貨車萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)

1、摘要萬(wàn)向傳動(dòng)軸在汽車上的使用是十分常見(jiàn)的。它是由傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)、中間支承構(gòu)成的并且用在兩根軸之間相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)的時(shí)候。當(dāng)汽車在行進(jìn)過(guò)程中懸架在始終的變形，這樣就導(dǎo)致輸入軸與輸出軸軸線之間的相對(duì)位置在合理范圍內(nèi)始終變換，所以我們一般使用可伸縮的十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸更加合理。本設(shè)計(jì)主要從萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的方案分析、萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)等方面來(lái)展開(kāi)，保證萬(wàn)向傳動(dòng)軸連接的中間傳動(dòng)軸和主傳動(dòng)軸的相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)變化時(shí)能較好的傳遞動(dòng)力以及要盡量做到兩根軸能做等速轉(zhuǎn)動(dòng)。除了保證設(shè)計(jì)要求之外還需要對(duì)萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核保證產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)以及噪聲在允許的范圍里。其中配以相關(guān)計(jì)算說(shuō)明、圖標(biāo)、CAD圖紙

2、等，基本做到既保證設(shè)計(jì)要求，又保證質(zhì)量和使用壽命。關(guān)鍵詞：貨車；十字軸式萬(wàn)向節(jié)；傳動(dòng)軸；中間支承1緒論貨車主要參數(shù)選擇表1-1主要參數(shù)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（T）emax318Nm發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向軸之間傳動(dòng)效率（n）0.90滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋靜載荷（G2）54498N變速器一檔傳動(dòng)比6.38變速器五檔傳動(dòng)比0.79主減速器傳動(dòng)比3.95車輪滾動(dòng)半徑（m）0.476主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)效率（n）m0.92汽車最大加速度時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)（m2）1.2計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋（n）1最大變矩系數(shù)（k）03軸距3360前、后輪距1760、1610(mm)貨車自重1.8t載重量6.5t猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載荷系

3、數(shù)(kd)11.2萬(wàn)向傳動(dòng)軸的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀1352年，有人將萬(wàn)向傳動(dòng)裝置用在了教堂的時(shí)鐘里，到了1663年，英國(guó)科學(xué)家胡克發(fā)明了被稱為胡克萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)裝置也就是常說(shuō)的十字軸式萬(wàn)向節(jié)，但是它有不等速性的缺點(diǎn)，1901年轎車的轉(zhuǎn)向輪上開(kāi)始出現(xiàn)雙聯(lián)胡克萬(wàn)向節(jié)。二十世紀(jì)初在汽車工程領(lǐng)域中已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用胡克萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，接著出現(xiàn)了球式和凸塊式等速萬(wàn)向節(jié)并且使用在獨(dú)立懸架轎車的前輪轉(zhuǎn)向節(jié)上，到了二十世紀(jì)中葉低速車輛上出現(xiàn)了三銷式萬(wàn)向節(jié)，它是由雙聯(lián)胡克萬(wàn)向節(jié)演化而來(lái)的。剛性和撓性萬(wàn)向節(jié)是當(dāng)今社會(huì)中的兩類萬(wàn)向節(jié)，咱們經(jīng)常見(jiàn)的剛性萬(wàn)向節(jié)又能夠劃分為三種完全不同方式：不等速、準(zhǔn)等速、等速，它們是依靠著剛性零件

4、來(lái)傳遞動(dòng)力的；撓性萬(wàn)向節(jié)相較于剛性萬(wàn)向節(jié)的優(yōu)勢(shì)是有明顯的減振作用，而它們兩種萬(wàn)向節(jié)完全不同的是撓性萬(wàn)向節(jié)傳遞動(dòng)力則依賴于彈性零件。在汽車科技快速發(fā)展的今天，萬(wàn)向傳動(dòng)軸也在不斷適應(yīng)著時(shí)代的發(fā)展。1.3本課題研究的內(nèi)容和目的萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸及其花鍵等其他某些重要零件構(gòu)成了萬(wàn)向傳動(dòng)軸，為了滿足軸距比較長(zhǎng)的汽車讓他們獲得的臨界轉(zhuǎn)速能夠有一定增加的同時(shí)還要能夠避免共振，這樣就要求我們必須再加上中間支承這一裝置。萬(wàn)向傳動(dòng)軸廣泛的使用在汽車上，是現(xiàn)代汽車上十分重要的裝置，當(dāng)兩軸之間存在相對(duì)位置變化的傳遞和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠發(fā)揮重要作用。本文的方案是對(duì)于貨車的萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，而它是傳動(dòng)系統(tǒng)中十分重要也是十分基礎(chǔ)的

