汽车货箱及其传动轴总成设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

汽车货箱及其传动轴总成设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

2左凸块； 3右凸块； 4右万向节叉 等速万向节 1. 球叉式万向节 球叉式万向节按其钢球滚道形状不同可分为圆弧槽和直槽两种形式。 圆弧槽滚道型的球叉式万向节 (图 )由两个万向节叉、四个传力钢球和一个定心钢球组成。 两球叉上的圆弧槽中心线是以 O1和 O2为圆心而半径相等的圆， O1和 O2到万向节中心 O的距离相等。 当万向节两轴绕定心钢球中心 O转动任何角度时，传力钢球中心始终在滚道中心两圆的交点上，从而保证输出轴与输入轴等速转动。 这种球叉式万向节结构较简单，可以在夹角不大于 32176。 ～ 33176。 的条件下正常工作。 由于四个钢球在单向传动中只有两个传递动力，故单位压力较大，磨损较快。 另外，这种万向节只有在传力钢球与滚道之间具有一定的预紧力时，才能保证等 角速传动。 预紧力用选择不同尺寸级别的传力钢球来保证。 在使用中，随着磨损的增加，预紧力逐渐减小以至消失，这时两球叉之间便发生轴向窜动，从而破坏了 传动的等速性，严重时会造成钢球脱落。 毕业设计（论文） iii 图 球叉式万向节 a） 圆弧槽滚道型； b）直道滚道型 直槽滚道型球叉式万向节 (图 )，两个球叉上的直槽与轴的中心线倾斜相同的角度，彼此对称。 在两球叉间的槽中装有四个钢球。 由于两球叉中的槽所处的位置是对称的，这便保证了四个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。 这种万向节加工比较容易，允许的轴间夹角不超过 20176。 ，在两叉间 允许有一定量的轴间滑动。 圆弧槽型球叉式万向节主要应用于轻、中型越野车的转向驱动桥中。 直槽型球叉式万向节主要应用于断开式驱动桥中，当半轴摆动时，用它可补偿半轴的长度变化而省去滑动花键。 圆弧槽型球叉式万向节作为转向驱动桥的传力构件时，万向节旋转轴线应与车桥的轴线相重合，以避免发生万向节的摆动现象。 为了不至于在万向节转角接近最大值时，放置传力钢球的主、从动叉的交叉槽趋于平行位置导致钢球无法约束而自动散开，造成万向节装配关系的破坏，在设计时应使两叉的最大夹角大于车轮的最大转角，同时万向节中心应位于转向主销轴线上。 另 外，应保证在万向节处于最大转角时，各传力钢球与定心钢球之间不接触，至少使传力钢球与定心钢球在此情况下的间隙不小于 5mm，且使各钢球与万向节轴头均匀地预紧在一起，使得在任意方向旋转时能通过万向节的两个传力钢球来传递转矩，避免靠一个钢球来传递，从而防止产生过载现象。 2．球笼式万向节 球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。 早期的 Rzeppa 型球笼式万向节 (图 )是带分度杆的，球形壳 1 的内表面和星形套 3 的球表面上各有沿圆周均匀分布的六条同心的圆弧滚道，在它们之间装有六个传力钢球 2，这些钢球由球笼 4 保持在同一平面内。 当万向节两轴之间的夹角变化时，靠比例合适的分度杆 6 拨动导向盘 5，并带动球笼 4 使六个钢球 2 处于轴间夹角的平分面上。 经毕业设计（论文） iii 验表明，当轴间夹角较小时，分度杆是必要的；当轴间夹角大于 11176。 时，仅靠球形壳和星形套上的子午滚道的交叉也可将钢球定在正确位置。 这种等速万向节无论转动方向如何，六个钢球全都传递转矩，可在两轴之间的夹角达 35176。 ～ 37176。 的情况下工作。 目前结构较为简单、应用较为广泛的是 Birfield型球笼式万向节 (图 )。 它取消了分度杆，球形壳和星形套的滚道做得不同心，令其圆心对称 地偏离万向节中心。 这样，即使轴间夹角为 0176。 ，靠内、外子午滚道的交叉也能将钢球定在正确位置。 当轴间夹角为 0’时，内、外滚道决定的钢球中心轨迹的夹角稍大于11176。 ，这是能可靠地确定钢球正确位置的最小角度。 滚道的横断面为椭圆形，接触点和球心的连线与过球心的径向线成 45‘角，椭圆在接触点处的曲率半径选为钢球半径的 1． 03～ 1． 05倍。 当受载时，钢球与滚道的接触点实际上为椭圆形接触区。 由于工作时球的每个方向都有机会传递转矩，且由于球和球笼的配合是球 形的，因此对这种万向节的润滑应给予足够的重视。 润滑剂的使用主要取决于传动的转速和角度。 在转速高达 1500r／ min时，一般使用防锈油脂。 若转速和角度都较大时，则使用润滑油。 