毕业论文-载重汽车传动轴结构分析与设计

毕业设计载重汽车传动轴结构分析与设计学生姓名：学号：系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化指导教师：二○一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年月日

毕业设计任务书设计题目：载重汽车传动轴结构分析与设计系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号：学生：指导教师（含职称）：（高工）1．设计的主要任务及目标通过调研和查阅相关资料文献，掌握汽车传动轴主要用途和工作原理。应用所学相关基础知识和专业知识，分析汽车传动轴结构、载荷，对主要受力件强度进行计算分析。应用三维软件或二维绘图软件完成装配和重要零件结构设计，并编写毕业设计论文。2．设计的基本要求和内容1）掌握汽车传动轴的结构及工作原理。绘制结构简图和原理简图；2）对汽车传动轴关键零件进行计算分析；3）绘制汽车传动轴的总成图；4）绘制汽车传动轴1-2个零件图；5）编写毕业设计论文，总结设计取到的效果与体会，提出自己的论点和改进建议等。3．主要参考文献[1]王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]

于志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]

刘维信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2003.

4．进度安排序号设计各阶段名称起止日期1调研、查阅参考文献，收集资料，理解课题目标，确定设计思路，完成开题报告2014.12.01至2014.12.222毕业设计开题报告检查，毕业设计开题辅导至2015.01.103结构原理分析计算，设计毕业，准备中期检查至2015.04.204完成毕业设计论文编写，准备中期检查至2015.05.205设计、计算及图纸完善，论文整理，准备答辩至2015.06.05审核人：年月日载重汽车传动轴结构分析与设计摘要：此设计论文在系统的介绍汽车传动轴的组成机构及其运作方式的基础之上，对载重汽车传动轴的机械部分主要零件进行具体的结构分析，其中包括万向节，滑动花键，中间支撑，轴管，从而深度理解并掌握载重汽车传动轴的结构原理及运作方法。在了解这些的基础之上，通过所学的知识及其收集的资料，对主要分析与设计的载重汽车传动轴机械部分进行具体的分析与计算校核，其中包括传动轴计算校核，花键计算校核，支撑螺栓计算校核以及万向节的计算校核。此外还对万向传动装置进行了基本的了解和介绍。关键词：传动轴,万向节TheAnalysesAndDesignAboutTransmissionShaftStructureInTheTruckAbstract:Theessayisbasedonasystemicintroductionaboutcomposingmechanismsandoperationintruckdriveshaft,wehadaspecificstructuralanalysesofmajorpartsinmechanicalpartintransmissionshaftofthetruck,includingcardanjoint,slidespline,intermediatesupportandaxletube,sothatwecanunderstandandmasterthestructureprinciple,operatingmethodonahigherlevel.Weanalyzedanddesignedmechanicalpartintransmissionshaftindetailbytheknowledgelearnedandinformationcollectedonthebaseoftheseknowledge,suchastransmissionshafthemultiplekeys,pillarboltandcardanjoint.Wehadaprimaryacquaintanceandintroductionaboutuniversaldrivingdeviceaswell.Keywords：driveshaft,universaljoint目录1绪论 