5、組成結(jié)構(gòu)之一。萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案、設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核是本文的重點(diǎn)。2萬(wàn)向傳動(dòng)裝置方案分析2.1萬(wàn)向傳動(dòng)軸概述工作過(guò)程中兩軸相對(duì)位置隨時(shí)間變化的能量傳遞裝置，其目的是將傳輸輸出軸與主發(fā)動(dòng)機(jī)輸入軸連接在不同的直線上，以確保兩個(gè)軸之間的角間發(fā)生變化，并且功率輸送良好，在這種情況下，對(duì)多方向傳輸軸的要求更高。萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支承這三個(gè)重要的構(gòu)件組成了萬(wàn)向傳動(dòng)軸，在安裝的時(shí)候咱們必定要讓軸的兩端處的萬(wàn)向節(jié)叉位于同一個(gè)平面內(nèi)，這是最基本的要求。2.2萬(wàn)向節(jié)的選擇萬(wàn)向節(jié)有剛性和撓性之分而最典型的剛性萬(wàn)向節(jié)就要屬十字軸式萬(wàn)向節(jié)了，主從動(dòng)叉、十字軸、滾軸軸承這三個(gè)重要的結(jié)構(gòu)組成了十字軸式萬(wàn)向節(jié)，并且余下較

6、小的配件還有軸承的軸向定位以及橡膠密封件等等，按照日常所見(jiàn)十字軸式萬(wàn)向節(jié)是十分常用的萬(wàn)向節(jié)。十字軸式萬(wàn)向節(jié)自身有很多的長(zhǎng)處就像人的四肢的關(guān)節(jié)一樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是強(qiáng)度和耐久性不錯(cuò)，它的傳動(dòng)效率葉很高，與此同時(shí)生產(chǎn)成本確能壓低。十字軸式萬(wàn)向節(jié)像人四肢的關(guān)節(jié)部位一樣可以在一定角度內(nèi)自由擺動(dòng)，但是它所連接的兩軸夾角一般在4到16之間不能過(guò)大。如果在4增加至16的情況下，它的滾針軸承的壽命會(huì)顯著降低到原先水平的1/4左右。除轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和擺動(dòng)半軸分段半軸外，汽車驅(qū)動(dòng)橋一般采用等速萬(wàn)向節(jié)，驅(qū)動(dòng)橋一般采用一對(duì)十字軸萬(wàn)向節(jié)。傳動(dòng)軸的選擇傳動(dòng)軸管采用壁厚均勻、平衡方便、壁?。?.5-3.00mm）、直徑大、抗扭強(qiáng)度

7、高、抗彎剛度大的焊接鋼管，適用于低碳鋼板卷制的高速旋轉(zhuǎn)。無(wú)縫鋼管直接用于超重型汽車傳動(dòng)軸。中間支承選擇在汽車上，通常我們的目的是增加傳動(dòng)系的彎曲剛度和提高彎曲振動(dòng)特性，再加上對(duì)噪聲有所要求的話，就一定要將傳動(dòng)軸劃分成兩部分即要在中部加上中間支承。我們所接觸到的中間支承一般都是被裝置車架橫梁以及底架上的，人們用它來(lái)減小傳動(dòng)軸及角度方向的相干誤差的同時(shí)來(lái)盡可能改善人們駕駛汽車時(shí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)以及汽車外觀部件等變形所形成的位移。對(duì)于這種情況，行業(yè)里的中間支承一般是由橡膠制成的，中間支承中的單列滾子軸承和彈性零件能夠有效的改善振動(dòng)和噪聲，為生活帶來(lái)很大便利。但是像這些類似的彈性支承不太可以將軸向力傳

8、遞出去，其原因基本上是由于不平衡和偏心這樣的誤差所引起的傳動(dòng)軸承受徑向力，還有一部分原因是附加彎矩造成的，這樣我們可以得到中間支承固有頻率的公式可以按如下計(jì)算1Cf=-R02兀m（1_1）式中，f0為固有頻率（Hz）；CR為徑向剛度（N/mm）；m為質(zhì)量（kg）。圖2-1中間支承1-U形支架；2-注油嘴；3-軸承座；4-油封；5-球軸承；6-蜂窩型橡膠墊2.5萬(wàn)向傳動(dòng)方案確定圖2-2變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置變速器、中間支承、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置以及驅(qū)動(dòng)橋之間的位置關(guān)系上圖已經(jīng)給出，兩傳動(dòng)軸之間由中間支承、萬(wàn)向節(jié)等來(lái)連接。一個(gè)好的萬(wàn)向傳動(dòng)軸一般按一下條件來(lái)完成設(shè)計(jì)：兩個(gè)傳動(dòng)軸之間的夾角及其位置一

9、般保證在一定的范圍內(nèi)，因?yàn)檫@樣設(shè)計(jì)才能確保提供相對(duì)牢靠的傳遞動(dòng)力。能夠盡可能保證兩傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速一樣以及傳動(dòng)的同步性。確保由萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)造成的振動(dòng)噪音和附加載荷必須在一定的范圍以內(nèi)。除了以上的有關(guān)要求外，咱們還需要考慮萬(wàn)向傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率是否能達(dá)到限定要求，使用壽命是否長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)夠不夠簡(jiǎn)易，制造方不方便以及維修難度如何。本文選用的是中型貨車的相關(guān)參數(shù)，貨車自重為1.8t而載重量為6.5t，軸距設(shè)計(jì)為3360mm，考慮將貨車的傳動(dòng)軸做成空心軸這樣就能夠使傳動(dòng)軸得到相對(duì)較高的強(qiáng)度以及剛度，這樣設(shè)計(jì)尤其特有的優(yōu)點(diǎn)，比如能夠讓降低制造成本并且得到質(zhì)量比較低的傳動(dòng)軸，這樣設(shè)計(jì)的空心傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速得到的值相較