比较好的方法是采用油浴和循环油润滑。 另外，万向节的密封装置应保证润滑剂不漏出，根据传动角度的大小采取不同形式的密封装置。 这种万向节允许的工作角可达 42176。 由于传递转矩时六个钢球均同时参加工作，其承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便。 但是滚道的制造精度高，成本较高。 伸缩型球笼式万向节 (图 )结构与一般球笼式相近，仅仅外滚道为直槽。 在传递转矩时，星形套与筒形壳可以沿轴向相对移动，故可省去其 它万向传动装置中的滑动花键。 这不仅使结构简单，而且由于轴向相对移动是通过钢球沿内、外滚道滚动实现的，所以与滑动花键相比，其滚动阻力小，传动效率高。 这种万向节允许的工作最大夹角为 20176。 Rzeppa型球笼式万向节以前主要应用于转向驱动桥中， 目前应用较少。 Birfield型球笼式万向节和伸缩型球笼式万向节被广泛地应用在具有独立悬架的转向驱动桥中，在靠近转向轮一侧采用 Birfield型万向节，靠近差速器一侧则采用伸缩型球笼式万向节，以补偿由于前轮跳动及载荷变化而引起的轮距变化。 伸缩型万向节还被广泛地应用到断开 式驱动桥中。 毕业设计（论文） iii 图 球笼式万向节 a) Rzeppa 型； b） Birfield型； c）伸缩型 1 球形壳； 2钢球； 3星型套； 4球笼； 5导向盘； 6分度杆 挠性万向节 挠性万向节依靠其中弹性元件的弹性变形来保证在相交两轴间传动时不发生干涉。 弹性元件可以是橡胶盘、橡胶金属套筒、铰接块、六角环形橡胶圈等多种形状。 盘式挠性万向节的弹性元件通常是 4～ 12层的橡胶纤维或橡胶帘布片结构，并用金属零件加固。 在挠性万向节装配时，通常使纤维层依次错开，以便于当挠性盘变形时，保证纤维帘布层承受最小的力。 六角环形橡胶挠性万向节的橡胶与用钢或铝合金制成的金属骨架硫化在一起。 为了使橡胶与金属可靠地结合，在硫化之前，骨架镀一层黄铜覆盖层。 使用这种万向节时，为了保证高速转动时传动轴总成有良好的动平衡，常在万向节所连接的两轴端部设专门机构保证毕业设计（论文） iii 对正中心。 图。 这种结构中装有无需润滑的球形滑动对中轴承，如能正确选择轴承配合，可使其内部在装配后具有适当的预紧力。 为使万向节有必要的寿命，总是设法使其轴向位移引起的轴向力、侧向位移引起的侧向力和万向节工作角引起的力矩尽可能小，使挠性万向节 主要传递工作转矩。 有的结构允许有一定的轴向变形 (图 )。 当这种环形挠性万向节的轴向变形量满足使用要求时，可省去伸缩花健。 挠性万向节能减小传动系的扭转振动、动载荷和噪声，结构简单，使用中不需润滑，大多数用于两轴间夹角很小 (一般为 3176。 ～ 5176。 )和轴向位移不大的万向传动场合。 为了使万向节有必要的使用寿命，总是设法使其轴向位移引起的轴向力、侧向位移引起的侧向力和万向节工作角引起的力矩尽可能小，使挠性万向节主要传递工作转矩。 图 环形绕性万向节 a）具有球面对中机构； b）具有轴向变形 万向 传动的运动和受力分析 单十字轴万向节传动 单个十字轴万向节不是等速万向节，在两轴夹角不为零的情况下，不能传递等角速度转动，使主、从动轴的角速度周期性地不等。 当两轴存在一定夹角 α 时，主动轴的角速度与从动轴的角速度之间存在如下关系： 式中， φ 1为主动轴转角，定义为万向节主动叉所在平面与万向节主、从动轴所毕业设计（论文） iii 在平面的夹角。 由于 cosα 是周期为 2π 的周期函数，所以 ω 2／ ω 1，也为同周期的周期函数。 当 φ 1为 0、 π 时， ω 2达最大值 ω 2max。 且为 ω 1／ cosα ； 当 φ 1为 π ／ 3π ／ 2时， ω 2有 最小值 ω 2min。 且为 ω 1 cosα。 所以，单个十字轴万向节传动的不等速性是指主动轴转动是等角速度，而从动轴转动时快时慢。 十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数 k 来表示 如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩 T1和从动轴转矩 T2与各自相应的角速度有关系式 T1ω 1= T2ω 2，这样有 显然，当 ω 2／ ω 1最小时，从动轴上的转矩为最大 T2max=T1／ cosα ；当 ω 2／ ω 1最大时，从动轴上的转矩为最小 T2min=T1cosα。 当 Tl与 α 一定时， T2在其最大值与最小值之间每一转变化两次； 具有夹角α 的十字轴万向节，仅在主动轴驱动转矩和从动轴反转矩的作用下是不能平衡的。 