11.1概述 11.2汽车传动轴的背景、发展及现状 11.3汽车传动轴的功能及用途 21.4汽车传动轴组成部分 21.5汽车传动轴机械部分特征和设计要求 31.6万向节整体结构 31.6.1万向节的分类 31.6.2万向节的传动特点 41.6.3万向节的选择 42万向传动装置 52.1万向传动装置结构 52.2万向传动装置的应用 52.3万向传动装置的故障及诊断 63载重汽车传动轴 93.1载重汽车传动轴管作用及设计 93.2载重汽车传动轴花键 93.3传动轴中间支撑 103.4传动轴的动平衡 114载重汽车传动轴结构分析与校核 134.1载重汽车传动轴的计算及强度校核 134.2载重汽车额定载荷的确定 144.3载重汽车传动轴当量夹角的分析 154.4载重汽车传动轴的校核计算 154.4.1载重汽车传动轴结构分析 154.4.2传动轴材料的选择 164.4.3十字轴万向节的计算校核 174.4.4花键的设计计算 194.4.5载重汽车传动轴连接螺栓的计算 194.4.6载重汽车传动轴许用不平衡量的计算 204.4.7传动轴中间支撑的分析 21总结及感悟 22参考文献 24致谢 25太原工业学院毕业设计1绪论1.1概述伴随着全世界范围内经济水平的高速稳定发展，中国作为公认的世界工厂，每天都会被要求向很多的国内外地区提供他们所需要的各种产品。这种情况在很大程度上使长途重型载重汽车市场获得了快速发展。但是载重汽车油耗量较大，排放污染气体量也较多，所以在石油价格居高不下，环境问题越来越受到人们广泛关注的今天，载重汽车的发展面临一个重要的挑战。如何能够在满足市场需求的情况下，提高燃料的利用效率，减少有害气体对环境的影响，就成为了载重汽车设计过程中必须要正视的问题。此论文在系统的介绍汽车传动轴的机构以及其运作方式的基础之上，对载重汽车传动轴的机械部分进行具体的分析，掌握载重汽车传动轴的运作方式和方法，在此基础之上，通过所学的知识及其收集的资料，自主对汽车传动轴机械部分进行分析与计算校核。本设计选取数据为：五十铃货车庆铃N系列2009款NKR77LLLWCJA600P(发动机的输出扭矩：318.5N.m；最大功率转速：2000r/min；轴距：3360mm；变速器传动比：一档：6.378；主减速器传动比：4.7；分动箱低档速比：1.536；轮距：前轮：1504mm；后轮：1425mm；载重量：5.0t；轮胎规格：7.50-15）。1.2汽车传动轴的背景、发展及现状汽车传动轴作为汽车的一个重要部件，大多情况下工作环境都比较恶劣，因此对于传动轴的性能有着严格的要求。实际生活中对传动轴材料性能有着较高的要求，传统的汽车传动轴是单纯的金属件。包括传动轴体（一根或者多根）、万向节（两个或者多个）、滑动花键副、中间支承结构。而金属传动轴在使用中需要很好的润滑环境，因此应该有规律地给其加注润滑油，但是加润滑油的工作不仅脏而且很繁琐，无形之中给司机增加了许多负担。此外金属传动轴在使用过程中较容易发生磨损，进而导致传动轴传动产生噪音以及发动机产生能量的流失、使其可使用时间大幅度减小。为了改善传动轴存在磨损，润滑不便等劣处，1997年美国最先进行了传动轴涂覆层的研究，并且成功申请专利，此种方法对传动轴的性能及其应用有了一定程度上的改进。而最早使用碳纤维复合材料为原料的公司是美国摩里逊尔公司生产的碳纤维复合材料传动轴。复合材料传动轴的问世，在传动轴发展历史中掀起了一个高潮。国内对复合材料传动轴的研究在近年也有了一定的发展，科学家在美国专利的基础上进行改进，改善了其采用磨砂处理金属零件不均匀的缺点，并且粘结剂的使用在结合程度上也有所改善。