中型货车万向节与传动轴设计
万向传动轴设计说明书
万向传动轴设计说明书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...........................................................................02 1.1 结构方案选择............................................................03 1.2 计算传动轴载荷.........................................................04 1.3 十字轴万向节设计......................................................05 1.4传动轴的计算与强度校核.............................................08 1.4.1传动轴...............................................................08 1.4.2花键轴...............................................................09 1.5 参考文献 (10)1. 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。
第5章 万向节与传动轴设计
3）将传动轴做成空心的（无缝钢管或1.5～3mm厚的 薄钢板卷焊）
35
提高传动轴动平衡的方法
传动轴两端点焊平衡片
❖扭转强度 应保证有足够的扭转强度, 轴管的扭转切应力应满足
c
16 DcT1
( Dc4
d
4 c
)
c
300 MPa
36
37
38
2n
按驱动轮打滑 来确定
按日常平均使 用转矩来确定
TSS1
G2m2 i0imm
rr
TSF1
Ft rr i0immn
TSS2
G1m1 rr 2i m m
TSF 2
Ft rr 2i mm n
静强度计算时, 计算载荷TS取TSe1和TSS1 （或TSe2和TSS2 ）的较小 值；
进行疲劳寿命计算时, 计算载荷TS取TSF1或TSF2。
12
十字轴万向节构造
• 万向节叉 十字轴、套筒、轴承盖
万向节叉
套筒
十字轴
13
速度特性
当叉轴1以等角速度
1旋转，A点的瞬
时线速度可求:
A= 1r=
2rcos
2> 1
当叉轴1转过900后，
B点的瞬时线速度可
求:
B= 1rcos =
2r
2<
1
不等速性
14
不等速性曲线图
15
准等速万向节
2.双联式万向节
0
1
f
d1 r
2 tan
( 25时)
❖通常约为97%～99％
30
三、球笼式万向节设计
Rzeppa型球笼式万向节设计
假定六个传力钢球均匀受载，则钢球的直径 可按下列经验公式确定:
万向节和传动轴设计
万向节和传动轴设计1.引言万向节是一种能够在不同角度传动转矩和旋转动力的机械零件，主要用于在非直线传输轴或传动系统中实现旋转传动。
传动轴则是将功率从原动机传递到负载的一种传动装置。
在机械设计中，万向节和传动轴的设计至关重要，因为它们直接决定了传输系统的力学性能和运动传动的效率。
本文将详细介绍万向节和传动轴的设计原理及其在实际工程中的应用。
2.万向节的设计原理和应用万向节的设计原理基于其能够在多个平面上旋转，如X、Y和Z轴，从而实现非常灵活的角度传输。
万向节通常由两个旋转连接部分组成，具有两个旋转轴。
其中一个旋转轴称为输入轴，另一个旋转轴称为输出轴。
两个旋转轴的交点称为万向节的中心。
通过合理设计万向节的结构，可以实现不同的角度传输和旋转。
万向节广泛应用于汽车工业、航空航天、船舶和机械制造等领域。
在万向节的设计中，需要考虑以下几个方面：1)承受的转矩：根据传动系统的需求，确定万向节需要承受的转矩大小。
这个参数将直接影响到万向节的尺寸和材料选择。
2)角度范围：确定万向节需要实现的角度传输范围。
这个参数将决定万向节的结构设计。
3)装配空间：根据实际的装配空间限制，确定万向节的尺寸和形状。
3.传动轴的设计原理和应用传动轴是将原动机的动力传递到负载的一种传动装置。
传动轴的设计原理基于承受和传递转矩的难度及传输效率的要求。
在传动轴的设计中，需要考虑以下几个方面：1)轴材料的选择：根据传动系统的要求，选择合适的轴材料。
常用的轴材料有铁、钢和铝等。
材料的强度和刚度是选择的重要考虑因素。
2)圆整度和平行度：传动轴的圆整度和平行度对传动的效率和平稳度有很大影响。
在轴的制造过程中，需要保证其圆整度和平行度的要求。
3)轴的结构设计：根据传动系统的要求，确定轴的结构设计。
包括轴的直径、轴的长度、轴的形状等。
传动轴广泛应用于各种机械传动系统中，如汽车变速器、工业机械和机床。
在设计传动轴时，需要综合考虑功率传输、转速、扭矩、材料的选择和轴的结构设计等因素，以满足传动系统的要求。
万向节和传动轴设计
§4-6 中间支承结构分析与设计
1.开式：单式复式2.闭式：万向节被密封于管内，管承受驱动轴反力（独立悬架采用）
应合理选择CR，避免共振
§4-6 中间支承结构分析与设计
中间支承固有频率
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感谢阅读万向节：圆弧槽型球叉式万向节：传动夹角小于33°，磨损快，用于轻中型越野车转向驱动桥；直槽滚道型球叉式万向节：传动夹角小于20°，可以略微伸缩，用于断开式驱动桥
