【汽車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)8100字（論文）】

PAGEPAGE12汽車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)摘要萬(wàn)向傳動(dòng)裝置顧名思義就包含了萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸兩個(gè)零部件組成，對(duì)于一些載貨車輛來(lái)說(shuō)，有時(shí)候需要加裝中間支撐。萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置的主要作用就是對(duì)于那些位置相對(duì)不固定的兩根軸之間實(shí)現(xiàn)扭矩和旋轉(zhuǎn)速度的傳遞。萬(wàn)向傳動(dòng)裝置對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，起到了非常重要的作用，解決了汽車傳動(dòng)的難題。隨著科技的發(fā)展以及汽車制造水平的不斷提高，對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的要求也不斷提高，比如對(duì)傳動(dòng)的效率、軸的強(qiáng)度等都提出了新的要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是以一汽解放重型載貨汽車為基礎(chǔ)，根據(jù)給定的基本參數(shù)對(duì)整個(gè)載貨汽車的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)其國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了解。然后對(duì)其進(jìn)行了基本尺寸的分析計(jì)算和關(guān)鍵的零部件進(jìn)行了校核，使其能夠滿足載貨汽車的使用需求。關(guān)鍵詞：載貨汽車；萬(wàn)向節(jié)；傳動(dòng)軸；設(shè)計(jì)計(jì)算目錄TOC\o"1-3"\h\u147601引言 1289141.1研究的目的和意義 1287671.1.1研究的目的 1134831.1.2研究的意義 1186241.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1121682總體方案的設(shè)計(jì) 1782.1基本參數(shù)的選擇 1297112.2基本結(jié)構(gòu)方案的選擇 2179822.2.1傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案的選擇 2266942.2.2花鍵的選擇 255342.2.3萬(wàn)向節(jié)的選擇 3316742.2.4中間支持結(jié)構(gòu)的選擇 3178413傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 3242853.1傳動(dòng)布置形式的選擇 3108373.2傳動(dòng)軸斷面尺寸的計(jì)算和校核 4200723.3滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì) 5113724萬(wàn)向節(jié)總成的設(shè)計(jì) 6231934.1萬(wàn)向節(jié)類型的選擇 6170454.2萬(wàn)向節(jié)參數(shù)選取與設(shè)計(jì)校核 644844.2.1十字軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6135074.2.2滾針軸承的選取與校核 8278574.3十字軸總成的潤(rùn)滑 8106095中間支撐裝置的設(shè)計(jì) 89894結(jié)論 912670參考文獻(xiàn) 101引言1.1研究的目的和意義1.1.1研究的目的近些年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，汽車工業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。根據(jù)汽車行業(yè)2020年4月16日發(fā)布的報(bào)告可知，我國(guó)目前汽車量保有量已超過(guò)了2億輛，持有駕照的人口占全國(guó)總?cè)丝诘乃姆种灰陨稀ｋS著越來(lái)越多的人擁有汽車，對(duì)車輛的個(gè)性化、舒適性等要求也越來(lái)越高。對(duì)于貨車來(lái)說(shuō)，其舒適度一直備受詬病，特別是傳動(dòng)軸所產(chǎn)生的噪音問(wèn)題。在貨車傳動(dòng)系統(tǒng)中，如果傳動(dòng)軸和萬(wàn)向節(jié)等部件設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)直接導(dǎo)致傳動(dòng)過(guò)程負(fù)荷增加、進(jìn)而導(dǎo)致汽車NVH性能下降，影響了汽車使用性能以及壽命。