1.3汽车传动轴的功能及用途传动轴的功能主要是将发动机产生的动力以及旋转输送到汽车驱动轮以驱动汽车行驶，并且汽车传动轴能够满足在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断发生变化的两轴间传递动力的需要。汽车传动轴的作用需要万向节的配合才能发挥出来，它们主要用于传递扭力，使汽车在运行中不受后驱动桥上下运动的限制。它们一般情况下布置在变速器与后轮驱动桥之间。对于车型以及传动方式不同的汽车上，所使用的传动轴以及万向节数目是不一样的，大多数中型载重车都存在两根传动轴、三套万向节和一套伸缩节。1.4汽车传动轴组成部分整体来说汽车传动轴由轴管，伸缩套以及万向节组成。伸缩套的作用是自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节用来保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化，并且能够实现两轴的等角速传动。由于汽车的重量，作用有所区别，因此不同汽车传动轴在具体组成和结构上有一定的不同。图1.1汽车传动轴整体结构1.5汽车传动轴机械部分特征和设计要求1.保证所连接的输出轴与输入轴之间的相对位置在一定范围内发生变化时，能均匀并且高效率地传递动力。2.保证所连接输出轴、输入轴在最大程度上实现等速运转。3.应保证由于万向节所夹角度发生变化进而导致的额外载荷、震抖和噪音控制在允许范围内。4.另外应满足传动效率较高，使用寿命较长，结构简单，制造方便，造价便宜，维修较容易等要求。图1.2汽车传动轴部分结构1.6万向节整体结构1.6.1万向节的分类万向节的分类方式有很多，现实生活中最常用的是按照万向节的扭转方向是不是具有较明显的弹性，将万向节分为刚性万向节和挠性万向节。其中刚性万向节是以零件的铰链式连接达到传递动力的目的，挠性万向节是靠弹性零件传递来动力的，存在较明显的缓解冲力减小震动的作用。在现实生活中，人们使用较多的还是刚性万向节，而刚性万向节又可分为不等速万向节（如十字轴式）、准等速万向节（如双联式、凸块式、三销轴式等）和等速万向节（如球叉式、球笼式等）。下面针对各种万向节做一个笼统的介绍：不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零，输出轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动的万向节。准等速万向节是指在设计角度下工作时以等于1的瞬时角速度比传递运动，而在其它角度下工作时瞬时角速度比近似等于1的万向节。等速万向节是指输出轴和输入轴一直以等于1的瞬时角速度比传递运动的万向节。不等速万向节中最为典型的是十字轴万向节，其主要包括主从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等部分。十字轴万向节结构组成简洁，具有很高的硬度，使用时间较长，传动效率较高等优点。但所连接的两轴之间的角度应该较小。1.6.2万向节的传动特点在发动机位于汽车前部而采用后轮进行驱动的汽车上，由于在行驶中悬架会发生形状变动，驱动轴主减速器的输入轴与变速器输出轴两周之间时常会发生相对运动，另外，为满足避开某些机构或装置限制的要求，需要有某种装置来使动力能够有效传递，因此产生了万向节传动。现实生活中要求万向节传动需要满足三个要求：1、保证所连接两轴的相对位置在允许范围内变动时，能有效地传递动力；2、保证所连接两轴尽可能均匀运转。由于万向节夹角发生变化导致的附加载荷、振抖以及噪音应在允许可控范围内；3、传动效率要高，使用寿命要长，结构要简单，制造要方便，造价要便宜，维修要容易。对汽车而言，由于一个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴（有一定的夹角）是不等速旋转的，为此必须采用双万向节（或多万向节）传动，并把同传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面，且使两万向节的夹角相等。