三、等速万向节
2.球笼式万向节：Birfield型球笼式万向节（RF节）：承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便，应用最广泛，用于独立悬架转向驱动桥靠近转向轮一侧。
一、单十字轴万向节传动
2.转矩变化若T1为常数，则
一、单十字轴万向节传动
3.附加弯曲力偶矩变化1）1=0°，180°时，则T2'= T1sinα，最大；2）1=90°，270°时，则T1'= T1tgα ，最小；因此，主、从动轴受到周期作用的附加弯曲力偶矩，其周期比主动轴转速大一倍（π），在主从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷（振动）。
三、等速万向节
2.球笼式万向节：伸缩型球笼式万向节（VL节）：外滚道为直槽，可伸缩，省去滑动花键，结构简单，效率高；用于独立悬架转向驱动桥靠近主减速器一侧。
四、挠性万向节
特点：能减小扭转振动、动载荷、噪声结构简单，不用润滑用于两轴间夹角不大（3～5°），轴向位移小的场合
四、挠性万向节
用途：轿车三万向节传动中的靠近变速器的第一节；重型汽车发动机与变速器之间；越野车变速器与分动器之间，以消除制造安装误差和车架变形对传动的影响。
二、准等速万向节
2.凸块式万向节 特点：相当于双联式万向节，工作可靠，加工简单，允许的夹角较大（50°），工作面为全滑动摩擦，效率低，易磨损，对密封和润滑要求高。 用途：多用于中型以上越野车转向驱动桥。
传动轴和万向节设计
传动轴和万向节设计一、传动轴的结构传动轴是连接发动机和驱动轴的重要传动部件，其主要结构包括中心轴、连接部件和连接套管。
中心轴是传动轴的主体，其外形通常为圆柱形。
连接部件用于连接中心轴与其他传动部件，常用的连接方式有接合螺母和套筒连接。
连接套管则用于安装传动轴，起到支撑和保护的作用。
二、传动轴的设计要求传动轴作为汽车传动系统的关键零部件，其设计需要满足以下几个主要要求：1.良好的刚度和强度：传动轴在传递发动机动力的同时，还需要承受车辆行驶过程中的各种载荷。
因此，传动轴的设计需要保证足够的刚度和强度，以防止变形和断裂。
2.良好的动平衡性能：传动轴在高速旋转过程中会产生振动和不平衡力，对汽车驾驶稳定性产生不利影响。
因此，传动轴的设计需要考虑动平衡性能，采取相应的平衡措施。
3.重量轻、体积小：随着汽车动力性能和燃油经济性要求的提高，传动轴的质量也要求尽量减小，以减轻整车质量，提高燃油经济性。
4.良好的耐久性和可靠性：传动轴在汽车使用过程中会受到多种因素的影响，如冲击、杂乱加载和腐蚀等。
因此，传动轴的设计需要保证其良好的耐久性和可靠性，减少故障发生的概率。
三、万向节的结构和工作原理万向节用于连接传动轴和车轮之间，是一种能够在不同角度下实现传动的装置。
常见的万向节结构有三个球式和常角度式两种。
其中，三个球式万向节是一种可以实现任意角度传动的结构，由两个内圈、两个外圈和三个转动球组成。
常角度式万向节则适用于需要固定角度传动的场合，常用于前驱汽车。
万向节的工作原理是通过球和轴之间的球座和滚道实现传递动力。
当传动轴转动时，球会在轴上转动，通过球面与内圈、外圈的滚道接触传递动力。
相对于三个球式万向节，常角度式万向节的结构相对简单，其工作原理类似。
四、常见问题及解决方法1.传动轴产生振动：造成传动轴振动的原因有很多，可能是由于不平衡、轴材质问题或连接部件松动等原因。
解决方法可以是进行动平衡修正或更换质量较好的传动轴。
万向节与传动轴的标准
万向节与传动轴标准一、尺寸标准1. 万向节的尺寸应符合设计图纸的要求，尺寸偏差应在允许范围内。
2. 传动轴的长度、直径、偏心距等尺寸应符合设计图纸的要求，尺寸偏差应在允许范围内。
二、材料标准1. 万向节与传动轴的材料应具有足够的强度和韧性，以承受传动过程中的力和扭矩。
2. 材料应具有良好的耐磨性和抗疲劳性能，以适应长期使用的需求。
3. 材料应具有较好的耐腐蚀性能，以适应各种环境条件下的使用。
三、结构设计标准1. 万向节的结构设计应符合设计图纸的要求，确保传动轴在旋转过程中具有正确的传动方向和稳定的传动状态。
2. 传动轴的结构设计应合理分布载荷，减小应力集中，提高抗疲劳性能。
3. 结构设计应考虑制造工艺的可行性，便于加工和装配。
四、制造工艺标准1. 万向节的制造工艺应包括锻造、切削、热处理、表面处理等环节，确保产品质量和性能。
2. 传动轴的制造工艺应包括切割、锻造、切削、热处理等环节，确保产品质量和性能。
3. 制造工艺应遵循相关标准和规范，确保产品质量符合要求。
五、性能测试标准1. 万向节与传动轴的性能测试包括力学性能、动力学性能、耐久性等方面的测试。
2. 测试应在符合产品设计要求的条件下进行，以确保产品在实际使用中的性能表现。
3. 测试结果应符合相关标准和规范的要求，确保产品质量合格。
六、耐久性标准1. 万向节与传动轴的耐久性应符合设计要求，能够在规定的使用寿命内保持良好的性能。
2. 耐久性测试应包括模拟实际使用条件的长期试验，以评估产品的使用寿命。
3. 产品的耐久性应与安全性相结合考虑，以确保产品的可靠性。
七、安全性标准1. 万向节与传动轴的设计和制造应遵循相关安全标准和规范，确保产品在使用过程中的安全性。
2. 产品应配备必要的安全保护装置和警示标志，防止意外事故的发生。
3. 在产品的使用过程中，应定期进行安全检查和维护，确保产品的安全性能。
八、维护保养标准1. 万向节与传动轴的维护保养应定期进行，以确保产品长期保持良好的性能。
毕业论文（设计）载重汽车传动轴结构分析与设计
诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名：年月日毕业设计任务书设计题目：载重汽车传动轴结构分析与设计系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号：112011320学生：指导教师（含职称）：（高工）1．设计的主要任务及目标通过调研和查阅相关资料文献，掌握汽车传动轴主要用途和工作原理。
应用所学相关基础知识和专业知识，分析汽车传动轴结构、载荷，对主要受力件强度进行计算分析。
应用三维软件或二维绘图软件完成装配和重要零件结构设计，并编写毕业设计论文。
2．设计的基本要求和内容1）掌握汽车传动轴的结构及工作原理。
绘制结构简图和原理简图；2）对汽车传动轴关键零件进行计算分析；3）绘制汽车传动轴的总成图；4）绘制汽车传动轴1-2个零件图；5）编写毕业设计论文，总结设计取到的效果与体会，提出自己的论点和改进建议等。
3．主要参考文献[1] 王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004.[2] 于志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2005.[3] 刘维信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2003.4．进度安排序号设计各阶段名称起止日期1 调研、查阅参考文献，收集资料，理解课题目标，确定设计思路，完成开题报告2014.12.01至2014.12.222 毕业设计开题报告检查，毕业设计开题辅导至2015.01.103 结构原理分析计算，设计毕业，准备中期检查至2015.04.204 完成毕业设计论文编写，准备中期检查至2015.05.205 设计、计算及图纸完善，论文整理，准备答辩至2015.06.05 审核人：年月日载重汽车传动轴结构分析与设计摘要：此设计论文在系统的介绍汽车传动轴的组成机构及其运作方式的基础之上，对载重汽车传动轴的机械部分主要零件进行具体的结构分析，其中包括万向节，滑动花键，中间支撑，轴管，从而深度理解并掌握载重汽车传动轴的结构原理及运作方法。
基于轻卡某重载版车型万向传动轴设计分析
10.16638/ki.1671-7988.2017.21.020基于轻卡某重载版车型万向传动轴设计分析孙庆义（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：汽车万向传动轴装置的作用是实现一对轴线相交且相对位置经常变化的转轴之间的动力传递。
文章基于轻卡某重载版3845mm轴距的产品，首先对万向节及中间支撑等万向传动轴的主要零部件进行介绍，然后利用发动机扭矩、变速箱速比确定万向传动轴规格，最后将钢板弹簧刚度等相关参数用作图法对万向传动轴的当量夹角等参数进行设计确认。
关键词：轻卡；万向传动轴；作图法；当量夹角中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)21-55-03Design and analysis of universal transmission shaft based on light truck heavy plate modelSun Qingyi( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )Abstract: Automobile universal transmission shaft device is a rotating shaft on the dynamic between the intersection and the relative position of constantly changing transmission. In this paper, a 3845mm light truck wheelbase based products, first of all the main components of the universal joint and intermediate support universal transmission shaft are introduced, and then use the engine torque, transmission speed determine universal transmission the shaft size, stiffness and other related parameters on the mapping method of universal drive shaft equivalent angle and other parameters were designed to confirm. Keywords: light truck; universal transmission shaft; the mapping method; equivalent angleCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)21-55-03引言发动机动力总成所产生的原动力，经过变速箱减速增大扭矩或换向后，通过传动轴装置传递到后桥总成，进而驱动后轮旋转，克服前进阻力。
