1、中型货车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计摘要关键词目 录1 概述021.1 结构方案选择031.2 计算传动轴载荷041.3 十字轴万向节设计051.4传动轴的计算与强度校核081.4.1传动轴081.4.2花键轴091.5 参考文献101. 概述万向传动轴一般是由万向节、传动轴和中间支承组成。主要用于在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。万向传动轴设计应满足如下基本要求： 1. 保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。 2. 保证所连接两轴尽可能等速运转。3. 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。 4. 传动效率高，使用寿
2、命长，结构简单，制造方便，维修容易等。变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴之间普遍采用十字轴万向传动轴。在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴。当后驱动桥为独立的弹性，采用万向传动轴。 原始条件：车型 中型货车驱动形式 FR42发动机位置 前置、纵置最高车速 Umax=90km/h最大爬坡度 imax28%汽车总质量 ma=9290kg满载时前轴负荷率 25.4%外形尺寸 总长 La总宽 Ba总高 Ha=691024702455mm3轴距 L=3950mm前轮距 B1=1810mm后轮距 B2=1800mm迎风面积 AB 1Ha空气阻力系数 CD=0.9轮胎规格 9.0020 或 9.0R20离合
3、器 单片干式摩擦离合器变速器 中间轴式、五挡1.1 结构方案选择本设计所选车型为中型货车，轴距为 3950mm，所以传动轴选中主传动轴与中间传动轴两段轴，避免由于传动轴过长时固有频率会降低而产生共振，并加设中间支承。考虑到轴与轴同心以及车架变形，采用十字轴式万向传动轴，为避免运动干涉，在传动轴中设有有滑动叉和花键轴组成的伸缩节。中间支承万向传动轴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：1. 组成：由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承、轴向定位件和橡胶密封件；2. 特点：结构简单、
4、强度高、耐久性好、传动效率高、成本低，但夹角不宜过大；3.轴向定位方式：盖板式，卡环式，瓦盖固定式，塑料环定位式；4. 润滑与密封：双刃口复合油封，多刃口油封。1.2 计算传动轴载荷11demaxfsekTin210 rsmGTi发动机最大转矩:ax954eemaxpPTn3axmaxmax1( )36076140areTgfGAPU5.emaxNM驱动桥数 n=1，发动机到万向传动轴之间的传动效率 =0.9，猛接离合器所产生的动载系数 ：dKmaxmaxax1(60.95)0.1956.eej eggTf=0; 所以 =1，jfdK液力变矩器变矩系数 k=(k0 -1）/2+1=1, 变速器
5、一挡传动比 =7.31,1i分动器传动比 =1f满载状态下一个驱动桥上的静载荷 G1=（1-25.4% ）m ag=67917.3N，发动机最大加速度的前轴转移系数 =1.2，2轮胎与路面间的附着系数 =0.85，车轮滚动半径 rr=0.48,主减速比 i0=6.33主减速器从动齿轮到车轮之间传动比 im=4.5,主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率 m=0.9所以： 1239.5seTNm7.sT 1=min Tse1, Tss1 T 1= 297.1sNm1.3 十字轴万向节设计确定十字轴尺寸：查阅汽车设计等资料，结合其他汽车的十字轴万向节尺寸，选定下面的十字轴参数。确定滚针轴承尺寸：根据已
6、知条件选取滚针轴承 WN2532T。 作用于十字轴轴颈中点的力为 F，则12cosTFr 为万向传动轴的最大夹角 ，18F= 17049.16N 十字轴轴颈根部的弯曲应力 w 和切应力 应满足 w= w32d1Fs （ d14-d42）= 4F (d21-d22)合力 F 作用线到轴颈根部的距离 s=13.5mm， w为弯曲力的许用值，为 250-350Mpa，为切应力的许用值，为 80-120 Mpa w=151.71 Mpa w=38.71Mpa故十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件 十字轴滚针的接触应力应满足： j=272 j式中，滚针直径 d0=3mm，滚针工作长度 Lb=L-