10、于實(shí)心的話要高的多。同樣為了提高臨界轉(zhuǎn)速的方式是一般要在兩軸間裝中間支承，這樣做的好處不僅提高了臨界轉(zhuǎn)速而且充分考慮了共振以及整車相關(guān)總體布置的要求。3萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核3.1萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì)3.1.1基本構(gòu)造與基本原理圖3-1十字軸受力簡(jiǎn)圖因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的研究對(duì)象是貨車而且針對(duì)貨車就需要選擇十字軸式萬(wàn)向節(jié)，按照行業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)我們能夠知道十字軸式萬(wàn)向節(jié)有它特有的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、軸承代號(hào)基本尺寸（mm）傳動(dòng)效率高、制造成本較低。我們一般把滾動(dòng)軸承安裝在軸頸與萬(wàn)向節(jié)叉孔接觸面間，而滾動(dòng)軸承是由滾針和套筒構(gòu)成，這樣做是為了進(jìn)一步提高效率以及使用壽命并且有效減少摩擦阻力從而提高十字軸式萬(wàn)向節(jié)的

11、使用效率，最終有利于汽車整體的行駛。有的時(shí)候人們以這樣一種方式即需要在十字軸頸和萬(wàn)向襯套孔之間安裝由滾針和套筒組成的滾針軸承，以減少傳動(dòng)損失，從而提高傳動(dòng)效率和使用壽命。本設(shè)計(jì)選定外卡環(huán)式的軸向定位的滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是組成零件很少質(zhì)量也很小結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、在工作過(guò)程中能夠保證可靠的同時(shí)使整車更加平穩(wěn)。除了對(duì)滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)組成有設(shè)計(jì)要求外還有一些外部條件也要滿足，比如用于滾動(dòng)軸承上的潤(rùn)滑油要有良好的潤(rùn)滑效果，同時(shí)密封質(zhì)量的高低也會(huì)對(duì)滾動(dòng)軸承以及十字軸式萬(wàn)向軸的壽命、性能和使用情況產(chǎn)生較大的影響。在工作環(huán)境不理想的情況下，有時(shí)候油封的質(zhì)量也會(huì)對(duì)萬(wàn)向節(jié)的使用壽命產(chǎn)生較大影響從而影響整車的使用時(shí)

12、間，我們提出使用結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些的雙刃口復(fù)合油封以保證十字軸式萬(wàn)向節(jié)在改善漏油程度和提高防水以及防塵方面的優(yōu)化。接下來(lái)，我們要考慮如何把套筒給固定到萬(wàn)向節(jié)叉上面，這里就需要用到螺釘和軸承蓋了，值得注意的是務(wù)必保證是否用鎖片將螺釘給鎖緊了，人們研究該方法的目的其實(shí)是為了防止軸承在離心力的作用下?lián)碛兴Τ鋈f(wàn)向節(jié)的作用力。完成上述操作后，可以確保當(dāng)主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其隨動(dòng)軸可以隨主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)然有可能的話它也可以圍繞橫軸中心向任意方向擺動(dòng)。3.1.2確定十字軸尺寸通過(guò)查閱一些萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)和汽車設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，充分考慮了研究對(duì)象是貨車又結(jié)合參考了其他汽車十字軸式萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)參數(shù)給出了以下參數(shù)表3-1萬(wàn)向節(jié)參數(shù)

13、選擇十字軸軸頸直徑dl=25mm十字軸油道孔直徑d2=8mm合力F作用線到十字軸中心之間的距離r=40mm滾針直徑d0=2mm滾針總長(zhǎng)度L=23mm除了以上已經(jīng)給出的主要參數(shù)，還有一些其他參數(shù)需要注意：e=44mm；a=24mm；h=46mm、b=23mm。滾動(dòng)軸承的尺寸：表3-2滾針軸承的選擇FDbbbDHBw0111WN1519T15.22818.5311.5D-2.32.519WN1621T16.33020.5412.5D-2.5321WN1821T17.63020.5412.5D-2.5321WN2026T203221.5412.5D-2.5326WN2226T223521.5412.