这一点是十分重要的。在设计时应尽量减小万向节的夹角。1.6.3万向节的选择由于载重汽车传动轴一般情况下需要传递的转矩较大，承受冲击也较大，同时连接的两轴之间的转角也较小，并且要保证所连接两轴达到相等的转速，综合考虑本设计选择十字轴万向节。2万向传动装置2.1万向传动装置结构万向传动装置一般情况下包括万向节以及传动轴两部分，必要时候还存在中间支撑，它主要用于在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递扭矩和旋转运动。汽车上任何一对轴线存在交叉而且相对位置时常产生变动的转轴之间的动力传递，均需通过万向传动装置。图2.1万向传动装置的组成2.2万向传动装置的应用万向装置在汽车上的应用有：1.用于连接变速器与驱动桥:对于发动机位于汽车前方而使用后轮进行驱动的汽车而言，此种汽车的变速器大多跟发动机，离合器有机组合成一体并且安装在车架前部，但是驱动桥则是通过驱动悬架弹性地与车架的后部进行连接，变速器输出轴与驱动桥输入轴不在同一轴线上，因此必须在两轴之间设置万向传动装置。图2.2变速器与驱动桥之间的万向传动装置2.用于连接离合器与驱动桥或者变速器与分动器：在多轴传动的汽车上，在分动器与各驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间也需用万向节传动装置传递动力。3.用于连接断开式驱动桥或转向驱动桥：在与独立悬架配合使用的断开式驱动桥中，由于左右驱动轮之间存在相对跳动，需在差速器与车轮之间装备万向传动装置。4.用于连接转向操纵机构：对于一些由于汽车整体总成进而布置的限制，导致转向盘的轴线与转向器的输入轴线无法重合的汽车，也常设置万向传动装置。2.3万向传动装置的故障及诊断重型载重汽车经常在复杂道路上运行，此种路段会对万向传动装置产生很大的影响，导致传动轴进行扭矩的传动过程中自身的时常发生变化，因此在汽车行驶过程中容易发生故障，常见故障有：一、传动轴动不平衡1．现象在万向节和伸缩叉技术状况良好时，在汽车行进过程中会听到有规律的声音，并且随着汽车速度的提升这种响声也会变大，有的时候可能引发车身发生振动，使开车的司机感觉到轻微发麻的感觉。2．原因(1)传动轴上的平衡块脱落；(2)传动轴弯曲或传动轴管凹陷；(3)轴管以及万向节叉的焊接出现偏差或者万向轴出厂时没有做动平衡试检；(4)伸缩叉安装错位，造成传动轴两端的万向节叉没有位于同一平面内，不满足等速传动的要求。3．故障诊断与排除方法(1)检查传动轴管表面是不是存在凹陷：如果存在凹陷，则凹陷就是上述故障产生的原因；如果没有凹陷，进行下一步检查。(2)检查传动轴管两端焊接的平衡片是否发生脱落，如果脱落，则故障由此引起；否则继续检查。(3)对传动轴进行拆卸，并对拆下的轴管做平衡校检，如果实验显示传动轴动不平衡，应该采取一定的措施达到平衡进而消除故障。如果轴管存在弯曲现象，应及时校直。二、万向节松旷1．现象在传动轴开始转动或者猛然改变转速时，会发出“抗”的响声；在汽车在路上稳定缓慢运行时，发出“咣当、咣当”的响声。2．原因(1)凸缘盘连接螺栓松动；(2)万向节主、从动部分游动角度太大；(3)万向节十字轴磨损严重。3．故障诊断与排除方法(1)轻轻地用锤子敲打每一个万向节法兰板接头,检查它的松紧程度。如果连接太松，那么上述故障就是由于连接松动的原因造成的；(2)两只手分别转动万向节的主从动部分,对它们的缠绕角度进行检查。如果缠绕角度过去大,上述故障就是由此引起的。三、中间支承松旷1．现象汽车运行中出现一种连续的“呜呜”响声，并且声音随着汽车速度的提升而增大。2．原因(1)滚动轴承缺油烧蚀或磨损严重；(2)中间支承的装备方法使用不当,造成额外的负载,导致不正常的摩擦消耗；(3)橡胶圆环损坏；3．