傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及校核

1、第一章 輕型貨車原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩：最大扭矩 285.0N m/2000r/min ;軸距：3300mm ;變速器傳動(dòng)比 : 五擋 1 ，一擋 7.31 ，輪距：前輪 1440 毫米，后輪 1395 毫米， 載重量 2500 千克設(shè)計(jì)要求：第二章 萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求萬向傳動(dòng)軸一般是由萬向節(jié)、 傳動(dòng)軸和中間支承組成。 主要用于在工作過程 中相對(duì)位置不節(jié)組成。 伸縮套能自動(dòng)調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間距離的變化。 萬向 節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸兩軸線夾角的變化， 并實(shí)現(xiàn)兩軸的等角速 傳動(dòng)。一般萬向節(jié)由十字軸、十字軸承和凸緣叉等組成。傳動(dòng)軸是一個(gè)高轉(zhuǎn)速、 少支承的旋轉(zhuǎn)

2、體， 因斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。重型載貨汽車根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式的不同選擇不同型式的傳動(dòng)軸。一般來講 4X2 驅(qū)動(dòng)形式的汽車僅有一根主傳動(dòng)軸。 6X4 驅(qū)動(dòng)形式的汽車有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸。6 X6驅(qū)動(dòng)形式的汽車不僅有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸， 而且還有前橋驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸。 在長(zhǎng)軸距車輛的中間傳動(dòng)軸一般 設(shè)有傳動(dòng)軸中間支承它是由支承架、軸承和橡膠支承組成。傳動(dòng)軸是由軸管、 伸縮套和萬向此它的動(dòng)平衡是至關(guān)重要的。 一般傳動(dòng)軸在 出廠前都要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)， 并在平衡機(jī)上進(jìn)行了調(diào)整。 因此，一組傳動(dòng)軸是配 套出廠的，在使用中就應(yīng)特別注意。圖2-1 萬向傳動(dòng)裝置的工作原理

3、及功用/ ZZ/VZ y ZZ y中間支撐圖2-2變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的萬向傳動(dòng)裝置基本要求:1. 保證所連接的兩根軸相對(duì)位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能可靠地傳遞動(dòng)力。2. 保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。3. 由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。4. 傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易等第三章輕型貨車萬向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析及選型由于貨車軸距不算太長(zhǎng)，且載重量 2.5噸屬輕型貨車，所以不選中間支承,只選用一根主傳動(dòng)軸，貨車發(fā)動(dòng)機(jī)一般為前置后驅(qū) ，由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器輸出軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常變化，根據(jù)貨車的總體布置要求，將離 合器與變速器、變速器與分動(dòng)

4、器之間拉開一段距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以采用十字軸萬向傳動(dòng)軸，為了避免運(yùn)動(dòng)干涉，在傳動(dòng)軸中設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié)，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的變化?？招膫?動(dòng)軸具有較小的質(zhì)量，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，比實(shí)心傳動(dòng)軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速,所以此傳動(dòng)軸管采用空心傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng) 保證在傳動(dòng)軸長(zhǎng)度處在最大值時(shí)， 花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長(zhǎng)度；而在長(zhǎng)度 處于最小時(shí)，兩者不頂死。傳動(dòng)軸夾角大小會(huì)影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動(dòng)效率和十字軸的不均勻性。變化范圍為3傳動(dòng)軸經(jīng)常處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，所以軸的材料查機(jī)械零件手

5、冊(cè)選取亠要的軸，屮有較高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。8/ / / /40CrNi，適用于很重10傳動(dòng)軸管3.1傳動(dòng)軸暫擇沁麵壁厚均m、管徑較大、易質(zhì)量平衡、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲剛度高、適用高速旋轉(zhuǎn)的電焊鋼管制成。3.2伸縮花鍵選擇選擇矩形花鍵，用于補(bǔ)償由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)軸兩端萬向節(jié)之間的長(zhǎng)度變 化。為減小阻力及磨損，對(duì)花鍵齒磷化處理或噴涂尼龍，外層設(shè)有防塵罩，間隙 小一些，以免引起傳動(dòng)軸的震動(dòng)。花鍵齒與鍵槽按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以保持傳動(dòng)軸 總成的動(dòng)平衡。動(dòng)平衡的不平衡度由電焊在軸管外的平衡片補(bǔ)償。裝車時(shí)傳動(dòng)軸 的伸縮花鍵一端應(yīng)靠近變速器，減小其軸向阻力和磨損。其結(jié)構(gòu)圖如下圖3-1萬向傳動(dòng)軸一花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-蓋子；2

