碳钢，调质处理硬度18〜33HRC，滚针轴承材料一般采用GCr15。中间支承结构分析与设计

中间支承通常安装在支架横梁上或车身底架上，以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及车辆行驶过程中的发动机窜动和车架等变形所引起的位移。目前广泛采用橡胶弹性中间支承，其结构中采用单列滚子轴承，橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动，降低噪音。中间支承的固有频率可按下式计算：式中，fo为中间支承的固有频率（Hz）；CR为中间支承橡胶弹性元件的径向刚度（N/mm）；m为中间支承悬置质量（kg），它等于传动轴落在中间支承上的一部分质量与中间支承轴承及其轴承所承受的质量之和。对应的临界转速n=60fo（r/min）尽可能小于传动轴常用转速。选取n=2000（r/min）共振转速500~1000（r/min），确定频率为f°为30Hz.IHL3代：IHL3代：・枷中RV总诉FiuurcI"lAmnnj. iluJ'lhoruiuL4I小支果=2任仙。釉承小；打油财旨*潭他丞；d岬河单推应中2.2万向节的设计与强度校核2.2.1万向节结构与尺寸设计（1）基本构造与基本原理：由于本设计对象为重型货车的万向节与传动轴，因此，选用十字轴式万向节。十字轴式万向节具有结构简单和传动效率高等优点。为了减少摩擦损失，提高传动效率和使用寿命，在十字轴轴颈和万向节叉孔之间装有由滚针和套筒组成的滚针轴承。本设计选用轴向定位为外卡环式，它具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点。滚针轴承的润滑密封好坏能影响到十字轴万向节的使用性能及寿命。为十字轴受力简图

防止漏油、提高防尘和防水效果，本设计选用结构较复杂的双刃口复合油封，在工作条件较差的情况下可显著提高万向节使用寿命。(2)确定十字轴尺寸：查阅汽车设计等资料，结合其他汽车的十字轴万向节尺寸及本设计汽车重吨位确定十字轴的尺寸范围如下：(十字轴总成)(3)滚针轴承的设计与校核：口 (3)滚针轴承的设计与校核：口 4.6FF=Niz 1x38z：每列滚针数为38。Qi=272\［d2L滚针工作长度24mm；［b：『—+—

代0.0340.003)i：滚针列数为1d0：滚针直径3mm；4.6x/50二1798.5N'+d

a0/qI溥Jb]3000〜3200mPa。.1762.5 =1207"。24十字轴滚针轴承套花键外型外径(mm)花键工作长度Hdhh5L滚针数套C1473 3403532 384504直65115轴颈直径d=34mm；油道直径h=30mm；十字轴轴颈长90mm；r：切向力作用方向与万向节叉之间的距离根据初选参数选取45mm；万向传动的最大夹角一般为8°。所以符合要求。2.2.2十字轴万向节强度校核1297.7十字轴万向节强度的校核计算：1297.7TF=——1—nF= =14.56x103N2rcosz 2x45x10-3xcos8°轴颈根弯曲应力：32d1FS)<t]兀d4一d4w32x0.034x14.85x1030015 「]nQw贰.03、一y) =5"<QnQwd1:十字轴轴颈直径34mm；d2：油道直径3mm；S：合力作用线到轴颈根距离15mm；IQ］为弯曲应用许用值，为250-350Mpa。w十字轴轴颈的切应T为应满足：TOC\o"1-5"\h\z"(4F )<□兀d2-d2/1 25=(4xM56。 )<口冗0.0342-0.0032L］为切应力T许用值，为80~120Mpa。2.3万向传动轴的设计及强度校核2.3.1万向节传动轴结构与尺寸设计（一）传动轴尺寸设计：1） 计算动力传递参数C•R：CR=M片^o^'HX^=1100x1.33i0「0°X2：0；〔严^.984NL「目标寿命=500h；k「轴承系数1.00~1.66由表3-2选1.33":传动轴夹角4°；n：转速=2000r/min.查表3-3，可以看到，387..20万向节可以满足需要。考虑安全系数，选取387.20万向节进行验算。d=3.00mm;l=16.8mm;滚柱数z=21；滚柱列数i=1；R=39.45mm=0.03945m；D=23.82mm则：D=D+d=23.803=26.82mmml=l-qd=19.8-1x3=16.8mmwq：滚针长度系数由图3-6可知为1。0mm万向节GW387.20（C-R=1116N-m）的特征数据是：额定转®Mn=6200N-m，A=120mm；K=125mm;S=70x5mm；lz=490mm;la=60mm.2） 静承载能力C0为：C0=38izdl=38x1x28x3x16.80N=53625.6N3） 静承载态转矩为：M=2.27CR=2.27x35973.5x0.03945N-m=4601N-m与表3-3中Mc的值接近。4）计算动态承载能力为：C=f（il》9z34d2927=fGx16.8》9x2034x62927=355.51fN承载能力系数f=fxf，比值d=6.“/c尸0.122，故由该比值查得表3-1，c1 2 d-22.4+2.5m…f1=118.66，并由图3-7得轴承承载能力系数f2=0.70因而 f=fXf=118.65X0.7=83.02于是动态承载能力 ’12C=355.51x83.02N=53517.7N而动力传递系数C・R=29514x0.0378N・m=1115.63N・m与表3-3最后一行的值一致，故选GWB387.20是合适的。（二）传动轴计算转矩的确定:变速器档位最大传动比Lax最小传动比i.min主减速器传动比轮胎动态滚动半径Rttstat最大转矩Me622.75150.508m650N-m1）起动转矩MA,由发动机转矩Me分配到每根轴上的转矩分配系数eF或eR以及驱动轴数确定。如由m个驱动轴均分，则其由下式决定M=kdMiesmeAn,1 M—4x-x650x1=2600N-m式中匕是振动系数，从表3-5中选择为4；iA是发动机到传动轴间总的传动比为1。2）附着转矩MHi=iii=6x5x22.75=682.5AR0max前驱动轴负载G=835000X35%=2922500NG=835000X65%=5427500NM=R-^—R=1X8350000 X0.479 =4143N•mH1 i stat 201.57设计条件： H1MBM A-+M L<2MN而2600+4143M=-=3371B2:.选用GW387.20万向节传动轴。3）万向传动轴计算载荷发动机最大转矩和一挡传动比确定rr kdTgm□北心MfV r.二= 二1297.7Tt2.3.2万向节传动轴强度校核由于传动轴只承受扭转应力而不承受弯曲应力，所以只需校核扭转强度，根据公式有错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=14.3MPa错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。=300MPa（错误!未找到引用源。为许用扭转切应力）上式说明设计参数满足扭转强度要求。4）临