故障诊断与排除方法(1)对用于传动轴中间支承的轴承进行注润滑脂实验，如果试验之后响声减小或消失，则上述故障就是由轴承缺润滑油引起的；(2)松开支夹橡胶圆环的每一个螺钉，等到传动轴运行一段时间后再拧紧，若此时响声消失，则上述故障是由于中间支承的安装方法不正确引起的。四、传动轴异响1．现象汽车行进过程中传动装置发出周期性的响声；并且声音随着汽车速度的增大而增大，严重时可能导致车身发生抖动。2．原因主要原因是传动轴动不平衡；由于传动轴变形或平衡块脱落等，其次是对中间支承吊架进行固定的螺栓产生松动或万向节凸缘盘连接螺栓松动，使传动轴偏斜。3．故障诊断与排除除“传动轴动不平衡”诊断方法外，再检查中间支承吊架固定螺栓和万向节凸缘盘连接螺栓是否松动，若有松动，则异响由此引起。3载重汽车传动轴3.1载重汽车传动轴管作用及设计汽车传动轴轴管的作用将万向节与滑动花键有机连接在一起。对于旋转速度很高的传动轴轴管需要总成质量分布均匀，此时易获得动平衡，因此实际生活中载重汽车传动轴轴管大多采用由低碳钢板卷制的电焊钢管空心管。此外，空心管还具有重量轻、成本低、管径较大、扭转强度高、弯曲刚度大以及临界转速高的优点。所谓轴管临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲振动固有频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断的转速。临界转速的计算公式如下：（式3.1）式中：--发动机转速。临界转速（式3.2）此处初选轴管外径D=90mm，内径d=70mm，L=1500mm。则在设计传动轴时，取安全系数为（式3.3）当传动轴长度较长时，其自身振动频率就会减小，从而就会增加共振的可能性。这时可把传动轴分为两段、三段甚至更多，而传动轴分段时须加中间支承装置。3.2载重汽车传动轴花键在汽车行驶过程中，由于变速器与驱动桥的相对位置经常发生变化，因此为避免产生运动干涉，传动轴中都设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键链接，以便实现汽车传动轴长度的变化。传动轴花键，以前大多采用矩形花键，随着花键技术的日渐成熟目前渐开线花键的应用是越来越普遍。渐开线花键具有齿面接触量好、能主动确定中心、较高硬度、加工成本较低等优点。滑动花键有内侧滑动花键和外侧滑动花键两种结构。按结构形式进行分类，有滑动叉和花键轴叉结构两种。为了减少滑动花键的轴向滑动阻力和磨损，实际工作中会对花键进行一定的出路：对花键齿进行磷化处理或喷尼龙层，在花键槽中放入滚针或滚珠等元件。传动轴上的花键应具有满足要求的润滑渠道以及较好防尘措施，其中花键齿和键槽之间的间隙应尽量小。图3.1汽车传动轴花键剖面图图3.2汽车传动轴花键剖面图23.3传动轴中间支撑1、在轴距较长的载重车上，为了增大传动轴的临界转速，减小万向节之间的夹角，以及满足总成分布上的需要，大多对传动轴进行分段。当传动轴分段时需要加中间支撑。2、中间支承大多安装于车架横梁或者车身底架上，由于在运动过程中汽车动力总成弹性悬置和车架发生变形，被支撑的中间传动轴轴线位置相对于中间支撑的安装面经常发生变化，因此中间支撑应该适应这种变化。目前市场上广泛采用的是橡胶弹性中间支承。橡胶弹性元件具有减小传动轴振动，减小噪音的优点。但是这种弹性中间支承无法承受轴向力，它主要用于传递由于传动轴不平衡、偏心以及万向节上产生的附加弯曲力矩等因素所产生的径向力。当这些每转变化一次和每转变化两次的周期性激力的频率等于弹性中间支撑悬置质量的固有频率时，便会发生共振。在设计中间支撑时，要尽量合理的选择其橡胶弹性元件的径向刚度，使其固有频率所具备的临界转速尽量小于传动轴的常用转速范围，进而避免共振，保证其隔离振动效果。图3.3中间支撑部分截图3.4传动轴的动平衡传动轴的平衡是通过改变传动轴总成自身的质量分布，减少由传动轴回转产生的有规律振动，从而降低产生的振动力以及力矩对车辆及与之接触的零部件造成的破坏。传动轴总成是否平衡是传动系弯曲振动的一个因素，在传动轴转速较高的情况下，可能发出明显的振动和噪声。