萬向傳動裝置課程設(shè)計說明書

汽車設(shè)計課程設(shè)計說明書設(shè)計題目東風(fēng)DNZ1080G萬向傳動裝置的

設(shè)計姓名 任偉學(xué)院 交通學(xué)院專業(yè) 汽車設(shè)計與運用班級 1101學(xué)號 2011281指導(dǎo)教師孫宏圖、王昕彥TOC\o"1-5"\h\z1 前言 2\o"CurrentDocument"2萬向傳動裝置設(shè)計 32.1萬向傳動裝置的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 32.1.1主要參數(shù)的選擇 3\o"CurrentDocument"總體設(shè)計方案 3（1） 傳動軸管的選擇 4（2） 伸縮花鍵的選擇 4（3） 萬向節(jié)分析 5（4） 中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 5萬向節(jié)的設(shè)計與強度校核 6\o"CurrentDocument"2.2.1萬向節(jié)結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計 6（1） 基本構(gòu)造與基本原理 6（2） 確定十字軸尺寸 6（3） 滾針軸承的設(shè)計與校核 6\o"CurrentDocument"十字軸萬向節(jié)強度校核 6\o"CurrentDocument"萬向傳動軸設(shè)計及強度校核 72.3.1萬向節(jié)傳動軸結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計 7\o"CurrentDocument"萬向節(jié)傳動軸強度校核 7\o"CurrentDocument"3參考文獻(xiàn) 10刖言本次課程設(shè)計的任務(wù)是對一汽解放CA1130PK2L2進(jìn)行萬向傳動軸的設(shè)計、研究。在指導(dǎo)老師的細(xì)心寸指導(dǎo)下，通過對汽車萬向傳動裝置的了解進(jìn)一步進(jìn)行萬向傳動軸的設(shè)計。通過實際的市場調(diào)查稽觀的實際觀察，全面了解萬向?qū)虞S的結(jié)構(gòu)充分商到萬向傳動裝置的工作原理與意義，及其在汽車行駛中的重要作用。在汽車的正常工作中，是一個必不缺少的部件，也是一個不可替代的關(guān)鍵部件。對于萬向傳動軸的研究，有很大的發(fā)展空間，具有相當(dāng)大的研究意義。在充分與指導(dǎo)老師討論、研究后，故選此課題進(jìn)行設(shè)計任務(wù)時，分析了萬向傳動裝置類型的，根據(jù)題目所要求的原始數(shù)據(jù)要求，確定了所選用萬向傳動軸的種類。在初定各個部件的相關(guān)尺寸后，根據(jù)要求進(jìn)行了校核，確定了所設(shè)計部件的尺和參數(shù)，并選擇了零部件的材料本文介紹了一汽解放CA1130PK2L2型貨車的萬向傳動裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，及相關(guān)參數(shù)的確定。全文的中心內(nèi)容共分為三章：第一章為一汽解放CA1130PK2L2汽車原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求；第二章十字軸的結(jié)構(gòu)特點及基本特點和設(shè)計要求；第三章為萬向傳動軸結(jié)構(gòu)方案的分析及設(shè)計；在原始數(shù)據(jù)確定的前提下，設(shè)計所要完成的任務(wù)有：查找、收集相關(guān)資料，進(jìn)一步確定萬向傳動裝置的基本尺寸的選取、材料選擇和傳動過程中的接觸應(yīng)力等工作，其中傳動過程中零件內(nèi)部的接觸應(yīng)力最為關(guān)鍵，在此文中著重做到了應(yīng)力校核這一步。最后的工作是工程制圖，實實在在的電腦繪圖，發(fā)現(xiàn)了一些知識點的死角，都進(jìn)行一定程度的糾正，驗證了許多以前只有在書本上學(xué)的知識點。2萬向傳動裝置設(shè)計2.1萬向傳動裝置的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計2.1.1主要參數(shù)的選擇R用［來號yr.