14、5D-2.5326WN2532T253922.5512.5D-2.5332WN2827T27.74225513D-33.527WN3232T31.74725513D-3432WN3434T33.655027515D-3434WN3634T35.55027515D-3434根據(jù)已知條件選取滾針軸承：WN2532T3.1.3十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)效率人們對(duì)十字軸萬(wàn)向節(jié)的性能也有一個(gè)非常重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即傳動(dòng)效率，它與兩軸之間的夾角a和十字軸的支承結(jié)構(gòu)及其材料有著重要的關(guān)系，除了上述關(guān)系其次它還與裝配精度及其潤(rùn)滑環(huán)境有密切關(guān)系。如果Q25。時(shí)，我們可以按如下式子來(lái)計(jì)算d2tana二i-()_r兀3-1)

15、二1-0.09xf25L2%0.325二98.84%(40丿3.14其中，n0是它的傳動(dòng)效率；f是摩擦因數(shù)，滑動(dòng)軸承：f=50.20，滾針軸承：/=0.050.10；式子中的其余的符號(hào)代表含義和前面相同，所以我們?cè)龠@樣的一般情況下所得到的十字軸式萬(wàn)向節(jié)的效率大約為97%99%。3.2萬(wàn)向節(jié)強(qiáng)度校核十字軸萬(wàn)向節(jié)運(yùn)動(dòng)和受力分析萬(wàn)向節(jié)除了要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們還必須對(duì)萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行較為系統(tǒng)的強(qiáng)度校核以確保其能有更長(zhǎng)的使用壽命和使用強(qiáng)度來(lái)滿足和配合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選用貨車作為設(shè)計(jì)對(duì)象就需要連接三個(gè)萬(wàn)向節(jié)，并且要將十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)軸劃分為主傳動(dòng)軸和中間傳動(dòng)軸。如上所述，對(duì)十字軸式萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行強(qiáng)度校核的第一步就是對(duì)其

16、進(jìn)行受力和運(yùn)動(dòng)分析，接下來(lái)就可以按照多十字軸式萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行傳動(dòng)計(jì)算：我們可以用類比法，從單萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)計(jì)算類比出多萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)計(jì)算，他們的計(jì)算方法是相似的，我們可以得到：a2A=sin2(申+0)(3-2)申4i式子中我們可以定義a為當(dāng)量夾角；0為初相位角；申|轉(zhuǎn)角。如果單萬(wàn)向節(jié)和e1多萬(wàn)向節(jié)具有同意的夾角是a，我們可以知道他們的初相位0也是一樣的。e另外還有一種情況值得我們注意即每當(dāng)各軸軸線都處在同一個(gè)平面內(nèi)的同時(shí)每一個(gè)傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)叉平面之間的夾角結(jié)果是0或者說(shuō)沢/2,此時(shí)當(dāng)量夾角a可以得e到如下結(jié)果：a=Ja2a2a2土e勺123(3-3)式子中，我們定義a、a、a代表的意思是各萬(wàn)向節(jié)的夾角

17、。此時(shí)我們可以123得出一個(gè)非常重要的結(jié)論即當(dāng)?shù)谝粋€(gè)萬(wàn)向節(jié)的主動(dòng)撥叉位于每個(gè)軸的軸的平面上時(shí)，在其他萬(wàn)向節(jié)中如果主動(dòng)撥叉平面與平面重合時(shí)我們把它定義為正，另一種情況就是當(dāng)它們相反假如垂直的話我們就把其定義為負(fù)。我們要爭(zhēng)取讓輸出軸和輸入軸的傳動(dòng)等速旋轉(zhuǎn)，這樣一般要讓a=0。但是一般情況下我們不能完全保證輸出軸e和輸入軸等速旋轉(zhuǎn)，這樣他們的轉(zhuǎn)角就會(huì)出現(xiàn)差值，最終不僅會(huì)造成總成支承和彈性元件之間的振動(dòng)，而且還有可能會(huì)有影響相連齒輪間的嚙合噪聲和駕駛室里的共振噪音。為了減少這些影響，我們一般在設(shè)計(jì)時(shí)要讓當(dāng)量夾角a盡可能小以確保多e萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)良好?？傮w來(lái)說(shuō)，我們按行業(yè)經(jīng)驗(yàn)要將整車分為空載與滿載兩種不同的

18、工況，在此基礎(chǔ)上應(yīng)區(qū)別設(shè)計(jì)，即要保證它們之間的當(dāng)量夾角a一般不大于3,e還要強(qiáng)調(diào)的是我們要對(duì)角加速度a232的幅值設(shè)計(jì)在一個(gè)合理區(qū)間內(nèi)來(lái)加以限制。e1而對(duì)于不同的車輛多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)輸出軸的幅值限制區(qū)域不同，比如對(duì)乘用車來(lái)說(shuō)a232350rad/s2，但是對(duì)于商用車來(lái)說(shuō)a232600rad/s2，他們之間的幅值限e1e1制區(qū)域還是很大的，所以我們要有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的附加彎矩和慣性力矩我們根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)可以得知汽車在行駛過(guò)程中，當(dāng)汽車的扭矩傳遞的方向是一樣的時(shí)候十字軸的所收到的力的方向也是一樣的。長(zhǎng)久以往的話十字軸式萬(wàn)向節(jié)的軸徑部位會(huì)收到非常多的單邊磨耗，一直這樣發(fā)展下去，僅僅是單一面