所以传动轴出厂时都应该检验其是否满足平衡的要求，而且要求在传动轴两端焊接平衡片。影响带滑动花键传动轴动平衡品质的因素：1、万向节十字轴的轴向间隙；2、传动轴滑动花键副中的间隙；3、传动轴总成两端连接处定心精度；4、快速运转时传动轴发生弹性变形；5、滑动花键副之间的配合间隙。4载重汽车传动轴结构分析与校核4.1载重汽车传动轴的计算及强度校核一般载重汽车传动轴总成主要是由传动轴以及其两端的花键和万向节叉组成。传动轴中一般设有滑动花键，以满足在汽车行驶过程中传动轴长度所发生的变化。传动轴在工作时，其长度和夹角是在一定范围内不断变化的。因此在设计传动轴时应满足传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；而在长度处在最小时不会发生顶死现象。传动轴之间角度的大小对万向节的使用时间、万向传动的效率以及十字轴运行是否均匀有着很大的影响。当传动轴的长度确定之后，传动轴横截面大小的选择要满足传动轴的强硬度以及临界转速的要求。这里提到的临界转速是指，在传动轴在实际运行时的转速与其弯曲固有振动频率相似时，会发生共振，此时传动轴的振幅大幅度增加进而使传动轴发生折断时的转速。最大转速为（式4.1）式中：--电动机转速。（安全系数此处k=1.2~2，此处取2。）故=2×2541.3=5082.6r/min(2)传动轴计算转矩：（式4.2）由于轴距长度3360mm，首次选取传动轴的支撑长度L为1500mm，而其中花键轴轴端长度大多短于支撑长度，以达到万向节与传动轴这间的间隙要求，本设计中花键轴长度为1478mm。(3)传动轴管内外径确定：（式4.3）故。又因为初取D=70mm，则d=64.6mm。(5)强度校核当传动轴长度大于1.5m，为了提高nk以及满足总布置上的需要，大多将一根传动轴分开成两到三段或多段，此时需要安装最少三个万向节，而在中间传动轴上需加设中间支承。传动轴轴管切断处的大小不仅需要满足传动轴所需临界转速的要求，同时应具备足够的抗扭转条件。轴管的扭转切应力应满足（式4.4）故符合强度要求。4.2载重汽车额定载荷的确定传动轴的额定载荷是根据车型的配置参数计算出来的。先按发动机产生最大扭转力矩计算，再按车轮在行进过程中产生的最大粘合力计算，取二者中的小值作为额定扭矩。1、按发动机最大扭矩计算（式4.5）式中：--按发动机最大扭矩计算时传动轴承受的扭矩，；--发动机最大扭矩，；--变速箱一档速比，6.378；--分动箱低档速比，1.536；n--驱动轴的数目，此时为2。2、按车轮最大附着力计算：（式4.6）式中：--按附着力计算时传动轴承受的扭矩，；G--满载时驱动轴上的载荷，50009.8N；--车轮的滚动半径，0.38m；轮胎型号由原始数据为：7.50-15；--轮胎与地面的附着系数；--减速器速比，原始数据为：4.7。4.3载重汽车传动轴当量夹角的分析图4.2传动轴连接简图假设多万向节传动的各段轴的轴线均处在同一平面，并且各段两头的万向节叉平面之间所夹的角度均为0°或90°，则α1、α2、α3为每个万向节的夹角。正负号是这样规定的：当第一个万向节的主动节叉处在各轴轴线所在的平面内，而在其他万向节中，若是它们的主动叉与此平面相重叠则定义是正，反之，定义为负。在实际设计多万向节传动时，应保证它的当量夹角足够小，在设计时应满足汽车在空载和满载两种极端工作状况下的当量夹角αe均不大于3°。4.4载重汽车传动轴的校核计算4.4.1载重汽车传动轴结构分析减速器中的轴同时受弯曲应力和扭转应力的作用，因此设计传动轴比较合适的方法是按弯扭共同作用合成强度来计算阶梯轴轴径。但是在轴的支承距离没有确定之前，无法由强度直接决定轴径。因此在设计中，大多采用初步估算的法子确定阶梯轴上轴颈的最小值，然后按照轴上零件的分布、结合其上各零件的安装，计算出阶梯轴的各段直径以及长度；确定各轴跨度后，再进一步进行强度验算。4.4.2传动轴材料的选择综合考虑市场上材料价格及其许用应力，最终决定采用45#钢。