6、-蓋板；3-蓋墊；4-萬向節(jié)叉；5-加油嘴；6-伸縮套;7-滑動(dòng)花鍵槽；8-油封；9-油封蓋；10-傳動(dòng)軸管第四章萬向傳動(dòng)軸計(jì)算及強(qiáng)度校核4.1傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速長(zhǎng)度一定時(shí)，傳動(dòng)軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動(dòng)軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的 臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速，就是當(dāng)傳動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動(dòng)頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動(dòng)軸折斷時(shí)的轉(zhuǎn)速。 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速nk （ r/min ）為，安全系數(shù)K取2.0，適用于一般精度的伸縮花鍵則有m ax2000r2000 r/min（nw為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）nknk/n max2.0，2.0 n m ax40 r/m in4.2傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩T

7、iTwi132857.311099 %2062516 N mm4.3傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇根據(jù)軸距3300mm，初選傳動(dòng)軸支承長(zhǎng)度Lc為（1470父6）mm，花鍵軸長(zhǎng)度應(yīng)小于支承長(zhǎng)度，滿足萬向節(jié)與傳動(dòng)軸的間隙要求，取花鍵軸長(zhǎng)度為(14482.5)mm4.4傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定nk1.2_ 2 得Dcdc2又 1.5 mmJD： delc)1470 2.210 8D cd c40002110825188 .33 mm初取 D c 53 mmdc75188 .348.8mmLc為傳動(dòng)軸長(zhǎng)度（mm），即兩萬向節(jié)中心之間的距離；dc和Dc分別為傳動(dòng)軸軸管的內(nèi)、外徑（mm ）4.5傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核由于傳動(dòng)軸只承

8、受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而不承受彎曲應(yīng)力，所以只需校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，根 據(jù)公式有c16D4cT116 53 20625164251 MPa c 300 MPa(DCdc) 3.14 (5348.8)（c為軸管許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力）上式說明設(shè)計(jì)參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求4.6花鍵內(nèi)外徑確定討 110.6MPa取安全系數(shù)2.27，則16 T 1dh3110 .6MPadhJ16206251645.63 mmV 3.14110 .6為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，取1.3Dh 花鍵外徑dh 花鍵內(nèi)徑L h 為花鍵有效工作長(zhǎng)度B為鍵齒寬n 0 為花鍵齒數(shù)由于花鍵齒側(cè)許用擠壓應(yīng)力較小，所以選用Lh較大尺寸的花鍵，查GB/T11

9、44-2001 ，取 d h 46 mm , D h 50 mmB 9 mmn0 8，Lh 140mm。4.7花鍵擠壓強(qiáng)度校核y /Dh d h D h dh(4)(2)L hn 020625161.350465046(-)(-)140 8424 9.9 MPa當(dāng)花鍵齒面硬度為35HRC時(shí)，許用擠壓應(yīng)力為25 - 50 MPay，滿足花鍵擠壓強(qiáng)度。4.8傳動(dòng)軸形位公差確定通過查手冊(cè)中軸的公差及基本偏差表，確定軸選用配合e7,此配合適用于有明顯間隙、易于轉(zhuǎn)動(dòng)的支承配合，花鍵根據(jù)手冊(cè)查得dh為 f7，Dh為 a11，dc為d10 ，由此可確定軸的外徑和內(nèi)徑分別為D C 530.060o.。90mm

10、48 8 0.06048.8 0.090 mm，花鍵外徑跟內(nèi)徑分別為Dh 50 0.380 mm，dh 460.0250.050 mm，n0傳動(dòng)軸總成的不平衡是傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)的一個(gè)激勵(lì)源,當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)8，B 9 0.048 mm，Lh 1401.6mm 。生明顯的振動(dòng)和噪聲。萬向節(jié)中十字軸的軸向竄動(dòng)、傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵中的間隙、傳動(dòng)軸總成兩端連接處的定心精度、 高速回轉(zhuǎn)時(shí)傳動(dòng)軸的彈性變形、 傳動(dòng)軸上點(diǎn) 焊平衡片時(shí)的熱影響等因素， 都能改變傳動(dòng)軸總成的不平衡度。 提高滑動(dòng)花鍵的 耐磨性和萬向節(jié)花鍵的配合精度、 縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度并增加其彎曲剛度， 都能降低 傳動(dòng)軸的不平衡度。 為了消除點(diǎn)焊平衡片的

