汽车设计载货1.5吨商用车万向传动轴设计说明书

3.2 花键轴的设计............................ 14
3.21 传动轴花键的尺寸确定 ........................ 14 3.22 花键轴的齿侧挤压应力校核..................... 16
4 ．滚针轴承的设计............................. 17 5．法兰盘的设计 ............................... 20 6．连接螺栓的设计 ............................. 21 7.十字轴总成的润滑............................. 23
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8 .小结 ...................................... 24 9 . 参考文献.................................. 25
1. 结构方案选择
十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高， 生产成本低，但所连接的两轴夹角不宜太大。当夹角增加时， 万向节中的滚针轴承寿命将下降。 普通的十字轴式万向节主要由主动叉，从动叉，十字轴，滚针 轴承及轴向定位件和橡胶封件等组成 汽车上的万向传动轴一般是由万向节、 轴管及其伸缩花键 等组成。主要是用于在工作过程中相对位置不断变化的两根轴 间传递转矩和旋转运动。
故万向节叉承受弯曲和扭转载荷校核满足要求
2.5 传递效率的计算
十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角α ，十字轴的 支承结构和材料，加工和装配精度以及润滑条件等有关。当α ≤25°时，可按下式计算（取α =20°）
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d1 2tanα η 0=1-f（ r ） =1-0.1（18/37）2tan20°/3.14=98.9% π 根据相关要求选择 GCr15 的滚针轴承。
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图 1.1.2
在转向驱动桥中，由于驱动桥又是转向轮，左右半轴间的 夹角随行驶需要而变，这是多采用球叉式和球笼式等速万向节 传动。当后驱动桥为独立悬架结构时也必须采用万向节传动。 万向节按扭转方向是否有明星的弹性，可分为刚性万向节 和挠性万向节两类。刚性万向节又可分为不等速万向节（常用 的为普通十字轴式） ，等速万向节（球叉式、球笼式等） ，准等 速万向节（双联式、凸块式、三肖轴式等） 。 万向节传动应保证所连接两轴的相对位置在预计范围内变 动时，能可靠地传递动力，保证所连接两轴尽可能同步运转， 由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围 内。
3. 传动轴的设计
3.1 传动轴的设计
3.11 传动轴计算载荷的确定 万向传动轴因布置位置不同，计算载荷也不同。计算方法 主要有三种，见表三。
表 3-1 万向传动轴计算载荷 （NM）
矩形截面 W=
b h2 ; 6
Wt= k b 2 h H:矩形截面高， B:矩形截面宽。
位置 计算方法 按发动机最大 转矩和一挡传 动比确定 按驱动轮打滑 来确定 按日常平均使 用转矩来确定
m '1 =0.80-0.85，商用车：m '1 =0.75-0.90；Ft 为日常汽车行驶的平
均牵引力（N） ；if 为分动器传动比，取法见表四； k d =3，性能 系数 f t =0 的汽车： k d =1， f t >0 的汽车： k d =2。性能系数由 下式计算
ma g 1 ) 100 (16 0.195T e max ft 0
1.2 原始条件：
车型 驱动形式 发动机位置 最高车速 最大爬坡度 汽车总质量 满载时前轴负荷率 外形尺寸 轴距 前轮距 后轮距 迎风面积 轻型货车 FR4×2 前置 Umax=80km/h imax=30% ma=3370kg 35% L=2700mm B1=1400mm B2=1350mm A≈B1×Ha 总长 La×总宽 Ba×总高 Ha=5200*1900*2100mm3
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变速器 发动机
中间轴式、五挡 P=44kw T=160N.m
下图为用于汽车变速箱与驱动桥之间的不同万向传动方 案。
（a）单轴双万向节式
（b）两轴三万向节式
图 1.2 汽车的万向传动方案
如图 a 为常用的单轴双万向节传动，如图 b 为连接距离较 长且不宜于采用单轴双万向节传动的连接。由于参考车型轴距 为 2700mm，发动机为纵置，参考下图发动机长为 700mm,离合器 大概 100mm,变速器大概为 400mm， 驱动桥大概为 500mm， 再考虑 到万向传动轴的大约 20 度的倾角，传动轴设计为 1300mm 长的 一根轴。故选取如图 a 的传动方案。
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不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零时，输出 轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动，但平均角速 度相等的万向节。准等速万向节是指在设计角度下以相等的瞬 时角速度传递运动，而在其他角度下以近似相等的瞬时角速度 传递运动的万向节。输出轴和输入轴以始终相等的瞬时角速度 传递运动的万向节，称之为等速万向节。万向节分类如下图 2.1 所示：
为轮胎与路面间的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽
车，在良好的混凝土或沥青路上， 可取 0.85，对于安装防侧 滑轮胎的乘用车， 可取 1.25，对于越野车， 可取 1； rr 为车
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轮滚动半径（m） ；i0 为主减速器传动比； i m 为主减速器从动齿 轮到车轮之间的传动比； m 为主减速器主动齿轮到车轮之间的 传动效率； G1 为满载状态下转向驱动桥上的静载荷 （N） ；m '1 为 汽车最大加速度时的前轴负荷转移系数，乘用车：
用于变速器与驱动桥 之间
k d Te max ki1i f n