本文的主要目的是通過(guò)大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套合理的貨車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，為以后貨車萬(wàn)向傳動(dòng)系統(tǒng)的研究提供一定的參考。1.1.2研究的意義本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)汽車萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置的工作原理以及過(guò)程深入、全面、系統(tǒng)的了解，然后對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)其關(guān)鍵的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)對(duì)工作中承受較大載荷的零部件進(jìn)行應(yīng)力分析以及校驗(yàn)，最后對(duì)零部件進(jìn)行繪圖圖紙。希望通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠?qū)Υ髮W(xué)所學(xué)習(xí)的專業(yè)機(jī)械知識(shí)進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際、多學(xué)科綜合應(yīng)用的目的，從而為以后的工作、設(shè)計(jì)、專業(yè)等方面的成長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)，為以后工作做個(gè)良好的開端。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀在載貨汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)中，萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)的是否合理是決定了傳動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞的直接因素，因?yàn)樗馁|(zhì)量性能的好壞直接影響到了整車的工作性能、舒適程度以及動(dòng)力的傳遞。最早的萬(wàn)向節(jié)出現(xiàn)在十九世紀(jì)，首先被應(yīng)用到皮卡汽車上。經(jīng)過(guò)了一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展和改進(jìn)，目前萬(wàn)向節(jié)已經(jīng)有了大約幾十種不同的形式，比如常見的撓性結(jié)構(gòu)和鍘性結(jié)構(gòu)。針對(duì)剛性的萬(wàn)向節(jié)也分為也分為等速、不等速和準(zhǔn)等速三種。其中等速的萬(wàn)向節(jié)由于速度要求嚴(yán)格一致，所以對(duì)加工的精度要求非常高，需要采用專門的設(shè)備。并且這種設(shè)備依賴于進(jìn)口，相對(duì)投入的資金較大，總體成本較高。傳動(dòng)軸在傳動(dòng)的過(guò)程中，需要通過(guò)一種橡膠材質(zhì)的護(hù)套進(jìn)行密封保護(hù)。護(hù)套的使用時(shí)間在一定程度上也決定了萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸的使用時(shí)間，所以對(duì)于橡膠護(hù)套的設(shè)計(jì)以及使用壽命的延長(zhǎng)也是一門重要的課題。近些年來(lái)國(guó)內(nèi)比較流行的PROE、CATIA軟件以及Matlab模擬分析軟件等的開發(fā)應(yīng)用，也在不斷的提高著我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車的設(shè)計(jì)水平，通過(guò)各種仿真以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的處理，從結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、加工工藝等多方面虛擬化的處理，節(jié)省了成本，提高了效率，推進(jìn)了汽車技術(shù)的進(jìn)步。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)可以看到，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及國(guó)內(nèi)外各種輔助軟件的開發(fā)應(yīng)用，未來(lái)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)必定會(huì)取得突破性的進(jìn)展，將向更加輕量化、智能化的方向發(fā)展。