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)體，因斷改變的兩根

2、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4×2驅(qū)動(dòng)形式的汽車僅有一根主傳動(dòng)軸。6×4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。6×6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)裝置的工作原理及功用圖 2-2

3、 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)器之間拉開一段距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸

4、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?？招膫鲃?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)械零件手冊(cè)選取40CrNi，適用于很重要的軸，具有較高的扭

5、轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 3.1傳動(dòng)軸管選擇 傳動(dòng)軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁?。?.53.0mm）、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)?；ㄦI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)軸花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-蓋子；2-蓋板；3-蓋墊；4-萬向節(jié)叉

6、；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 （為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速） ， 4.2傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 4.3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)度為 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

7、軸長(zhǎng)度為 4.4傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定得又初取 ， 則Lc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 （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 取安全系數(shù)2.27，則 為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 為花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，取1.3 花鍵外徑 花鍵內(nèi)徑 為花鍵有效工作長(zhǎng)度 B為鍵齒寬 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/T1144-2001，取,，。 4.7花鍵擠壓強(qiáng)度校核 當(dāng)花鍵齒面

8、硬度為35HRC時(shí)，許用擠壓應(yīng)力為則,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，B為d10，由此可確定軸的外徑和內(nèi)徑分別為mm mm，花鍵外徑跟內(nèi)徑分別為，。 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)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

9、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10004000r/min時(shí)不大于50100g.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)

10、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)橋之間按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比來確定Tse1=kdTemaxki1if/n Tss1= G2 m2rr/ i0imm 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=0.85，液力變矩器變矩系數(shù)k=(k0 -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)m2=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)比im=1,主減速

11、器主動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)效率m=發(fā)動(dòng)機(jī)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：Tse1=kdTemaxki1if/n=1580.6NTss1= G2 m2rr/ i0imm=3878.8NT1=min Tse1, Tss1 T1= 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F，則F= T1/2rcos=12094.1N 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力w和切應(yīng)力應(yīng)滿足w=w=式中，取十字軸軸頸直徑d1=38.2mm，十字軸油道孔直徑d2=10m

12、m，合力F作用線到軸頸根部的距離s=14mm，w為彎曲應(yīng)力的許用值，為250-350Mpa，為切應(yīng)力的許用值，為80-120 Mpaw= 12094.1=19.094 Mpa<w= = =6.959 Mpa<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j=272j式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長(zhǎng)度Lb=27mm，在合力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷Fn=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j為3000-3200 Mpaj=272=272=0.875 Mpa<j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w和扭應(yīng)力b應(yīng)滿足w=Fe/Wwb=Fa/Wtb式中，取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,查表4-3，取k=0.246,W=bh2/6, Wt=khb2, 彎曲應(yīng)力的許用值w為50