【汽车万向传动轴的设计5200字（论文）】

汽车万向传动轴的设计目录TOC\o"1-3"\h\u60541.研究背景及内容 13071.1研究背景 1131361.2主要研究内容 2147462.万向传动轴的结构特点及方案选择 2220302.1结构特点 290042.2基本组成的选择 37833.万向传动的受力分析与选择 4168023.1单十字万向节传动 439443.2双十字万向节传动 6238193.3传动轴管的选择 753593.4伸缩花键的选择 7311744.传动轴的计算与强度校核 763784.1传动轴计算转矩 7145844.2传动轴管内外径确定 8279164.3传动轴扭矩强度校核 8117845.十字轴总成尺寸的确定与强度校核 9178225.1十字轴万向节尺寸的确定与强度校核 9226985.2十字万向节的轴承 1155836整体的结构与绘图 12124057.总结 1329287.1结语 13220577.2展望 131.引言随着经济科技的不断发展，汽车工业的发展逐渐成熟，越来越多的人开始关注汽车工业。汽车工业的发展也很大程度上推动了我国经济的快速发展，极大地促进了人类社会的进步，未来汽车产业的发展将更加激烈。汽车已经成为人们生活中不可或缺的交通工具。它们是当今生活不可或缺的一部分。汽车的普及率非常高，加快了生活节奏，给人们的生活带来了极大的便利。在汽车设计方面，许多学者和工程师已经开始积极参与设计和研发，寻找可靠的解决方案，改进汽车技术的方法，逐步增加承载能力和提高动力。处理安全可靠、方便、经济、舒适，目前最重要的是寻找方法减少污染，同时增加实用性和安全性。在本文中，我们将选择交叉万能传动轴进行研究，系统地考察传动轴的结构、设备、设备、操作和工作原理，并根据相关参数进行合理的调查分析。万向传动轴是汽车的关键部件之一，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。本文的设计借鉴以往的设计工作，在专业知识的基础上开拓视野，最大化设计创新机会，利用现有的先进硬件，追求更先进的软硬件技术，贴合国际标准。努力探索和发展低能耗、低成本、高效率、高可靠性的研究路径。本文分为七个部分进行研究。第一章首先阐述了本文的研究背景和主要内容；第二章是万向传动轴的组成结构和组成方案的选择；第三章是万向传动轴第三部分是万向传动的受力分析与选择，包括单十字和双十字万向节传动、传动轴管的选择、伸缩花键的选择等；第四章是传动轴的计算与强度校核，包括传动轴计算、传动轴管内外径的确定、扭矩强度校核等；第五章是十字轴总成尺寸的确定与强度校核；第六章是整体的结构绘图；最后进行设计总结。2.万向传动轴的结构特点及方案选择2.1结构特点汽车上的万向传动装置通常由万向节、传动轴和中间起到支架作用的轴管组成，与离合器、发动机等汽车重要部件共同安装在车辆构架上。它在工作过程中通过相对位置不断变化的两个轴之间传递扭矩和旋转运动。万向节确保变速器输出轴和驱动桥输入轴两轴之间的角度变化，实现两轴角速度相等的变速器。当汽车在行驶时遇到颠簸，万向节能够做出相应的变化，减少振动。驱动轴是一种高速、低支撑的旋转体，它在两个因断裂而发生变化的轴之间传递扭矩和旋转运动。长轴距车辆中的中间传动轴通常包括用于传动轴的中间支撑。它由支撑架、轴承和橡胶支撑组成。大多都是在汽车部件中应用，传动轴由轴管、伸缩套和万向节组成，因此动平衡非常重要。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对于转向驱动桥，汽车行驶方向的变化会带动两个方向驱动轮的变化，如图2-3图2-3万向节在汽车上的各种应用2.2基本组成的选择典型的卡车使用动力前后驱动。这种安排的优势包括：(1)发动机故障容易被发现，也便于维修检查。离合器、变速器操作简单，易于部署。货舱地板低而平坦。(2)汽车全长、轴距短，最小转弯半径小，因此机动性很好。主要表现在：无需发动机罩或挡泥板，能够实现减少车身长度，减轻车辆本身重量、节约能源的目的。同时，车身缩小之后驾驶室的视野也会相应增加，减少视野盲区，提高安全性。翻转式驾驶室还能够使车辆区域利用率提高。一般家用小汽车对万向节的主要要求并不高，结构相对简单、耐用性高、效率高的十字轴刚性万向节比较适合。十字轴刚性万向节的结构如图所示。图2-4十字轴式刚性万向节货车相较于其他车辆的特点就是需要承载更大的重量，但是速度也会随之下降。因此需要保证货车在载满货物时仍能保持一般速度行驶：（1）传动轴两端的万向节叉在同一平面内；（2）输入轴、输出轴与传动轴的夹角相等，即QUOTEα1=α2。