車型參數(shù)為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（Tmax）650N?m變速器一檔傳動比4.55變速器五檔傳動比1.3主減速器傳動比5車輪滾動半徑（m）0.508軸距（mm）4250前輪距、后輪距（mm）1810/1800貨車總質(zhì)量（kg）8350整車整備質(zhì)量（kg）4500計算軸數(shù)12.1.2總體設(shè)計方案汽車在行駛過程中，由于車輛上發(fā)動機的震動和行駛路面的不平的沖擊等因素引起彈性懸架系統(tǒng)的振動，導(dǎo)致變速器的輸出軸和驅(qū)動橋的輸入軸的相對位置經(jīng)常發(fā)生變化，所以兩根軸之間不能采用剛性的連接，而一般采用由萬向節(jié)、軸管及伸縮花鍵等組成的萬向傳動裝置來連接。其安裝在變速器與驅(qū)動橋之間，位置如圖1所示。伸縮套能自動調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動橋之間距離的變化，使兩軸在不同工況下能正常的工作。較為常見的萬向節(jié)一般由十字軸、滾針軸承和凸緣叉等組成。萬向節(jié)可保證變速器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸之間夾角的變化，并實現(xiàn)兩軸的等角速度傳動。萬向傳動軸設(shè)計應(yīng)滿足的要求：確保兩軸的夾角及相對位置在一定范圍內(nèi)變化時，能可靠地傳遞動力。保證傳動盡可能同步，兩軸的轉(zhuǎn)速盡可能一樣。振動噪音以及附加載荷(萬向節(jié)傳動引起的)在允許范圍內(nèi)。傳動效率高，使用壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、維修容易。?汽車中傳動軸的選擇可根據(jù)車型的不同來選擇相應(yīng)形式的傳動軸，車輛中，一般情況如下，驅(qū)動形式為4x2的汽車時所選用傳動軸為一根主傳動軸。在軸距較長的汽車上所選用的傳動軸形式是將傳動軸分成主傳動軸與中間傳動軸兩段，并且為了提高傳動軸臨界轉(zhuǎn)速，避免共振以及考慮整車總體布置上的需要，一般情況下載中間傳動軸后端安裝上中間支撐。本設(shè)計所選用車型為重型載貨汽車，其軸距為5050mm，并且載重量為6.7t，具體參數(shù)可由表1知，所以傳動軸選用主傳動軸與中間傳動軸兩段軸，避免由于傳動軸過長時固有頻率會降低而產(chǎn)生的共振，并加設(shè)中間支承?？紤]到軸與軸同心及車架的變形，決定采用十字軸式萬向傳動軸，為避免運動干涉，在傳動軸中設(shè)有由滑動叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié)。為了使傳動軸得到較高的強度和剛度，因此，將傳動軸做成空心的傳動軸，這樣形式的傳動軸具有質(zhì)量較小，成本較低，傳遞轉(zhuǎn)矩較大的優(yōu)點，且比實心傳動軸具有更高臨界轉(zhuǎn)速。傳動軸驚顫處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，傳動軸材料的選擇可根據(jù)機械零件手冊選取40CrNi，適用于重要軸的制造，具有較高的扭轉(zhuǎn)強度。傳動軸管選擇傳動軸管由壁厚均勻易平衡、臂薄，管徑較大、扭轉(zhuǎn)強度高，玩去剛度大，適于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼薄板卷制的電焊鋼管制成。超重型貨車的傳動軸則直接采用無縫鋼管。伸縮花鍵的選擇動伸縮花鍵選用矩形花鍵，來補償由于汽車運動時傳動軸兩端萬向節(jié)之間的長度變化。裝車時傳動軸的伸縮花鍵一端不應(yīng)靠近后驅(qū)動橋，而應(yīng)靠近中間支撐，以減小其軸向摩擦力及磨損?；ㄦI齒與鍵槽應(yīng)按對應(yīng)標(biāo)記裝配，以免破壞傳動軸總成的動平衡。動平衡的不平衡度由點焊在軸管外表面的平衡片補償。萬向節(jié)分析十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)成本低。但所連接的兩軸夾角不宜不大，當(dāng)夾角由4°增至16時，十字軸萬向節(jié)滾針軸承壽命約下降至原來的1/4。材料選擇：十字軸常用材料為20CrMnti軸頸表面進(jìn)行滲碳淬火處理，滲碳深度0.8mm?1.2mm，表面硬度為58?64HRC，軸頸端面硬度不低于55HRC，芯部硬度為33?48HRC。萬向節(jié)叉一般采用40或45中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理硬度18?33HRC，滾針軸承材料一般采用GCr15。中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