2總體方案的設(shè)計(jì)2.1基本參數(shù)的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的選擇的參考車型為一汽解放J5重型載貨卡車，基本參數(shù)如下表2-1所示：表2-1萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)總質(zhì)量29噸載重質(zhì)量16.5噸整備質(zhì)量12.5噸軸距1600mm最大扭矩1050N.m最大轉(zhuǎn)速3400r/min最大車速90km/h一檔傳動(dòng)比12.961最大檔傳動(dòng)比0.745主傳動(dòng)比8.626安全系數(shù)1.52.2基本結(jié)構(gòu)方案的選擇2.2.1傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案的選擇在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，所選擇的一汽解放J5重型載貨卡車由于其軸距較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中采用了兩段軸的方式，分別為主傳動(dòng)軸和中間傳動(dòng)軸和后橋傳動(dòng)軸。通過(guò)中間的支撐連接，能夠有效避免傳動(dòng)軸長(zhǎng)度較大而產(chǎn)生共振的問(wèn)題。同時(shí)綜合考慮到輸出和輸入軸之間的距離以及貨車裝載和行駛過(guò)程中的變形，采用了十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的方式，為了防止直線距離的變化，傳動(dòng)軸中設(shè)計(jì)了伸縮節(jié)，伸縮節(jié)有花鍵以及滑動(dòng)叉等組成。在強(qiáng)度方面，為了確保傳動(dòng)軸具有足夠的強(qiáng)度和剛度支撐傳動(dòng)工作，將傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)成了的空心管狀結(jié)構(gòu)。其中空心結(jié)構(gòu)能夠避免轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的問(wèn)題，圓形則能夠承受較大的轉(zhuǎn)矩。材料選擇為40CrNi。根據(jù)給定的參數(shù)以及《汽車設(shè)計(jì)》相關(guān)資料，傳動(dòng)軸的材質(zhì)選擇通常是壁厚為1.5mm到3mm的低碳鋼，經(jīng)過(guò)卷制和焊接加工工藝加工而成所形成的厚度均勻的圓形卷筒。這種圓形卷筒的特點(diǎn)是有較大的直徑，抗彎扭能力強(qiáng)，剛度大，適用載貨汽車的傳動(dòng)工況。2.2.2花鍵的選擇傳動(dòng)系統(tǒng)能夠通過(guò)花鍵來(lái)補(bǔ)償傳動(dòng)軸之間由于振動(dòng)、載荷突變等所引起的長(zhǎng)度的變化。在結(jié)構(gòu)位置設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般考慮到伸縮的摩擦力以及花鍵的磨損，花鍵的位置都是靠近中間支撐處。同時(shí)為了確保傳動(dòng)的順利以及減少磨損，一般需要對(duì)花鍵進(jìn)行磷化處理，同時(shí)在外面增加防塵罩，減少異物的入侵。花鍵在配合的間隙上應(yīng)當(dāng)選擇較小的值，這樣能夠減少配合間的振動(dòng)。在花鍵和鍵槽的配合過(guò)程中，需要確保整個(gè)傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡，對(duì)于動(dòng)平衡不足的地方，需要考慮通過(guò)平衡片的方式進(jìn)行補(bǔ)償。萬(wàn)向軸中花鍵的結(jié)構(gòu)如下圖2-2所示。本次設(shè)計(jì)花鍵的形式選擇的是矩形花鍵。圖2-2萬(wàn)向傳動(dòng)軸—花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖其中：1-蓋子；2-蓋板；3-蓋墊；4-萬(wàn)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。2.2.3萬(wàn)向節(jié)的選擇萬(wàn)向節(jié)的種類比較多，其中應(yīng)用最為廣泛的就是十字軸萬(wàn)向節(jié)，在組成結(jié)構(gòu)中主要有主動(dòng)叉、從動(dòng)叉、十字軸、滾針軸承等，同時(shí)還有附屬的定位機(jī)構(gòu)以及密封件等。十字軸萬(wàn)向節(jié)具有整體構(gòu)造較為簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率好、穩(wěn)定性高、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。但是在傳動(dòng)的過(guò)程中對(duì)其兩軸的夾角來(lái)說(shuō)需要在一定的范圍內(nèi)，如果夾角過(guò)大，則軸承的使用壽命以及傳動(dòng)的效率等都會(huì)下降。對(duì)于十字軸的材料，一般選擇為20CrMnti。十字軸的軸徑需要進(jìn)行滲碳處理，深度通常為1mm左右，在滲碳經(jīng)處理后，十字軸硬度可以達(dá)到60HBC以上。對(duì)于萬(wàn)向節(jié)叉的材質(zhì)一般都是選擇45低碳鋼，經(jīng)調(diào)制處理后硬度能夠達(dá)到18-33HRC。滾針軸承選擇高碳鋼，材質(zhì)為GCr15。