如下图图2-5输入轴与输出轴的夹角万向传动的受力分析与选择3.1单十字万向节传动如下图3-1所示，设主动叉由初始位置转过QUOTE角，从动叉相应转过QUOTE角，图3-1万向节的运动分析1-主动叉2-从动叉3-十字轴由机械原理分析可以得出如下关系式QUOTE=QUOTE(3.1）当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角QUOTEα时，主动轴角速度QUOTE与从动轴的角速度QUOTE之间存在如下的关系QUOTE(3.2)由于QUOTE是周期为2π的周期函数，所以QUOTE也为同周期函数。当QUOTE为0、π、2π时，QUOTE达到最大值QUOTE且为QUOTE；当QUOTE为QUOTE、QUOTE时，QUOTE有最小值QUOTE且为QUOTE。因此，主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，即为普通十字轴万向节传动的不等速性。十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数k来表示kQUOTEQUOTE(3.3)如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩和从动轴转矩与各自相应的角速度有关系式QUOTE=QUOTE，因此可得QUOTE=QUOTE(3.4)3.2双十字万向节传动如图3-2所示，夹角α1等于α2，两个万向节夹角相同，保证了他们在同一平面之内，实现等速旋转。图3-2附加弯矩对传动轴的作用QUOTE输入轴与输出轴平行；QUOTE输入轴与输出轴相交；QUOTE传动轴发生弹性弯曲；QUOTE相交时传动轴发生弹性弯曲表3-1十字轴万向节的α允许范围万向节安装位置或相联两总成夹角α不大于离合器与变速器；变速器与分动器（相联总成均装在车架上）1~3驱动桥传动轴汽车满静止时一般汽车6越野汽车12行驶中极限夹角一般汽车15~20短轴距越野汽车303.3传动轴管的选择汽车发动的程序中，包括一系列硬件及软件系统控制的程序，在硬件的处理选择上，传动轴管的选择起到了不容忽视的作用，其重要性决定着汽车发动的效率，即保持速度性和高性能运作。传动轴管的对于汽车来说，就像是打造房屋时的地基，它支撑着汽车发动的基能匹配，为汽车的发动提供了不容忽视的物质性基础。由于传动轴经常处于高速旋转状态，因此在机械零件手册中检查轴的材料，选择40CrNi，适用于非常重要的轴，抗扭强度高。3.4伸缩花键的选择在选择伸缩花键的选取上，要对车辆运作中两端万向节的变化进行补充。另外，可以对花键齿轮进行磷化处理，降低摩擦因素，同时减少振动起到降噪的作用。花键齿和键槽按照相应的步骤进行装配，以保持驱动轴总成的动态平衡。动平衡不平衡通过焊接到轴管外侧的平衡表来补偿。结构图如下。图3-3万向传动轴—花键轴结构简图1-盖子；2-盖板；3-盖垫；4-万向节叉；5-加油嘴；6-伸缩套；7-滑动花键槽；8-油封；9-油封盖；10-传动轴管4.传动轴的计算与强度校核4.1传动轴计算转矩QUOTE=QUOTE=59QUOTE3.996QUOTE90%（4.1）=212187NQUOTE4.2传动轴管内外径确定QUOTE=1.2QUOTE=6600QUOTE（4.2）得QUOTE=QUOTE=7385.3（4.3）又1.5mmQUOTEQUOTEQUOTE3mm根据电焊钢管外径60~95mm的标准资料（从冶金部标准YB242QUOTE63中选取）初选QUOTE=63.5mm，则QUOTE=QUOTE=58mm（4.4）其中：QUOTE为传动轴长度(mm)，即两万向节中心的距离QUOTE和QUOTE分别为传动轴轴管的外、内径(mm)4.3传动轴扭矩强度校核根据公式有：QUOTE=QUOTE=QUOTE（4.5）=13.8MPaQUOTEQUOTE=300MPa（QUOTE为许用扭转切应力）上式说明设计参数满足扭转强度要求附表表4-160~95mm毫米的电焊钢管YB242-63外径（mm）钢管厚度（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、4.55.十字轴总成尺寸的确定与强度校核为便于设计时确定十字轴总成尺寸，表4-1列出了不同吨位载重汽车十字轴按图5-1所示尺寸的范围表5-1推荐采用的十字轴总成及花键尺寸载重质量十字轴总成QUOTE花键工作长度十字轴滚针轴承套Hdhh1QUOTEQUOTEL滚针数QUOTEnD套C1QUOTE~1.5901816203142232495/852QUOTE~2.5902321263182635495/653~410825242931829394855QUOTE~7127342429318385041158~10147343035324385041155.1十字轴万向节尺寸的确定与强度校核按表5-1所示，初步确定十字轴万向节的尺寸，然后利用强度校核公式进行其轴颈弯曲应力的校核。