中間支承通常安裝在支架橫梁上或車身底架上，以補償傳動軸軸向和角度方向的安裝誤差，以及車輛行駛過程中的發(fā)動機竄動和車架等變形所引起的位移。目前廣泛采用橡膠彈性中間支承，其結(jié)構(gòu)中采用單列滾子軸承，橡膠彈性元件能吸收傳動軸的振動，降低噪音。中間支承的固有頻率可按下式計算：式中，fo為中間支承的固有頻率（Hz）；CR為中間支承橡膠彈性元件的徑向剛度（N/mm）；m為中間支承懸置質(zhì)量（kg），它等于傳動軸落在中間支承上的一部分質(zhì)量與中間支承軸承及其軸承所承受的質(zhì)量之和。對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速n=60fo（r/min）盡可能小于傳動軸常用轉(zhuǎn)速。選取n=2000（r/min）共振轉(zhuǎn)速500~1000（r/min），確定頻率為f°為30Hz.IHL3代：IHL3代：?枷中RV總訴FiuurcI"lAmnnj. iluJ'lhoruiuL4I小支果=2任仙。釉承?。淮蛴拓斨?潭他丞；d岬河單推應(yīng)中2.2萬向節(jié)的設(shè)計與強度校核2.2.1萬向節(jié)結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計（1）基本構(gòu)造與基本原理：由于本設(shè)計對象為重型貨車的萬向節(jié)與傳動軸，因此，選用十字軸式萬向節(jié)。十字軸式萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單和傳動效率高等優(yōu)點。為了減少摩擦損失，提高傳動效率和使用壽命，在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔之間裝有由滾針和套筒組成的滾針軸承。本設(shè)計選用軸向定位為外卡環(huán)式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、零件少和質(zhì)量小的優(yōu)點。滾針軸承的潤滑密封好壞能影響到十字軸萬向節(jié)的使用性能及壽命。為十字軸受力簡圖

防止漏油、提高防塵和防水效果，本設(shè)計選用結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙刃口復(fù)合油封，在工作條件較差的情況下可顯著提高萬向節(jié)使用壽命。(2)確定十字軸尺寸：查閱汽車設(shè)計等資料，結(jié)合其他汽車的十字軸萬向節(jié)尺寸及本設(shè)計汽車重噸位確定十字軸的尺寸范圍如下：(十字軸總成)(3)滾針軸承的設(shè)計與校核：口 (3)滾針軸承的設(shè)計與校核：口 4.6FF=Niz 1x38z：每列滾針數(shù)為38。Qi=272\［d2L滾針工作長度24mm；［b：『—+—

代0.0340.003)i：滾針列數(shù)為1d0：滾針直徑3mm；4.6x/50二1798.5N'+d

a0/qI溥Jb]3000?3200mPa。.1762.5 =1207"。24十字軸滾針軸承套花鍵外型外徑(mm)花鍵工作長度Hdhh5L滾針數(shù)套C1473 3403532 384504直65115軸頸直徑d=34mm；油道直徑h=30mm；十字軸軸頸長90mm；r：切向力作用方向與萬向節(jié)叉之間的距離根據(jù)初選參數(shù)選取45mm；萬向傳動的最大夾角一般為8°。所以符合要求。2.2.2十字軸萬向節(jié)強度校核1297.7十字軸萬向節(jié)強度的校核計算：1297.7TF=——1—nF= =14.56x103N2rcosz 2x45x10-3xcos8°軸頸根彎曲應(yīng)力：32d1FS)<t]兀d4一d4w32x0.034x14.85x1030015 「]nQw貳.03、一y) =5"<QnQwd1:十字軸軸頸直徑34mm；d2：油道直徑3mm；S：合力作用線到軸頸根距離15mm；IQ］為彎曲應(yīng)用許用值，為250-350Mpa。w十字軸軸頸的切應(yīng)T為應(yīng)滿足：TOC\o"1-5"\h\z"(4F )<□兀d2-d2/1 25=(4xM56。 )<口冗0.0342-0.0032L］為切應(yīng)力T許用值，為80~120Mpa。