' G 2 m2 rr i0 im m
Tse1
K 与 h b 有关，按 表五取 K 取 0.246
Tss 1
Tsf 1
x 为发动机最大转矩（N.M） ；n 为计 算驱动桥数，取法见表四；i1 为变速器一挡传动比； 为发动机 到万向节传动轴之间的传动效率； k 为液力变矩器变矩系数， k=［ （k0-1）/2］+1，k0 为最大变矩系数；G2 为满载状态下一个 驱动桥上的静载荷（N） ；m2ˊ为汽车最大加速度时的后轴负荷 转移系数，乘用车：m2ˊ=1.2-1.4，商用车：m2ˊ =1.1—1.2；
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故十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件
2.4 万向节叉处校核
万向节叉，45 中碳钢，调质处理，与十字轴组成连接支承， 在力 F 作用下产生支承反力，在与十字轴轴孔中心线成 45°的 截面处，万向节叉承受弯曲和扭转载荷，其弯曲应力σ w 和扭应 力τ b 应满足
σ w=Fe/W≤[σ w] τ b=Fa/Wt≤[τ b]
i fg /2> i fd /3
i fg /2< i fd /3
i fd
对万向节传动轴进行静强度计算时，计算载荷 T s 取 Tse1 和
当 0.195
ma g <16 时 Te max ma g ≥16 时 Te max
当 0.195
表 3-2 n 与 if 选取表
车型
高挡传动比 i fg 低挡传动 比 i fd 的关系
if
n
4x4
i fg > i fd /2 i fg < i fd /2
i fg
1 2 2 3
i fd
i fg
6x6
目录
1．结构方案选择 ............................... 02
1.2 原始条件 ...................................... 03
2. 十字轴万向节的设计 .......................... 04
2.1 万向节类型的选择 ............................. 04 2.2 十字轴包尺寸选择 ............................. 05 2.3 十字轴受力及应力分析............................ 07 2.4 万向节叉处校核................................ 08 2.5 传递效率的计算 ................................ 08
2.2 十字轴包尺寸选择
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图 2.2
如图，设计十字轴万向节，由于我们载重质量 1.5t,所以选 用第一组数据。 1 滚针轴承 滚针长度为 Lb=16mm，滚针有效工作长度为 L=14mm，滚 针直径为 d=3mm,滚针数为 n=22. 2 十字轴 取十字轴轴颈直径 d1=18mm， 端面距为 H=90mm， ， 十字轴 油道孔直径 d2=6mm， 合力 F 作用线到轴颈根部的距离 s=10mm, 十字轴中心到受力点的距离 r=37mm 3 轴承套 轴承套外径 D 套=32mm，轴承套的厚度 C=4mm, 4 花键工作长度
a=20° F=12010N
式中，取 a=30mm,e=45mm,b=30mm,h=60mm,，取 k=0.246,W=bh2/6, Wt=khb2, 弯曲应力的许用值[σ w]为 50-80Mpa，扭应力的许用值[τ b]为 80-160 Mpa
图 2.4
∴σ w=Fe/W=60.5 Mpa< [σ w] τ b=Fa/Wt =54 Mpa<[τ b]
w 和切应力τ
应满足
4F τ = ≤[τ ] π (d21-d22) 式中，[σ w]为弯曲应力的许用值，为 250-350Mpa， 【t】为切应 力许用值在 80-120Mpa 之间。
∴σ w=
32d1Fs =170Mpa<[σ w] π （d14-d42）
4F τ = =53.12Mpa<[τ ] π (d21-d22)
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118mm;
2.3 十字轴受力及应力分析
d1=18mm d2=6mm ① 设作用于十字轴轴颈中点的力为 F，则 s=10mm 万向节叉最大允 许角为 20 度
图 2.3
a=20° F= T1/2rcosα =835.2/(2*0.037*cos20°)=12010N ② 十字轴轴颈根部的弯曲应力σ σ w= 32d1Fs ≤[σ w] π （d14-d42）
万向节
刚性万向节
不等速万向节
准等速万向节
等速万向节 挠
十 字 轴 式 双 联 式 凸 块 式
三 销 轴 式
球 面 滚 轮 式 球 叉 式 球 笼 式
性 万 向 节
样 图 2.1 万向节的分类
由于十字轴式万向节具有结构简单、传动可靠、效率高、 且制造成本低，被广泛应用于各类汽车的传动系统中。根据本 设计适用的车型，选用十字轴式万向节。
3．传动轴的设计 ............................... 09 3.1 传动轴的设计............................ 09
3.11 传动轴计算载荷的确定过程...................... 09 3.12 传动轴的计算载荷 ........................... 11 3.13 传动轴的临界转速 ........................... 12 3.14 传动轴的内外径选择.......................... 13 3.15 传动轴扭转强度校核.......................... 13
图 1.1.1
在动机前置后轮驱动的汽车上，由于工作时悬架变形，驱 动桥主减速器输入轴与变速器输出轴间经常有相对运动，普遍 采用万向节传动。当驱动桥与变速器之间相距较远，使得传动 轴的长度超过 1.5m 时， 为提高传动轴的临界速度以及总布置上 的考虑，常将传动轴断开成两段或三段，万向节用三个或四个。 此时，必须在中间传动轴上加设中间支承。
2．十字轴万向节的设计
2.1 万向节类型的选择
万向节是转轴和转轴之间实现变角度传递动力的基本部 件，按其在扭转方向上是否有明显的弹性，可分为挠性万向节 和刚性万向节。刚性万向节的动力是靠零件之间的铰链式连接 传递的；而挠性万向节的动力则靠弹性零件传递的，且有一定 的缓冲减振作用。刚性万向节根据其运动特点又可分为不等速 万向节、 准等速万向节和等速万向节和等速万向节三种形式[11]。