19、而不是多面的磨損會(huì)使得精度變得很差，最終會(huì)導(dǎo)致十字軸式萬(wàn)向節(jié)發(fā)出異響，嚴(yán)重的情況會(huì)出現(xiàn)松垮以及起槽或者其他更糟糕的情況。面對(duì)這種情況我們?yōu)榱搜娱L(zhǎng)十字軸式萬(wàn)向節(jié)的使用壽命以及使用精度會(huì)讓十字軸轉(zhuǎn)動(dòng)90相對(duì)于以前的位置而言，然后再進(jìn)行使用。裝配時(shí)，應(yīng)注意將機(jī)油噴嘴的一側(cè)朝向變速器軸。萬(wàn)為了滿足上面給出的相關(guān)條件我們必需限定萬(wàn)向節(jié)叉應(yīng)在十字軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)且無(wú)卡滯現(xiàn)象和軸向間隙。除了設(shè)計(jì)之外我們?cè)偃粘Ｊ褂闷囍?，我們還要多注意潤(rùn)滑脂的使用，以免由于潤(rùn)滑脂的缺少最終導(dǎo)致軸頸與軸承的嚴(yán)重磨耗。下圖3-2給出了相關(guān)變化說(shuō)明，當(dāng)不變化的轉(zhuǎn)矩t作用在主動(dòng)叉軸上的時(shí)候會(huì)讓與其夾角呈a的從動(dòng)軸叉上面的轉(zhuǎn)1矩T隨著轉(zhuǎn)角

20、的變化而變化，但是在一種情況下不變那就是主從動(dòng)軸叉的夾角2a=0。，在不計(jì)摩擦損失的情況下，我們得到T=T2，我們把他代入式子11232=1cosa中可以得到以下的式子：1一sin2acos2申11-cos2申sin2asin2申+cos2申cos2aT=11+=T+i（3-4）2cosa1cosa式子中許為主動(dòng)叉轉(zhuǎn)角。TOC o 1-5 h z當(dāng)主動(dòng)叉的轉(zhuǎn)角許為90。、270時(shí)我們可以很輕松的得到最大值T:2maxT=-(3-5)2maxcosa當(dāng)主動(dòng)叉的轉(zhuǎn)角申1為0。、180。時(shí)我們可以得到最小值T2min:T=Tcosa(3-6)2min1從上述所述的計(jì)算情況我們可以得出這樣的結(jié)論即由于

21、主從軸上的T和T作用12在不同的平面上，只需要當(dāng)在主動(dòng)驅(qū)動(dòng)撥叉軸上的驅(qū)動(dòng)力矩和從動(dòng)撥叉軸上的反向力矩的共同作用下的同時(shí)才能使帶角度a的十字軸式萬(wàn)向節(jié)達(dá)到較為完美的平衡狀態(tài)。從萬(wàn)向節(jié)的力矩平衡來(lái)看，萬(wàn)向節(jié)上必須有另一個(gè)力矩。除主動(dòng)扭矩T外，主1動(dòng)撥叉在一定角度31上還有附加力矩T；從動(dòng)撥叉在一定角度上除了反扭矩外T12還有附加力矩T。至此我們可以得出結(jié)論是因?yàn)榇嬖谶@些附加的彎矩來(lái)補(bǔ)償T或21T，最終的結(jié)果會(huì)使其力矩平面合橫軸軸線在的那個(gè)平面達(dá)到共面的狀態(tài)從而使橫2軸萬(wàn)向節(jié)能夠達(dá)到某種平衡的狀態(tài)。我們根據(jù)下圖3-2可以看出附加彎矩向量T,T12與轉(zhuǎn)矩向量Tl,T之間的關(guān)系但有關(guān)條件是要在一定轉(zhuǎn)角申

22、的情況下，除了上述信21息我們還可以看到當(dāng)甲=0,180。，360。等不同值時(shí)他的T1由于是作用在十字軸軸線1相同的平面上面的，所以能夠得出T的值是0。此刻T的作用面與橫軸所在的平面12是處于不共面的情況下的，因此必須要加以彎矩T來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的效果并且此時(shí)彎矩2向量T一定垂直于T，這時(shí)可以看出合向量（T+T）與卩的方向是相反的但是大222213-7)小確實(shí)相等的這樣可以讓十字軸保持平衡狀態(tài)。有圖3-2可以推導(dǎo)出力矩的向量三角形：T=Tsind21nitanan1圖3-2十字軸萬(wàn)向節(jié)的力矩平衡在甲=90。、270。、450。等等角度的時(shí)候我們同樣可以得到T的值是0,既然這12樣就能夠不難推出主動(dòng)叉

23、上的附加彎矩的式子是T=Ttana（3-8）11從上面的內(nèi)容我們可以得出，在0到上述兩式的最大值這樣一個(gè)周期里面，附加彎矩T，T做180的變化，遇到這種情況人們一般就可以得到從動(dòng)軸叉支承能12夠承受的一個(gè)周期性變化的載荷范圍是P口=T=H(3-9)LLnn其中Pn所代表的含義是它的中心到支承的距離，這時(shí)我們看出萬(wàn)向節(jié)也承受與上壓力相等或相反的力，但是這種情況相反的話，我們要注意這樣的情況與此不同的是大部分是主動(dòng)叉軸的支承來(lái)承擔(dān)反作用力矩的。參考上述的表達(dá)我們可以得到隨動(dòng)軸承和萬(wàn)向節(jié)尺寸相等但是方向相反的側(cè)向載荷是3-10)TtanaLcosan此外我們知道萬(wàn)向節(jié)主、從叉軸支座附加彎矩引起的徑向