一般情估下估算传动轴轴径有两种方法：一是按传动轴只受扭矩进行计算(教材中有详细说明)；另一方法是参考与传动轴相近的零件轴颈（减速器），或者按与传动轴相配合的零件的孔径大小及各段轴的设计要求以及所要达到的结构等来确定轴的结构设计，此步骤应该在初步估算出各段轴轴径大小和初步选取所需轴承的型号后进行。确定传动轴上每一段轴的轴颈以及长度是传动轴设计过程中的重要步骤。表4.1轴各段轴径的确定符号确定方法及说明d按许用扭转应力的计算方法估算。d应与外接零件(如联轴器)的孔径一致，并满足键的强度条件。尽可能圆整为标准直径。dldl＝d＋2a，a为轴肩高度，用于轴上零件的定位和固定，故a值应稍大于毂孔的圆角半径或倒角深，通常取a≥（0.07～0.1）d；轴间过渡圆角的要求及数值见表。d2d2＝dl＋1～5mm。图中，dl至d2的变化仅为装配方便及区分加工表面，故其差值可小些，一般直径差值1～5mm即可；该轴径过渡为自由表面，其圆角半径参见表，d2与滚动轴承相配应与轴承孔径一致。d3d3=d2+1～5mm直径变化仅为区分加工表面。其圆角半径按表10－4。d4d4=d3+1～5mm直径变化仅为装配方便及区分加工表面，圆角半径按表，d4与齿轮相配，最好圆整为标准直径。d5d5=d4+2a．轴环供齿轮轴向定位和固定用，a≥(0.07—0.1)d。轴肩a及过渡圆角r的要求及数值见表。d6一般d6＝d2，同一轴上的滚动轴承最好选同一型号，以便于轴承座孔镗制和减少轴承品种。又d5=d5-2a，a为装滚动轴承处的轴环高度。为便于轴承拆卸，a值不应太大；为轴向定位和固定可靠，a值又不宜太小。a与过渡圆角r均有适当数值的要求，具体参见表，故ds应同时满足d4与d6轴段的轴环高度要求，如不能同时满足，则应改变d5轴段的结构形状，如设计成台阶形或锥形轴段。表4.2轴各段长度的确定符号名称确定方法及说明b1小齿轮宽度b1=b2+5～10mm。b2为大齿轮宽度，即齿轮啮合的有效宽度，由齿轮设计计算确定。T轴承宽度按轴颈直径初选轴承型号后确定。l3外伸轴上装旋转零件的轴段长度由轴上旋转零件的毂孔宽度及固定方式而定。当采用键联接时，l3应满足键的强度要求。一般取l3＝（1.2—1.8）d（为轴头直径）。4.4.3十字轴万向节的计算校核十字轴万向节的损坏，通常有十字轴的轴颈和滚针轴承发生磨坏破损、及其工作表面的出现压痕和剥落等现象两种形式。一般情况下当磨损以及压痕大于0.25mm时万向节和滚针轴承应报废。在设计万向节时，应保证万向节轴颈有足够的抗弯强度和磨损寿命。图4.3十字轴式刚性万向节十字轴危险断面大都发生在轴颈根部。轴颈根部的弯曲应力σ为：（式4.7）式中：p--传动轴计算转矩。轴颈根部的剪切应力为：（式4.8）十字轴轴颈的接触应力为：（式4.9）式中：d--十字轴轴颈直径，33mm；d0--十字轴油孔直径，8mm；t--轴颈危险断面至滚针中心距离，12mm；r--十字轴中心至滚针中心距离，35mm；--滚针工作长度，20mm；Z--滚针数，4；--滚针直径，4mm；P--作用在十字轴轴颈上的力，N；Q--每个滚针所承受的最大载荷，N；--滚针列数，4。图4.3十字轴万向节花键的设计计算花键内外径确定取安全系数2.27，则（式4.10）花键轴的扭转应力为（式4.11）则式中：--为许用扭转应力；--为花键转矩分布不均匀系数去，取值1.3；--花键外径；--花键内径；--为花键有效工作长度；B--为键齿宽；--为花键齿数。由于花键齿侧许用挤压应力较小，所以选用较大尺寸的花键，查GB/T1144-2001取，，B=9mm，，花键挤压强度校核（式4.12）计算滑动花键轴的扭转应力时，安全系数大多在2～3范围内选定。其中齿面硬度大于35HRC的滑动花键，其齿侧许用挤压应力为25～50Mp，<【】，满足花键挤压强度。4.4.5载重汽车传动轴连接螺栓的计算由相关设计要求初选螺栓小径为12mm，查机械设计手册数据综合考虑得出结果，选用材料为低碳钢，性能等级为3.6，许用拉应力【】为300MPa，许用剪切应力【】为100MPa，许用挤压应力【】为80MPa。