(十字轴要素见5-1图)初步选定H=90mmd=18mmh=16mmQUOTE=20mmQUOTE=6mm；s=8mmr=37mm(自图4-2十字轴受力示意图)，十字轴轴颈根部的弯曲应力QUOTE应满足：QUOTE=QUOTE(5.1)其中dQUOTE十字轴径，mmF=QUOTEQUOTE为万向传动的计算转矩，QUOTEr为合力F作用线到十字轴中心的距离，s为合力F作用线到轴颈根的距离，QUOTE十字轴油道孔直径，代入数据可得：QUOTE=QUOTE=40.5MPaQUOTEQUOTE式中QUOTE为弯曲应力许用值，为250~300MPa。则可得，十字轴轴颈根部的弯曲应力满足要求。图5-1十字轴尺寸要素十字轴轴颈的切应力应满足QUOTE=QUOTE=QUOTE(5.2)=12.7MPaQUOTEQUOTE式中QUOTE为切应力QUOTE的许用值，为80~120MPa。则，十字轴轴颈的切应力满足要求。图5-2十字轴受力示意图5.2十字万向节的轴承万向节轴承可以认为是由滚针、密封及轴承套所组成。轴承以总成方式把万向节叉连接起来，轴承套用钢制作，其硬度大于HRC60。轴承应具有易于装入万向节叉的外形。万向节轴承中最常用的滚动体是滚针。如果轴承套的尺寸是固定的，则应使用较粗的轴颈和小直径滚针，并应增加滚针的数量，以减少滚针与轴颈之间的接触张力。为了避免压碎，滚针不应较小于1.6mm，且差值要小，否则会增加滚轮间载荷分布的不均匀性，一般控制在0.003mm以内。理论来说，针越长，万向节的承载能力就越高，但针过长的话，滚针倾斜造成的损伤也会更大，因此其长度不应超过横向轴颈，以便具有更高的承载能力，不会因针的倾角过长而引起应力集中。则经参考表5-1，另根据国家标准，初定十字万向节轴承的尺寸为滚针尺寸QUOTE=3mmQUOTE=14mmn=22轴承套尺寸QUOTE=32mmC=4mm其中，QUOTE为滚针的直径，QUOTE为滚针的长度，N为滚针的数目，QUOTE为轴承套的外径，C为轴承套的厚度。滚针轴承的接触应力为QUOTE=272QUOTE(5.3)其中QUOTE在合力F的作用下一个滚针所受的最大载荷，NQUOTE=QUOTE(5.4)其中，QUOTE为滚针列数，此处取QUOTE=1,将数据代入上面两式，得QUOTE=272QUOTE=1110.7MPaQUOTEQUOTE式中QUOTE为滚针的许用接触应力，当其表面硬度在58HRC以上时，许用接触应力为3000QUOTE3200MPa。十字轴常用材料为QUOTE、QUOTE、QUOTE等低碳合金钢，轴颈表面进行渗碳淬火处理，渗碳层深度为QUOTE,表面硬度QUOTE,轴颈端面硬度不低于QUOTE，芯部硬度为QUOTE。万向节叉一般采用45中碳钢，调质处理，硬度QUOTE,滚针轴承碗材料一般采用QUOTE。6整体的结构与绘图经过以上的设计与计算，我们用solidworks绘制了整体的三维图以及工程图，使本次的课程设计更加的完善。图6-1整体三维图图6-2整体的工程图7.总结7.1结语课程设计是大学生涯一个必不可少的环节，对于个人也是一个相当重要的经历。我们在亲自着手查阅资料，进行实体模型分析，更进一步地计算、设计全过程，学会了许多，也吸取了教训，使自己有了一个全面的发展，不再局限于书本知识，注重的是实际动手能力。随着大型软件的开发，再加上计算机速度的提高，人们对汽车方面的设计工作要求越来越高。此次的设计任务是万向传动装置的设计，主要进行万向节、传动轴等元件的计算与分析。在根据已知数据得前提下，查阅足够的资料，进行充分的计算，最后才能得出符合实际要求的尺寸。在绘图中，利用三维制图软件SolidWorks，完成实体建模与工程图的工作。通过积极地与同学进行交流，充分体会到了团结的力量，在各方面的努力下，终于在规定日期完成了设计任务。此次设计的完成，是我们大学生活中一次难忘的经历，一个令我们终生难忘的经验，是一笔宝贵的财富。通过对万向传动轴的设计过程，充分了解到了万向传动轴的重要应用，及其广泛的发展前景。对设计工作有了一个深刻的认识，相信对以后从事设计方面的工作有极大地帮助。7.2展望万向传动轴是汽车的关键部件之一，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。本文认为，在万向传动装置的设计工作中，应充分克服传动效率低、传动部件寿命过短等方面的缺点，吸取在以往设计工作中的教