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学科门类：单位代码：毕业设计说明书（论文）中型货车万向节与传动轴设计MEDIUM V ANS’ UNIVERSAL AND SHAFT DESIGN学生姓名所学专业班级学号指导教师XXXXXXXXX系二○**年X X月开题报告一、选题的目的、意义和研究现状二、研究方案及预期结果三、研究进度四、主要参考文献五、指导教师意见摘要万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还需加装中间支承。
本设计主要研究中型货车变速器与驱动桥之间的万向传动装置。
该设计是以万向传动装置的结构与工作原理为基础，采用有限元分析、理论研究与实际研究、定性与定量分析等方法计算出较为合理的万向节与传动轴结构。
并用文字叙述与图表说明相结合的方法阐述了万向传动装置的构造及所选基本尺寸，然后计算了万向节的转矩，对十字轴上的力以及十字轴颈根部的弯曲应力和切应力进行强度校核，其中应用有限元分析的方法对中间传动轴进行应力分析，并绘制出了传动轴的受力云图。
对十字轴滚针轴承进行接触应力和滚针所能承受的最大载荷的计算，以适合十字轴的使用；对万向节叉与十字轴连接支承时产生的作用反力，对其万向节叉承受弯曲和扭矩载荷进行校核，以达到使用强度。
确保其在正常使用的情况下，拥有更长的使用寿命。
关键词：中型货车；万向传动装置；十字轴式万向节；伸缩花键AbstractUniversal transmission device is generally composed by universal and shaft, and sometimes it also needs to install middle supporting. This design mainly studies about the medium van’s transmission and the universal transmission between axles.It is based on universal transmission device structure and working principle, and calculates the universal shaft and the reasonable structure by finite element analysis, theoretical research , practical research, the qualitative and quantitative analysis. Use text and illustrations method combining describes the structure ,universal transmission device and selected basic dimensions. Then calculate the torque, and compare the bending stress and shear stress intensity of universal shaft and the roots of the neck. Use application of the finite element analysis method in stress analysis of intermediate shaft transmission and mapped the stress contours. The cross axis needle bearing on contact stress and needle roller can withstand the maximum load calculation for the use of spiders. Compare the cardan shaft supporting the role of the reverse force, cardan sustaining bending and torque load test, in order to achieve intensity. To ensure the service life be longer by normal use in the circumstances.Key words:medium truck；universal driving device；cardan universal joint；slip join目录绪论 (11)1 万向传动装置结构方案分析 (12)1.1 中型货车主要参数选择 (12)1.2 总体设计方案 (12)1.2.1 传动轴管选择 (14)1.2.2 伸缩花键的选择 (14)1.2.3 万向节分析 (15)1.2.4 中间支承结构分析与设计 (16)2万向节的分类 (18)2.1 不等速万向节 (18)2.2 准等速万向节 (19)2.3 等速万向节 (19)3 万向节的设计与强度校核 (20)3.1 万向节结构与尺寸设计 (20)3.1.1 基本构造与基本原理 (20)3.1.2 确定十字轴尺寸 (20)3.1.3 十字轴万向节的传动效率 (21)3.2 万向节强度校核 (21)3.2.1 十字轴万向节运动和受力分析 (21)3.2.2 十字轴万向节传动的附加弯矩和惯性力矩 (22)3.2.3 十字轴万向节传动的弯曲应力与剪切应力 (25)4万向传动轴设计及强度校核 (29)4.1 传动轴的临界转速 (29)4.2 传动轴长度选择 (32)4.3 传动轴管内外径确定 (32)4.4 传动轴扭转强度校核 (32)4.5 花键内外径确定 (33)4.6 花键挤压强度校核 (34)5基于CATIA的有限元分析 (35)5.1 设计零件模型 (35)5.2 生成静态分析 (35)6 技术与经济性分析 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢 (40)绪论随着汽车行业的渐成熟，特别是近几十年来汽车工业大发展以来，汽车行业对世界经济的发展和人类社会的进步产生了巨大影响。