连接螺栓的强度校核：此时初选M=12mm的螺栓进行校核。拉应力：(式4.13)剪切应力为（式4.14）挤压应力为（式4.15）所以选用M=12mm的螺栓符合设计要求。式中：n--螺栓数量；d--螺栓小径；L--突缘叉法兰厚度，12mm；r--突缘叉螺栓分布圆半径，54mm；P--每个螺栓承受的拉力，29020N；f--花键副的摩擦系数。4.4.6载重汽车传动轴许用不平衡量的计算在设计传动轴时，要使传动轴的最高转速小于0.7，即小于3557.4r/min，综合考虑取最高转速为3000r/min。预设传动轴重20kg,许用最高转速3000r/min，其平衡精度为G40,求其许用不平衡量Uper。平衡精度G＝Eper*ω/1000(mm/s)Eper--许用不平衡度(g.mm/kg)；ω--角速度，rad/s。1.用计算法求许用不平衡量G＝Eper*ω/1000＝Uper*ω/1000MUper＝1000*G*M/ω＝1000*40*20*60/2π*3000＝2548g.mm每端许用不平衡量：2548/2＝1274g.mm式中：M--传动轴质量，M=20kg；n=3000r/min；G=40mm/s；ω=2πn/60＝2π*3000/60(rad/s)4.4.7传动轴中间支撑的分析在设计中间支承过程中，应着重选择橡胶弹性元件的径向刚度，使固有频率对应的临界转速尽可能低于传动轴的常用转速范围，以免产生共振现象，保证其良好的隔振效果。传动轴共振有一阶、二阶和三阶三种形式。汽车传动轴谐振:一般情况下单根传动轴谐振频率明显较高，由激振试验的测试成果可以得出，一阶振频往往就是在设计计算中得到的临界转速，一般均高出传动轴工作转速的1.5倍以上，二阶三阶则更高，全部不属于工作转速范围内，所以分析单根传动轴没有实际意义。而两根传动轴及其中间支承系统，一般情况下有两个处于传动轴工作转速范围内的谐振频率，其中一阶振频一般在20到30赫芝之间；二阶振频在40到50赫芝范围之间，此时要求运用一定的技术措施，防止严重的振动和噪音出现。至于三根传动轴及两中间支承系统，情况更复杂。总结及感悟通过这次传动轴的设计工作，主要完成了以下工作：（1）了解了载重汽车传动轴的基本结构以及工作原理；（2）对载重汽车传动轴重要零部件进行了计算校核；（3）完成编写毕业设计论文和绘制传动轴装备图以及重要零部件图的工作。对于大四的我们，在大四期间，除了忙碌的找工作和憧憬未来，最重要的就是完成学校安排的毕业设计。随着毕业脚步的越来越接近，我们的毕业设计也接近了尾声。完成毕业设计的这段时间，是大学期间最难熬的一段时间，同时也是最充实的一段时间。毕业设计是对我们在校四年期间所学知识的一个综合运用，同时也是我们在处于学生时代需要认真上完的最后一堂课。想要完成毕业设计这堂课，需要我们有扎实的专业课知识，并且需要我们在课本知识的基础上进行升华与拓展，达到再学习，再提高的目的。同时毕设也是一种理论知识与实践设计相结合的过程，对我们的学习能力、实验能力、思考能力、分析问题的能力和解决问题的能力进行一个很好的培养和提高。完成毕业设计会为我们今后走向社会的实际操作应用打下一个坚实的基础。说实话在开始毕业设计之前我一直认为毕业设计只是对在大学期间所学知识的单纯总结和应用，但是当我真正意义上开始毕业设计的时候我才认识到自己的想法有多单纯。毕业设计是对前面所学理论知识的一种检验，但是仅仅依靠我们所学的理论课本知识根本就不可能完成毕业设计。毕业设计不仅需要我们对以前所学知识进行一个总结，而且需要我们查阅很多的没有学习过的专业资料文献，并且对所查阅的资料文献进行分析总结，从中提取出我们所需要的东西，同事需要我们具备一定的实践经验，具备一定的理论结合实践的能力。毕业设计，顾名思义需要设计，但是对于在校的我们而言，让我们在短时间内设计一个新东西，其实是不可能的。实际我们做的所谓的毕业设计，其实在很大基础上都是一个理解与分析的过程。大多的本科毕业生的设计毕业，都是先找一个市场上已经存在的成