24、沖擊載荷，也有很大的可能會(huì)導(dǎo)致支座的振動(dòng)這樣的后果。這種附加的彎曲力矩一般情況下會(huì)使傳動(dòng)軸造成附加的壓力和變形的不良后果，這樣就會(huì)達(dá)到降低了傳動(dòng)軸的疲勞和失效速度的效果。我們知道一般在主動(dòng)撥叉軸的速度保持不變的情況下，相應(yīng)的從動(dòng)撥叉軸將會(huì)作周期性地加速和減速運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生如下的慣性矩：3-11)式子中打表示的意思是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，82表示的意思是角加速度，這樣的話我們就可2通過(guò)求導(dǎo)的方式得出:1一sin2dcos2申13-12)8_e2cosdsin2dsin2p2二-11(1-sin2dcos2p)21此時(shí)我們可以看出在轉(zhuǎn)速很高的情況下，因?yàn)殡S動(dòng)叉軸不平度增大，這樣的話此刻的慣性載荷一般情況下會(huì)其工

25、作載荷高很多而且產(chǎn)生交替作用。十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的彎曲應(yīng)力與剪切應(yīng)力我們知道可能在萬(wàn)向節(jié)十字軸的軸頸與軸承的磨損的間隙過(guò)大的情況下會(huì)導(dǎo)致十字軸在作用過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)的結(jié)果，從而會(huì)讓傳動(dòng)軸中心線偏離它的旋轉(zhuǎn)中心線最終引起傳動(dòng)軸的振動(dòng)現(xiàn)象和傳動(dòng)系統(tǒng)的異響當(dāng)然只有在軸在運(yùn)行中的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。這時(shí)候如果機(jī)構(gòu)缺乏潤(rùn)滑的話，那么就很有可能引起磨損。這樣的話作用在十字軸軸頸上的合力就為3-13)F二丄2rcosa而且要計(jì)算載荷T取T和T的最小值的公式如下:se1ss1kTkiinTdemax1fsen3-14)kTkiinT=demax1fsen=1X3】8X2X638X79X.9=2885.01NmT

26、=G2m2err=54498X12X085X0476=1881.45NmSSi0lmnm3.95X3.87X0.92Temax代表的意思是最大轉(zhuǎn)矩（Nm）；n代表的意思是驅(qū)動(dòng)轎數(shù)；代表的意思是變速器一檔傳動(dòng)比；代表的意思是傳動(dòng)效率；k代表的意思是變矩系數(shù)，k二（k0-1）/2+1，k0代表的意思是最大變矩系數(shù)；G2代表的意思靜載荷（N）；m2代表的意思是后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，e代表的意思是附著系數(shù)，廠廠代表的意思是滾動(dòng)半徑單位為m；。代表的意思是主減速器傳動(dòng)比同樣的代表的意思是齒輪與車輪的傳動(dòng)比；“m代表的意思是齒輪與車輪的傳動(dòng)效率；T1代表的意思是轉(zhuǎn)矩。T=T=1881.45Nm1ss3-15)

27、F=T=1881450=24729.89N2rcosa2X40X0.951此時(shí)軸頸根彎曲應(yīng)力為：32dFsa=+Qw兀(d4d4)w123-16).=32X2fXPFE=220.1MpaQw3.14x386529d1十字軸軸頸直徑25mmd2十字軸油道口直徑8mmS為合力F作用線到軸頸根距離13.5mmow為彎曲應(yīng)力許用值，為250350Mpa十字軸軸頸的切應(yīng)為t應(yīng)滿足4FT=7dy)T123-17)“4X2472989二56.2MpaT3.14x561ww我們常規(guī)使用的滾針直徑基本上都是大于1.6毫米的，選用這樣的直徑范圍是為了避免壓傷，而且差別不大，不然的話會(huì)增加滾針之間負(fù)載的不均勻分布，

28、所以不均勻分布我們一般控制在0.003毫米以內(nèi)。我們能夠得出當(dāng)徑向間隙過(guò)大時(shí)滾針軸承負(fù)荷會(huì)有相應(yīng)減少，這樣產(chǎn)生的后果就是滾針卡住的概率會(huì)增大；但是相反而言當(dāng)間隙過(guò)小的時(shí)候，可能有熱量或污垢堵塞。較為合理的間隙大約是0.009-0.095mm,而一般來(lái)說(shuō)滾針軸承的周向總間隙的限定范圍大約是0.08-0.30mm。我們根據(jù)行業(yè)規(guī)定滾針長(zhǎng)度通常是不大于軸頸長(zhǎng)度的，這樣的話它就會(huì)擁有不錯(cuò)的承載能力從而不會(huì)出現(xiàn)由于滾針的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)而引起應(yīng)力集中現(xiàn)象。一般而言,對(duì)于滾針來(lái)說(shuō)它的軸向的游隙不能高于0.2-0.4mm。此時(shí)對(duì)于十字軸的滾針軸承來(lái)說(shuō),它的接觸應(yīng)力應(yīng)該滿足11、Frng=272(+)Q3-18)jd