萬(wàn)向節(jié)主要的損壞形式就是軸承的磨損以及承受壓力的十字軸表面出現(xiàn)了磨損或者剝落等現(xiàn)象。根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》相關(guān)理論，當(dāng)磨損量超過(guò)了0.15mm的時(shí)候便可以報(bào)廢整個(gè)萬(wàn)向節(jié)。對(duì)于十字軸來(lái)說(shuō)它的主要失效形式就是根部的斷裂，由于工作中收到扭矩和彎矩的作用，所以必須具有達(dá)到要求的抗彎強(qiáng)度。2.2.4中間支持結(jié)構(gòu)的選擇中間支持裝置一般在軸距較長(zhǎng)的載貨汽車比較常見。中間支撐結(jié)構(gòu)通常安裝在汽車車架或者橫梁上。為了能夠確保安裝的精度需要考慮安裝位置補(bǔ)償、傳動(dòng)軸在軸向的誤差以及旋轉(zhuǎn)角度的補(bǔ)償。在車輛正常行駛的過(guò)程中，由于顛簸發(fā)動(dòng)機(jī)以及車架都會(huì)出現(xiàn)變形，所以中間支撐需要綜合考慮各種補(bǔ)償。在中間支持結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，合理的選擇滿足使用徑向剛度的彈性元件。同時(shí)其固有的頻率的產(chǎn)生臨界速度要低于傳動(dòng)軸的工作速度，避免由于頻率的相同而產(chǎn)生共振想象。一般大型載貨汽車的臨界轉(zhuǎn)速取值范圍在1000r/min到2000r/min之間。本次設(shè)計(jì)中，選擇的臨界轉(zhuǎn)速為1800r/min，并通過(guò)固有頻率的計(jì)算以及綜合考慮傳動(dòng)軸的共振臨界速度和附加彎矩等綜合參數(shù)，確定中間支承的頻率。3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)布置形式的選擇汽車的萬(wàn)向節(jié)主要用于傳動(dòng)系統(tǒng)中，安裝在變速箱和驅(qū)動(dòng)軸之間。由于變速箱的輸出和驅(qū)動(dòng)橋的輸入并不是同心軸，在實(shí)際的工作中，由于一些其他因素相對(duì)位置也會(huì)不斷的出現(xiàn)變化。在車輛萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)中，變速器和驅(qū)動(dòng)橋之間由于車架的設(shè)計(jì)或者一些其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，會(huì)使得變速器和驅(qū)動(dòng)橋之間的相對(duì)位置不在一個(gè)中心線上，相互之間的角度也會(huì)出現(xiàn)偏差。這個(gè)時(shí)候萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的作用就凸顯出來(lái)了。一般車輛根據(jù)傳動(dòng)距離，會(huì)設(shè)置一根或者幾根傳動(dòng)軸來(lái)連接。對(duì)于軸距較長(zhǎng)的車型，不適合采用單軸傳動(dòng)，所以增加了一個(gè)傳動(dòng)支撐。在本次設(shè)計(jì)中，由于參考的車型軸長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以采用二軸加中間支撐的傳動(dòng)方式。3.2傳動(dòng)軸斷面尺寸的計(jì)算和校核本次萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)采用的是兩軸三萬(wàn)向節(jié)的方式，傳動(dòng)形式為開式，中間設(shè)計(jì)有中間支撐。根據(jù)安全系數(shù)的計(jì)算公式可以得到臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式如下：????0=??????????公式中的k表示安全系數(shù)，取值為1.5，????????表示汽車行駛過(guò)程中的最大轉(zhuǎn)速，計(jì)算公式為：????????=??????????×????公式中的??????????表示發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，給定值為3400r/min，????表示最高檔位的傳動(dòng)比，給定值為0.745。則可以代入計(jì)算得：????????=2533r/min，????0=3799.5r/min。根據(jù)上面的基本參數(shù)，對(duì)主傳動(dòng)軸進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，選擇鋼管表如下所示：表2.260—95mm電焊鋼管YB242-63外徑鋼管畢后度/mm601.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.563.51.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5701.