7、(0.151.00) ，L 为滚针工作长度，取 Lb 为 20.3mm，0d在合力 F 作用下一个滚针所受的最大载荷 Fn= ：4.6FiZi 为滚针列数，取一列；Z 为每列中的滚针数，近似计算取为 28， =2800.93N,n所以 j=1952.18 Mpa当滚针和十字轴轴颈表面硬度在 58HRC 以上时，许用接触应力为3000 3200MPa 。即： j j故十字轴滚针轴承的接触应力校核满足。 万向节叉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 w 和扭应力 b应满足 w=Fe/W w b=Fa/Wt
8、b查表，取 k=0.246,W=bh26；W t=khb2, 所以 W=292008 ； =5986.23mt 3m弯曲应力的许用值 w为 50-80Mpa，扭应力的许用值 b为 80-160 Mpa w= 2.57Mpa w b= 68.35Mpa b故万向节叉承受弯曲和扭转载荷校核满足要求。 十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角 ，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 25时，可按下式计算（=18 ） 102tan()dfrf 为轴颈与万向节叉的摩擦因数，滚针轴承 f=0.050.10，取 f=0.09，=98.14%0通常情况下，十字轴万向节传动效率约为 97%
9、99%。1.4 传动轴的计算与强度校核1.4.1 传动轴传动轴的临界转速为nk=1.2108 2cLdD在设计传动轴时，取安全系数 K= 1.5K= nk/nmax=1.5，=3000r/min,max5wi=4500r/minkn为传动轴长度(mm)，即两万向节中心的距离， 和 分别为传动轴轴管的CL cDd外、内径(mm) 。根据轴距 L=3950mm,初选传动轴支承长度 为（1550 3.5）mm，花键轴长CL度应小于支承长度，满足万向节与传动轴的间隙要求，取花键轴长度为（5002.0）mm。传动轴经常处于高速旋转状态下，所以轴的材料查机械零件手册选取40CrNi，适用于很重要的轴，具有
10、较高的扭转强度。传动轴管由低碳钢板制壁厚均匀、壁薄（1.53.0mm） 、管径较大、易质量平衡、扭转强度高、弯曲刚度高、适用高速旋转的电焊钢管制成。=8116.92cDd又 mmc35.1根据电焊钢管外径 60 95mm 的标准资料（从冶金部标准 YB242 63 中选取） 取 =66mm，则 =61.3mm，圆整后 =61mm。cD286.9ccdcd传动轴扭转强度校核。由于传动轴只承受扭转应力而不承受弯曲应力，所以只需校核扭转强度。轴管的扭转应力 c= c)(164cdDT式中 c=300 Mpa=1297.1 1sTNm c=85.05 Mpa c轴管的扭转应力校核符合要求.1.4.2
11、花键轴 对于传动轴上的花键轴，通常以底径计算其扭转应力 h，许用应力一般按安全系数 23 确定。 h = 316dT为花键内径，hd取安全系数为 2.25，= 37.8MPa2.5ch37.8MPa316hdT55.9mm由于花键齿侧许用挤压应力较小，所以选用 Lh 较大尺寸的花键，查GB/T1144-2001,取花键内径 =56mm，花键外径 =62mm，键齿宽hdhDB=10mm，花键齿数 =8，花键有效工作长度 =140mm0nL 传动轴花键的齿侧挤压应力 y应满足 y10()()42yhhhTKDdLn式中,取花键转矩分布不均匀系数 K=1.35,当花键的齿面硬度大于 35HRC 时：许用挤压应力 y=25-50 Mpa y=17.67MPa y传动轴花键的齿侧挤压应力 y满足要求1.5 参考文献：1 王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，2004.82 纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，2006.53 刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.14 羊拯民.传动轴和万向节. 北京：人民交通出版社，1986，10