现今生活中，汽车的普及极大的扩大了人们的活动范围也加快的人们的生活节奏。
如今，汽车成为了人类生活中不可或缺的一部分。
在过去的几十年中，发达国家一辆新车的零售价上涨了100%，而个人平均收入只增加了50%。
为确保在2015年广大人民仍旧能够买得起车并且让制造商有利可图，汽车制造商需要将每辆汽车的制造成本降低1500欧元左右。
降低成本的措施包括对生产工艺进行简化和标准化，以及生产低成本汽车。
现今，汽车的设计的形势要求提高汽车的技术水平，使其承载能力更强，动力性更好，污染更少使用性能更好，更安全，更可靠，更经济舒适。
本设计的研究对象是中型货车的万向传动装置，其作为汽车传动系统中的重要部件，零件的结构方案、材料的选择、所受力的分析是本设计探讨设计的重点。
万向传动装置一般由万向节和轴管及伸缩花键等零部件所组成，如果是轴距较长的车辆，为了使传动轴的临界转速得到提高和避免共振，还需要装有中间支承。
万向传动装置在汽车上应用的比较广泛，主要功用是在工作过程中相对位置不断变化的两根轴之间传递转矩和旋转运动。
当车型是发动机前置后驱时，万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间；而前置发动机前轮驱动的汽车省略了传动轴，万向节安装在前桥半轴与车轮之间。
在万向传动装置的工作过程中，输出轴绕自身轴的旋转的动力来源是由输入轴绕其轴的旋转提供的。
万向节允许被连接的零件之间存在相应的夹角并在一定范围内变化来满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化。
本文主要进行4x2前置后驱中型货车的万向节与传动轴设计。
该类车上万向传动装置安装在变速器与驱动桥之间，且两者之间距离较远的情况下，将传动轴分成主传动轴和中间传动轴两端，并用三个十字轴式万向节相连，且在中间传动轴后端加装上中间支撑。
1 万向传动装置结构方案分析1.1 中型货车主要参数选择表1-1 主要参数选择Table 1-1 to choose the main parameters发动机最大转矩（T emax）318N∙m发动机到万向轴之间传动效率（η）0.90满载状态下一个驱动桥静载荷（G2）54498N变速器一档传动比 6.38变速器五档传动比0.79主减速器传动比 3.95车轮滚动半径（m）0.476主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率(ηm) 0.92汽车最大加速度时后轴负荷转移系数（m2‘） 1.2计算驱动桥（n）1最大变矩系数（k0）3轴距3360前、后轮距1760、1610（mm）货车自重 1.8t载重量 6.5t猛接离合器所产生的动载荷系数（k d）11.2 总体设计方案汽车在行驶的过程中，由于车辆上发动机的振动和行驶路面的不平的冲击等因素引起弹性悬架系统的振动，导致变速器的输出轴和驱动桥的输入轴之间的相对位置经常发生变化，所以两根轴之间不能采用刚性的连接，而一般采用由万向节、轴管及伸缩花键等组成的万向传动装置来连接。
其安装在变速器与驱动桥之间，位置如图1-1所示。
伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化，使两轴在不同工况下能正常的工作。
较为常见的万向节一般由十字轴、滚针轴承和凸缘叉等组成。
万向节可保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴之间夹角的变化，并实现两轴的等角速传动。
万向传动轴设计应满足的要求：（1) 确保两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠的传递动力。
（2）保证传动尽可能同步，两轴的转速尽可能一样。
（3）振动噪音以及附加载荷（万向节传动引起的）在允许范围内。
（4)传动效率高，使用寿命长、结构简单、制造方便、维修容易[1]。
汽车中传动轴的选择可根据车型的不同来选择相应形式的传动轴，车辆中，一般情况下，驱动形式为4×2的汽车时所选用传动轴为一根主传动轴。
6×4驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。
6×6驱动形式的汽车不仅有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴，而且还有前桥驱动传动轴。
在轴距较长的汽车上所选用的传动轴形式是将传动轴分成主传动轴与中间传动轴两段，并且为了提高传动轴临界转速，避免共振以及考虑整车总体布置上的需要，一般情况下在中间传动轴后端安装上中间支承。
中间支承是由支承架、轴承和橡胶支承组成。
这样，可避免因传动轴过长而产生高转速下的共振，提高了传动轴的工作可靠性。
传动轴在工作过程中做高转速运动且少有支撑体，用其来传递角度不断改变的两根轴间的转矩和旋转运动。
传动轴在高速旋转时，由于离心力的作用将产生剧烈振动。
因此，当传动轴与万向节装配后，必须满足动平衡要求。