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5751.4、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、4.5891.4、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、4.5、4.81001.4、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、4.5、4.8由于所選擇的傳動(dòng)軸為開放式的，所以根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速的公式進(jìn)行計(jì)算，設(shè)定主傳動(dòng)外徑為Dc2，內(nèi)徑為dc2，壁厚表示為B，主傳動(dòng)軸長(zhǎng)度LC。初選傳動(dòng)軸管外徑Dc2為75mm，厚度2.5mm，則dc2為70mm，主傳動(dòng)軸長(zhǎng)度LC為970mm????=1.2×108×????2+????2????2=3600經(jīng)計(jì)算符合要求。根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算出傳動(dòng)軸的基本尺寸以后，還需要對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行強(qiáng)度的計(jì)算，在設(shè)計(jì)中傳動(dòng)軸所運(yùn)行的最大夾角讀書為3°，所以所產(chǎn)生的附加彎矩非常小，為了簡(jiǎn)便計(jì)算，對(duì)由于夾角多引起的彎矩暫時(shí)忽略，計(jì)算的時(shí)候指根據(jù)所承受的純扭矩進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，計(jì)算公式如下：τ=????公式中的T表示軸所傳遞的扭矩，單位是N.mm，W表示所選傳動(dòng)軸的抗扭截面模量，計(jì)算公式為:W=??16(??4???4??)則可以得到傳動(dòng)軸扭矩的計(jì)算公式為：τ=16??????(??4???4)≤[??]上述公式中[??]表示材料的許用應(yīng)力，根據(jù)材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，取值為300MPa.傳動(dòng)軸計(jì)算扭計(jì)算公式如下：T=????????????????1????公式中各個(gè)參數(shù)的含義，??????????表示發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，給定值為1050N/m，n表示驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)量，取值為1，??1表示一檔位傳動(dòng)比，給定值為12.961，??表示從發(fā)動(dòng)機(jī)到傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率，取值為0.96，????表示離合器的系數(shù)，對(duì)于一般的載貨汽車來(lái)說(shuō)，取值為1。則代入各個(gè)參數(shù)計(jì)算可得：T=13064N/m，??=66.57mpa根據(jù)計(jì)算可以看到，傳動(dòng)軸的尺寸設(shè)計(jì)能夠滿足使用要求，能夠滿足在各種極限工況下正常穩(wěn)定工作的要求。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于中間軸比主動(dòng)軸還要短，所以其的外徑和內(nèi)徑等基本尺寸也一定會(huì)符合，不需要進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)算。3.3滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì)車輛在正常行駛的過(guò)程中，由于載荷的變化以及路況的不同，變速器和驅(qū)動(dòng)橋之間的位置會(huì)出現(xiàn)微小的形變。為了避開由于位置變化而帶來(lái)的傳動(dòng)問(wèn)題，在傳動(dòng)軸中設(shè)計(jì)了滑動(dòng)叉以及花鍵軸配合所形成的滑動(dòng)花鍵來(lái)彌補(bǔ)由于位置的變化而帶來(lái)的傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的變化。根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》滑動(dòng)花鍵主要有兩種形式，分別是矩形花鍵和漸開線花鍵。在本次設(shè)計(jì)中依據(jù)傳動(dòng)的形式，傳遞的扭矩等選擇了矩形花鍵。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》以及《汽車設(shè)計(jì)》初步選擇花鍵的基本尺寸為內(nèi)徑dn為36mm，外徑Dn為40mm，齒寬為7mm，齒數(shù)為8?；ㄦI選擇A型花鍵。在選擇花鍵之后，根據(jù)基礎(chǔ)參數(shù)，對(duì)所選擇的花鍵軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)應(yīng)力以及擠壓應(yīng)力的校核，以確保所選擇的花鍵能夠滿足使用要求。