2.3萬向傳動軸的設(shè)計及強度校核2.3.1萬向節(jié)傳動軸結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計（一）傳動軸尺寸設(shè)計：1） 計算動力傳遞參數(shù)C?R：CR=M片^o^'HX^=1100x1.33i0「0°X2：0；〔嚴(yán)^.984NL「目標(biāo)壽命=500h；k「軸承系數(shù)1.00~1.66由表3-2選1.33":傳動軸夾角4°；n：轉(zhuǎn)速=2000r/min.查表3-3，可以看到，387..20萬向節(jié)可以滿足需要?？紤]安全系數(shù)，選取387.20萬向節(jié)進(jìn)行驗算。d=3.00mm;l=16.8mm;滾柱數(shù)z=21；滾柱列數(shù)i=1；R=39.45mm=0.03945m；D=23.82mm則：D=D+d=23.803=26.82mmml=l-qd=19.8-1x3=16.8mmwq：滾針長度系數(shù)由圖3-6可知為1。0mm萬向節(jié)GW387.20（C-R=1116N-m）的特征數(shù)據(jù)是：額定轉(zhuǎn)?Mn=6200N-m，A=120mm；K=125mm;S=70x5mm；lz=490mm;la=60mm.2） 靜承載能力C0為：C0=38izdl=38x1x28x3x16.80N=53625.6N3） 靜承載態(tài)轉(zhuǎn)矩為：M=2.27CR=2.27x35973.5x0.03945N-m=4601N-m與表3-3中Mc的值接近。4）計算動態(tài)承載能力為：C=f（il》9z34d2927=fGx16.8》9x2034x62927=355.51fN承載能力系數(shù)f=fxf，比值d=6.“/c尸0.122，故由該比值查得表3-1，c1 2 d-22.4+2.5m…f1=118.66，并由圖3-7得軸承承載能力系數(shù)f2=0.70因而 f=fXf=118.65X0.7=83.02于是動態(tài)承載能力 ’12C=355.51x83.02N=53517.7N而動力傳遞系數(shù)C?R=29514x0.0378N?m=1115.63N?m與表3-3最后一行的值一致，故選GWB387.20是合適的。（二）傳動軸計算轉(zhuǎn)矩的確定:變速器檔位最大傳動比Lax最小傳動比i.min主減速器傳動比輪胎動態(tài)滾動半徑Rttstat最大轉(zhuǎn)矩Me622.75150.508m650N-m1）起動轉(zhuǎn)矩MA,由發(fā)動機轉(zhuǎn)矩Me分配到每根軸上的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)eF或eR以及驅(qū)動軸數(shù)確定。如由m個驅(qū)動軸均分，則其由下式?jīng)Q定M=kdMiesmeAn,1 M—4x-x650x1=2600N-m式中匕是振動系數(shù)，從表3-5中選擇為4；iA是發(fā)動機到傳動軸間總的傳動比為1。2）附著轉(zhuǎn)矩MHi=iii=6x5x22.75=682.5AR0max前驅(qū)動軸負(fù)載G=835000X35%=2922500NG=835000X65%=5427500NM=R-^—R=1X8350000 X0.479 =4143N?mH1 i stat 201.57設(shè)計條件： H1MBM A-+M L<2MN而2600+4143M=-=3371B2:.選用GW387.20萬向節(jié)傳動軸。3）萬向傳動軸計算載荷發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和一擋傳動比確定rr kdTgm□北心MfV r.二= 二1297.7Tt2.3.2萬向節(jié)傳動軸強度校核由于傳動軸只承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而不承受彎曲應(yīng)力，所以只需校核扭轉(zhuǎn)強度，根據(jù)公式有錯誤!未找到引用源。=錯誤!未找到引用源。=14.3MPa錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。=300MPa（錯誤!未找到引用源。為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力）上式說明設(shè)計參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強度要求。4）臨