29、dLjTOC o 1-5 h z110b11Fi406277G二272，（+）f=272X：0.54x沁2827.7Mpa HYPERLINK l bookmark111 o Current Document jddL20.310b式中，d0表示的意思是直徑（單位是mm）；Lb表示的意思是工作長(zhǎng)度（單位是mm），Lb=L-（0.15LOO），化是20.3mm，L表示的意思是滾針?biāo)艿降腇n合力F下的最大載荷（單位是N）時(shí)的滾針總長(zhǎng)度（單位是mm），此時(shí)我們由下式確定4.6FiZ4.6x24729.891x28=4062.77N3-19)式中，表示的意思列數(shù)；Z表示的意思一列中的滾針的數(shù)量。我們

30、得出當(dāng)萬(wàn)向節(jié)叉與十字軸形成支架的而且因?yàn)榈脑蛄而產(chǎn)生支承反力的時(shí)候，而且此時(shí)在它與中心線呈45的橫截面處它們一般都會(huì)承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷所帶來(lái)的效果，所以在這種情況下我們不難得出彎曲應(yīng)力Gw和扭應(yīng)力Tb必須滿足的要求：3-20)Fe24729.89x4448668=22.36MpaFaT=bWt24729.89x245986.2=99.15Mpa通過(guò)上述的計(jì)算，能夠推導(dǎo)出Ggt3-21)式子中，W、W所表示的意思是抗彎和抗扭截面系數(shù)，這樣我們不難能夠得出t矩形截面：W=6bh2W二khb2算得w=48668mm，W=5986.2mm3；h、b所表tt示的意思是高和寬；k所表示的意思是和h/b

31、相關(guān)的系數(shù)，一般我們可以通過(guò)查表不難來(lái)得到k=0.246；從而我們可以根據(jù)表3-3來(lái)選取相應(yīng)的參數(shù)范圍。表3-3系數(shù)k的選取h/b1.01.51.752.02.53.04.010k0.2080.2310.2390.2460.2580.2670.2820.312我們能夠得出合應(yīng)力為ic=2+4T2=.499.97+39322.89=199.56Mpa工wb經(jīng)過(guò)上述的說(shuō)明與計(jì)算，我們不難看出所選用滾針軸承是滿足強(qiáng)度要求的。4傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核4.1傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速在完成了萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核之后，我們得開(kāi)始做傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核，首先就是傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算。針對(duì)研究對(duì)象貨車，我們必須保證

32、在一定長(zhǎng)度條件下的所得到尺寸長(zhǎng)度能夠讓截面保持較高的強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速。我們所指的臨界轉(zhuǎn)速通常就是指恰好出現(xiàn)共振現(xiàn)象的那個(gè)臨界點(diǎn)即工作轉(zhuǎn)速等于固有頻率時(shí)造成可能會(huì)引起傳動(dòng)軸斷裂的那個(gè)轉(zhuǎn)速，所以說(shuō)臨界轉(zhuǎn)速在很大程度上取決于它的尺寸結(jié)構(gòu)和相關(guān)的支承強(qiáng)度。但是也會(huì)存在另外一種可能讓軸管斷裂的原因，有可能是表面材料質(zhì)量的分布不均勻的特點(diǎn)，還有可能是本身在旋轉(zhuǎn)時(shí)由于離心力產(chǎn)生的靜撓度使得彎曲應(yīng)力作用在軸管上然后高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致斷裂的結(jié)果。有時(shí)候可以采用這樣的方法來(lái)將臨界轉(zhuǎn)速給確定下來(lái)即傳動(dòng)軸兩端那根相對(duì)自由的軸展開(kāi)計(jì)算和研究，而且這根軸一定要是支承在剛性球鉸上的。對(duì)于傳動(dòng)軸的質(zhì)量來(lái)說(shuō)，不妨考慮是在0點(diǎn)集中的而且

33、便宜軸線的數(shù)值是e，這樣我們不難得出在角速度w旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力是4-1)式子中，y表示的意思是離心力作用下的撓度。緊接著我們可以得到軸管的彈性力和離心力平衡的是P=cy式子中，c表示的意思是軸的側(cè)向剛度，大約為。=(384/5)(EJ/L3)，E表示的意思是材料的彈性模量，一般情況下我們會(huì)設(shè)計(jì)E=2.15x105Mpa，J表示的意思是截面的抗彎慣性矩。(42)c=EJ/L3(43)由于F二P所以我們可以得到y(tǒng)二2e八+y)二亍cy因?yàn)橛蠪=m2因此y-m2e/*一m2但是在臨界轉(zhuǎn)速的角速度c會(huì)出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，此刻y2有:cm2=0ccm=0.252一d2XLp(4-4)式子中，D、d分別表示的意