首先計(jì)算扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計(jì)算是以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的，計(jì)算公式如下：[???]=16??????3?上述公式中T表示傳動(dòng)軸所傳遞的扭矩，d表示花鍵的內(nèi)徑，[???]表示許用應(yīng)力，根據(jù)安全系數(shù)k的計(jì)算公式為：k=???????取k值為2，則可以得到???為100MPa，則代入計(jì)算可得：???=97Mpa，小于[???]。可以看到所選擇的花鍵能夠滿足扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的要求?；ㄦI傳動(dòng)過(guò)程中所承受的擠壓應(yīng)力，計(jì)算公式如下：????=????'(???+???4)(???????2)?????≤[????]在上述公式中，T表示花鍵所傳遞的扭矩，??'表示花鍵工作時(shí)候的不均勻分布系數(shù)，取值范圍為1.3到1.4，本次設(shè)計(jì)取值為1.3。???和???分布表示花鍵的內(nèi)徑和外徑，???則表示花鍵的有效工作長(zhǎng)度，N表示花鍵的齒數(shù)，????表示花鍵的許用擠壓應(yīng)力，對(duì)于花鍵來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)處理后，硬度達(dá)到35HRC，[????]=25-50MPa。將各基礎(chǔ)參數(shù)分別代入可得：????=38Mp，在[????]允許的區(qū)間內(nèi)，符合設(shè)計(jì)的要求。4萬(wàn)向節(jié)總成的設(shè)計(jì)4.1萬(wàn)向節(jié)類型的選擇利用萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)過(guò)程中角度的變化，萬(wàn)向節(jié)是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)基本零件。根據(jù)其在傳動(dòng)過(guò)程中是否有彈性，萬(wàn)向節(jié)可以分為撓性和剛性兩種結(jié)構(gòu)，其動(dòng)力傳遞的形式不同。撓性零部件這要是靠零件的彈性傳遞動(dòng)力的，能夠起到緩沖和減輕振動(dòng)的目的。剛性則是依靠零部件的鉸接完成動(dòng)力傳遞的。在目前的汽車結(jié)構(gòu)中，最常見的就是十字軸萬(wàn)向節(jié)，由于其傳動(dòng)效率高、工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且成本較低，所以在汽車傳動(dòng)中應(yīng)用非常廣泛。本次設(shè)計(jì)選擇十字軸萬(wàn)向節(jié)。4.2萬(wàn)向節(jié)參數(shù)選取與設(shè)計(jì)校核4.2.1十字軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)本次設(shè)計(jì)的貨車基本參數(shù)以及《汽車設(shè)計(jì)》推薦的選擇范圍，本次設(shè)計(jì)選擇十字軸的基本尺寸選擇為：十字軸長(zhǎng)度H=90mm，軸徑的直徑尺寸為d1=22mm，軸徑的長(zhǎng)度尺寸為h值21mm，滾針的直徑尺寸d0值為3mm，滾針的長(zhǎng)度尺寸L值為26mm。滾針的數(shù)量n值為45。在工作中，十字軸萬(wàn)向節(jié)主要的失效形式就是磨損以及壓痕。對(duì)于十字軸的軸徑來(lái)說(shuō)，由于在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)接觸，所以很容易出現(xiàn)磨損的現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，當(dāng)磨損的量超過(guò)了0.15mm的時(shí)候，十字軸就需要做報(bào)廢處理。十字軸的主要失效形式還有一個(gè)額就是根部的斷裂，由于工作中所承受的力非常大，所以需要確保根部具有足夠的強(qiáng)度。十字軸受力的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖4-1所示：圖4-1十字軸主要尺寸及受力情況根據(jù)十字軸的受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，計(jì)算軸徑中心處所承受的力F的計(jì)算公式如下：F=??2??????????上述公式中T表示傳動(dòng)軸所傳遞的扭矩，在前面的章節(jié)中已經(jīng)計(jì)算了，值為13064N/m，r表示作用力到十字軸中心的距離。Α表示傳動(dòng)軸傳動(dòng)過(guò)程中最大的夾角，本次設(shè)計(jì)給定的最大夾角為3°。代入各參數(shù)計(jì)算可得：F=93441N。