汽车传动轴设计

目录

摘要 (2)

第一章概述 (3)

1万向传动轴设计要求 (3)

第二章万向节结构方案分析 (3)

1万向节分为刚性万向节和挠性万向节 (3)

2准等速万向节 (4)

3等速万向节 (5)

第三章万向传动的运动和受力分析 (6)

1单十字轴万向节传动 (6)

2双十字轴万向节传动 (8)

第四章传动轴结构分析与设计 (9)

1轴的结构设计 (10)

2轴的强度验算 (11)

3键的选择 (12)

4验算轴承寿命 (12)

第五章结束语 (16)

第六章参考文献 (17)

第七章致谢信 (17)

【摘要】：在普通优化设计的基础上，根据可靠性设计准则，将空心传动轴的应力及强度视为随机变量，建立起空心传动轴的可靠性优化设计模型，结合实例说明可靠性优化设计方法比传统设计方法更可靠、经济。

从机械振动理论出发，用可靠性设计中的联结方程，得出了其在常用工况下按传动轴的临界转速进行可靠性设计的公式．并以实例对传动轴按上述准则进行可靠性设计，结果传动轴的重量比原设计减少了４３６％，可靠性达到０.９９９９８７６以上．

【关键词】: 万向节万向节传动轴

第一章概述

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。

第二章万向节第结构方案分析

第一节万向节分为刚性万向节和挠性万向节。

刚性万向节可分为不等速万向节（如十字轴式）、准等速万向节（如双联式、凸块式、三销轴式等）和等速万向节（如球叉式、球笼式等）。

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的万向节。

准等速万向节是指在设计角度下工作时以等于1的瞬时角速度比传递运动，而在其它角度下工作时瞬时角速度比近似等于1的万向节。

输出轴和输入轴以等于1的瞬时角速度比传递运动的万向节，称之为等速万向节。

挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。

典型的十字轴万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。

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过大，当夹角由4°增至16°时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1/4。

二、准等速万向节

双联式万向节是由两个十字轴万向节组合而成。为了保证两万向节连接的轴工作转速趋于相等，可设有分度机构。偏心十字轴双联式万向节取消了分度机构，也可确保输出轴与输入轴接近等速。

双联式万向节的主要优点是允许两轴间的夹角较大（一般可达50°，偏心十字轴双联式万向节可达60°），轴承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。缺点是结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。

图2-1

三、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4-1a）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。球叉式万向节结构较简单，可以在夹角不大于32°～33°的条件下正常工作。

图2-2 球叉式万向节直槽滚道型球叉式万向节（图4-1b），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20°，在两叉间允许有一定量的轴间滑动。

图2-3 球叉式万向节 a)圆弧槽滚道型 b)直槽滚道型 万向节选择：由于传动轴的传递转矩大，承受冲击大，所连接的两轴转角不大，连接轴两轴转速相等，所以综合考虑选择准等速万向节。

第三章 万向传动的运动和受力分析

一、单十字轴万向节传动

当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角α时， 主动轴的角

速度与从动轴的角速度 之间存在如下的关系;

（3-1）

由于cos 是周期为2 的周期函数，所以 也为 同周期

的周期函数。当 为0、 时， 达最大值 且为 ；当 为 /2、3 /2

时， 有最小值 且为 。因此，当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，

此即为普通十字轴万向节传动的不等速性。

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

ααωωωtan sin 1

min 2max 2=-=k 1ϕππ

αωcos /11ϕππ2ωmin 2ωαωcos 112/ωω2ωm ax 2ω1ω2ω1

2212cos sin cos ϕααωω=ππ

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：

这样有：

显然，当 小时，从动轴上最大的转矩为最大 当 最大时，从动轴上的转矩为最小 。T1与 一定时，T2在其最大。T1与值与最小值之间每一转变化两次。 附加弯曲力偶矩的分析 。

具有夹角 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。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T1之外，还有作用在主动

叉平面的弯曲力偶矩 。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 。在这四个力矩作用下，使十字轴万

向节得以平衡。当主动叉 处 于0和时位置时（图3 -5a ），由于T1作用在十字轴平面，为零；而T2的作用平面与十字轴不共平面必有存在，且矢量T1垂直于矢量T2合矢量 +T2指向十字轴平面的法线方向与T1大小相等、方向相反。这样，从动叉上的附加弯矩 =T1sin α。

（图3 -5a ），

11222cos cos sin 1T T αϕα-=12/ωωαcos /

1max 2T T =12/ωω2211ωωT T =αcos /1max 2T T =α

α'

1T '2T 1

ϕ