34、思是軸管的外、內(nèi)頸，單位是mm。L表示的意思是支承長(zhǎng)度即兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)的中心距，單位是mm。p表示的意思是所用材料的密度，當(dāng)p=，8X105kg/mm3時(shí)，我們得到:m=0.25xInx536x0.8x10-5x1500=5.05kgi=nn/將上述c，j及m的表達(dá)式代入式=十，令cc30cm則我們得到傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速n(rmin)為nc=1.2x108(4-5)D2+d2L2圖4-1傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算用簡(jiǎn)圖我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中會(huì)知曉傳動(dòng)軸的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速一般會(huì)比理論臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算值要低不少，出現(xiàn)這樣的原因我們首先考慮是與平衡誤差、伸縮花鍵之間的間隙和支承非剛性的特性等等因素有關(guān)的。為了進(jìn)一步保證傳動(dòng)軸

35、的安全工作還需要設(shè)定一個(gè)安全系數(shù)K,我們一般取K=n/n=1.22.0cmax式子中，max表示的意思是當(dāng)車速達(dá)到最高時(shí)的最大轉(zhuǎn)速，單位是r/min；nc表示的意思是臨界轉(zhuǎn)速，單位是r/min；除此之外,我們還必須對(duì)傳動(dòng)軸做出動(dòng)平衡的計(jì)算,針對(duì)研究對(duì)象貨車我們考慮在臨界轉(zhuǎn)速在1000-4000r/min內(nèi)時(shí)，它的不平衡度要小于lONmm。影響動(dòng)平衡的因素有很多,其中最有可能的由十字軸斷面磨損導(dǎo)致的軸向間隙過(guò)大的原因,針對(duì)這一大因素我們必須想辦法縮小間隙或者使用具有一定彈性的蓋板以及加上斷面滾針軸承。行業(yè)規(guī)定傳動(dòng)軸的徑向全跳動(dòng)一般范圍應(yīng)該小于0.50.8mm。由式（4-5）我們能夠得出傳動(dòng)軸可能

36、達(dá)到的最大長(zhǎng)度，在最大可能長(zhǎng)度小于總布置所要達(dá)到的尺寸的話就得安裝兩根萬(wàn)向傳動(dòng)軸而且一般要在連接處加裝車架或者中間支承，為了減少并解決這個(gè)弊端既可以減少長(zhǎng)度也可以將變速器擴(kuò)長(zhǎng)。我們?yōu)榱吮ＷC臨界轉(zhuǎn)速的安全，一般會(huì)選定一個(gè)可以較為合適的達(dá)到伸縮花鍵的精度要求的安全系數(shù)為2.0，此時(shí)我們可以得到：nmaxnwi5而二2531.6r/min4-6)式子中，n表示的意思是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。w安全系數(shù)K二上nmaxK=2.0nmax4-7)n2.0n2x2531.65063.2r/minkmax4.2傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇1881.45N-m1ss我們選定研究對(duì)象貨車的軸距的尺寸為3360m和支承尺寸lc等于（1500

37、土2.5）mm，這樣一來(lái)我們?yōu)榱诉_(dá)到萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸的間隙的精度一般要保證花鍵軸尺寸大于支承的尺寸所以我們一般設(shè)定花鍵軸尺寸是（489土1.5）mm。4.3傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定L2cn=1.2x108巴2+2=5063.2k1.2x108D2+d2=(5063fX15002)2=9012.65CC1.5mmDc3mm2我們一般選定D=69mm，這樣Cd=*9012.65-D2=65.2mmCC一般令d設(shè)定為整數(shù)即65mm。CLc表示的意思是傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度（單位為mm）,d和D表示的意思是軸管的內(nèi)C外徑（單位為mm）。4.4傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核一般而言我們只要計(jì)算傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度而不需要計(jì)算彎曲強(qiáng)度，原

38、因是傳動(dòng)軸沒(méi)有受到彎曲應(yīng)力。我們得到公式16DT1C1=EqMPa舊=300MPa4-8)計(jì)算結(jié)果說(shuō)明我們提供的設(shè)計(jì)參數(shù)是滿足要求的。4.5花鍵內(nèi)外徑確定傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度不是一直不變的，主要是靠滑動(dòng)花鍵來(lái)調(diào)節(jié)長(zhǎng)短的，我們可以得到因?yàn)閭鬟f轉(zhuǎn)矩的花鍵伸縮而產(chǎn)生的軸向阻力F是a4-9)r表示的意思是滑動(dòng)花鍵齒冊(cè)工作表面的中徑，T188肆x3.6=114800N式子中T2表示的意思是轉(zhuǎn)矩,f表示的意思是摩擦因數(shù)。T4-10)c=63.97MPa2.25我們慣例將安全系數(shù)選定為2.25，這樣就有16TJ=163.97MPah兀dh3h4-11)：16x18814503.14x63.97=53.12mmTh為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力K為花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，取1.3Dh為花鍵外徑dh為花鍵內(nèi)徑Lh為花鍵有效工作長(zhǎng)度B為鍵齒寬n0為花鍵齒數(shù)我們考慮選取Lh時(shí)往往傾向大尺寸的花鍵的原因是花鍵齒側(cè)受到的許用擠壓應(yīng)力比較小。一般取d=56mm,D=62mm,B=10mm，n=8，h0h4.6花