依據(jù)受力分析，在十字軸的根部所承受的彎曲應(yīng)力以及切應(yīng)力需要滿足使用要求，防止出現(xiàn)失效情況的出現(xiàn)。計(jì)算公式分別如下：????=32??1??????(??14???24)≤[????]τ=4????(??14???24)≤[??]上述公式中d1表示十字軸的軸徑尺寸，數(shù)值是22mm，d2表示油孔的尺寸，直徑是6mm，S表示作用力所在位置F到軸徑根部的距離，它的數(shù)值是軸徑高度的一致，取值為10.5mm。[????]表示所選材料一級(jí)結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)力許用值，范圍是250MPa~350MPa，[??]表示切應(yīng)力的許用值，取值范圍是80MPa~120MPa。將各個(gè)基礎(chǔ)參數(shù)分別代入計(jì)算可得：????=101.6??????<[????]τ=45Mpa<[??]根據(jù)計(jì)算可以看到，所選擇的十字軸的基本尺寸能夠滿足應(yīng)力需要，設(shè)計(jì)合理。4.2.2滾針軸承的選取與校核汽車萬(wàn)向節(jié)的軸承采用的都是滾針軸承，在十字軸滾針軸承滾針尺寸的設(shè)計(jì)中，一般直徑不小于1.6mm，以免工作的時(shí)候由于載荷的作用被壓縮。而且軸承表面的尺寸公差要求比較高。如果滾針的尺寸不同，則會(huì)出現(xiàn)載荷分配不均勻的現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。所以所有的公差都要控制在0.003mm以內(nèi)。滾針的數(shù)量如果較少，則相互之間的縫隙就比較大，運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候就有被卡主的可能性，如果數(shù)量過(guò)多。在工作的時(shí)候有與發(fā)熱，也會(huì)出現(xiàn)卡滯的現(xiàn)象，一般合理的間隙值為0.009到0.095mm之間。對(duì)于滾針的長(zhǎng)度一般要求小于十字軸軸徑的長(zhǎng)度，這樣對(duì)其承載力具有提高的作用，同時(shí)也會(huì)減少應(yīng)力集中的現(xiàn)象。軸承在工作中的接觸應(yīng)力應(yīng)當(dāng)滿足使用的需求，計(jì)算公式如下：????=272(1??1+1??0)????????≤[????]上述公式中，d0表示所選擇滾針的直徑，選擇值為3mm，d1表示十字軸的軸徑尺寸，值為22mm，Lb表示滾針的工作長(zhǎng)度，計(jì)算公式為:????=???(0.5~1)??0其中L表示滾針的長(zhǎng)度。Fn表示在合力的作用下，單個(gè)滾針?biāo)惺艿妮d荷，計(jì)算公式如下：????=4.6??????公式中的i表示滾針的列數(shù)，Z表示滾針數(shù)。對(duì)于十字滾針，表面經(jīng)過(guò)處理之后，硬度能夠達(dá)到58HRC以上，所以去許用接觸應(yīng)力為3000~3200MPa。在本次設(shè)計(jì)的車型中，滾針的列數(shù)i取值為1，滾針數(shù)量z取值為45，則代入計(jì)算可得：????=9551.7??將其他參數(shù)代入進(jìn)行計(jì)算可得：????=3154??????<[????]根據(jù)計(jì)算可以看到，所選擇的十字滾針能夠滿足使用的要求。4.3十字軸總成的潤(rùn)滑十字軸總成在工作中會(huì)承受來(lái)自于傳動(dòng)系統(tǒng)較大的轉(zhuǎn)矩以及交變應(yīng)力，所以主要的損壞形式就是軸徑的磨損、折斷以及軸承的壓痕和剝落等。在一般的汽車維護(hù)中都會(huì)明確規(guī)定，中間軸承和滑動(dòng)叉需要使用潤(rùn)滑脂進(jìn)行定期潤(rùn)滑。而十字軸則明確要求使用齒輪油進(jìn)行潤(rùn)滑。齒輪油的主要特點(diǎn)就是油液的粘稠度較高，能夠形成致密的氧化膜，在高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，不會(huì)因?yàn)殡x心力的作用導(dǎo)致油膜被甩掉，潤(rùn)滑性能較好。同時(shí)能夠適應(yīng)一般高溫的環(huán)境，在壓力較大的工作場(chǎng)合也能夠形成潤(rùn)滑油膜。在十字軸中，由于軸承蓋的密封性，齒輪油也有可能會(huì)被甩出來(lái)，所以需要定期對(duì)萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行潤(rùn)滑，都是檢查各個(gè)地方的密封性。以確保十字軸能夠正常工作。5中間支撐裝置的設(shè)計(jì)在中間支持結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，合理的選擇滿足使用徑向剛度的彈性元件。同時(shí)其固有的頻率的產(chǎn)生臨界速度要低于傳動(dòng)軸的工作速度，避免由于頻率的相同而產(chǎn)生共振想象。一般大型載貨汽車的臨界轉(zhuǎn)速取值范圍在1000r/min到2000r/min之間。本次設(shè)計(jì)中，選擇的臨界轉(zhuǎn)速為1800r/min，并通過(guò)固有頻率的計(jì)算以及綜合考慮傳動(dòng)軸的共振臨界速度和附加彎矩等綜合參