这是因为这两个转矩作用在不同的平面内，在不计万向节惯性力矩时，它们的矢量互成一角度而不能自行封闭，此时在万向节上必然还作用有另外的力偶矩。 从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析可知，主动叉对十字轴的作用力偶矩，除主动轴驱动转矩 Tl之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩Tl′。 同理，从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩 T2和作用在从动叉平面的弯曲力偶矩 T2′。 在这四个力矩作用下，使十字轴万向节得以平衡。 下面仅讨论主动叉在两特殊位置时，附加弯 曲力偶矩的大小及变化特点。 当主动叉φ l 处于 0 和π 位置时 (图 )， 由于 Tl 作用在十字轴平面，Tl′必为零；而 T2 的作用平面与十字轴不共平面，必有 T2′ 存在，且矢量 T2′ 垂直于矢量 T2；合矢量 T2′ + T2 指向十字轴平面的法线方向，与 Tl 大小相等、方向相反。 这样，从动叉上的附加弯矩 T2′ = Tl sina。 当主动叉φ l 处于π／ 2和 3π／ 2位置时 (图 )，同理可知 T2′ =0，主动叉上的附加弯矩 Tl′ = Tl tana。 毕业设计（论文） iii 图 十字轴万向节的力偶矩 分析可知，附加 弯矩的大小是在零与上述两最大值之间变化，其变化周期为π ，即每一转变化两次。 附加弯矩可引起与万向节相连零部件的弯曲振动，可在万向节主、从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷，从而激起支承处的振动。 因此，为了控制附加弯矩，应避免两轴之间的夹角过大。 双十字轴万向节传动 由单十字万向节输入轴与输出轴转速关系可以看出，当输入轴与输出轴之间有一定夹角时，单十字万向节的两轴是不等速旋转的，这样给汽车传动带来了很大的麻烦，为了实现等速传动，汽车传动系中常采用双万向节传动的设计方案 (图)，图中 a)、 c） 共同特点是：两万向节叉应布置在同一平面内，且使两万向节夹角 α 1 与 α 2相等。 在双万向节传动中，直接与输入轴和输出轴相连的万向节叉所受的附加弯矩分别由相应轴的支承反力平衡。 当输入轴与输出轴平行时 (图 )，直接连接传动轴的两万向节叉所受的附加弯矩彼此平衡，传动轴发生如图 示的弹性弯曲，从而引起传动轴的弯曲振动。 当输入轴与输出轴相交时 (图 )，传动轴两端万向节叉上所受的附加弯矩方向相同，不能彼此平衡，传动轴发生如图 ，从而对两端的十字轴产生大小相等、方 向相反的径向力。 此径向力作用在滚针轴承碗的底部，并在输入轴与输出轴的支承上引起反力。 毕业设计（论文） iii 图 附加弯矩对传动轴的作用 等速万向节传动 在此仅分析目前在轿车上广泛采用的 Birfield型球笼式等速万向节的运动情况。 其等速传动原理如图 ，球形壳的内表面有六条凹槽，形成外滚道；星形套外表面有相应的六条凹槽，形成内滚道。 外滚道中心 A 与内滚道中心 B 分别位于万向节中心 O 的两边，且 OA=OB。 另外，钢球中心 C 到 A、 B 两点的距离也相等，保持架的内、外球面也以万向节中心为球心， 这样∠ COA=∠ COB ，即两轴相交任意交角 α 时，传力钢球都位于交角平分面上。 此时钢球中心到主、从动轴的距离 α 相等，从而保证了从动轴与主动轴以相等的角速度旋转。 本次设计的货车属于轻型，且多用于农村，结合在工厂看到的实物汽车，万向节选双十字轴万向节。 万向节设计 万向传动的计算载荷 万向传动轴因布置位置不同，计算载荷是不同的。 计算载荷的计算方法主要有三种，见表。 表 万向传动轴计算载荷 （ N m） 毕业设计（论文） iii 位置 设计方法 用于变速器与驱动桥 用于转向器驱动桥中 按发动机最大转矩和一档传动比来确定 m ax 11 d e fse k T ki iT n  m ax 12 2d e fse k T ki iT n  按驱动轮打滑来确定 221 0 rss mmG m rT ii  112 2 rss mmGm rT i  按日常平均使用转矩来确定 1 0 trsf mmFrT i i n 2 2 trsf mmFrT in 表 ， Temax 为发动机最大转矩； n 为计算驱动桥数，取法见表 ；i1为变速器一挡传动比； η 为发动机到万向传动轴之间的传动效率； k 为液力变矩器变矩系数， k=[(ko— 1)／ 2]十 1， ko 为最大变矩系数； G2为满载状。