11、熱影響， 應(yīng)在冷卻后再進(jìn)行動(dòng)平衡檢 驗(yàn)。傳動(dòng)軸的不平衡度，對(duì)于所設(shè)計(jì)的貨車，在 1000 4000r/min 時(shí)不大于50lOOg.cm。傳動(dòng)軸總成的徑向全跳動(dòng)不大于 0.8mm。軸管兩端的擺差在其兩端不大于 0.5mm 。第五章 十字萬向節(jié)的設(shè)計(jì)及校核5.1 結(jié)構(gòu)方案選擇十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動(dòng)效率高，生產(chǎn)成本低，但 所連接的兩軸夾角不宜太大。當(dāng)夾角增加時(shí)，萬向節(jié)中的滾針軸承壽命將下降。普通的十字軸式萬向節(jié)主要由主動(dòng)叉， 從動(dòng)叉，十字軸，滾針軸承及軸向定位件 和橡膠封件等組成。5.2 計(jì)算傳動(dòng)軸載荷由于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)，根據(jù)表 4-1 ，位置采用：用于變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間 按

12、發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比來確定Tse仁kdTemaxkilif n/nTss1= G2 m ' 2 ©rr/iOim 耳m 根據(jù)富利卡 2.0 數(shù)據(jù)， 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Temax=285Nm驅(qū)動(dòng)橋數(shù) n=1 ， 發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率n =0.85 ,液力變矩器變矩系數(shù)k=(kO -1 ) /2+1=1.615,滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷 G2=65%mag=0.65*5000*9.8=31850N發(fā)動(dòng)機(jī)最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù)m 2=1.3 , 輪胎與路面間的附著系數(shù)© =0.85 , 車輪滾動(dòng)半徑rr=0.369, 主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)

13、比im=1, 主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)效率n m= n發(fā)動(dòng)機(jī)n離合器 =0.9*0.85=0.765因?yàn)?.195 mag/Temax>16,fj=0，所以猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)kd=1 , 主減速比i0=4.04所以:Tse仁kdTemaxki1if n/n=12851.6154.040.85=1580.6nTss1= G2 m ' 2 ©rr/i0im131850 1.2 0.85 0.369 “訶=3878.8N4.04 1 0.765.T1=mi n Tse1, Tss1T仁 Tse1=1580.6N5.3十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 設(shè)作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力為

14、 F,則F= T 1/2rcos a=' =12094.1N2 65.5 10 3 cos3 56十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力c w和切應(yīng)力T應(yīng)滿足32d 1Fsow=” ”m own(d14-d42)r 4FT Md21-d22)耳 T式中，取十字軸軸頸直徑 di=38.2mm,十字軸油道孔直徑d2=10mm，合力F作用線到軸頸根部的距離s=14mm ,ow為彎曲應(yīng)力的許用值，為250-350Mpa , T為切應(yīng)力的許用值,為 80-120 Mpa32d 1Fs 32 X38.2 X10-3 X7428.561 X14 X10-3 - o=/n(d14-d42)n(38.2 X 10-3

15、)4-(10 X10-3)412094.1=19.094 Mp a<ow4F冗(d21-d 22)4X7428.561冗(38.2 X10-3)2-(10 X10-3)2=6.959 Mp a<故十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力滿足校核條件 十字軸滾針的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足qj=272w o式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長(zhǎng)度Lb=27mm ,4.6F在合力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷Fn=iZ4.6 X7428.5611 X44=776.622N,當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在 58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力引為3000-3200 Mpa 0=272=2721776.622X+

16、(38.2 X10-3) (3X10-3)27 X10-3=0.875 Mpavoj故十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力校核滿足萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力F作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸軸孔中心線成45 °的截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲應(yīng)力o w和扭應(yīng)力Tb應(yīng)滿足ow=Fe/W w owT=Fa/W t< t查表4-3，取式中，取 a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm.k=0.246,W=bh 2/6, Wt=khb 2,彎曲應(yīng)力的許用值ow為50-80Mpa ，扭應(yīng)力的許用值T為80-160 Mpa7428.561 X80 X10-3 w=Fe/W=35 X10-3 X(70 X