豐田小霸王傳動(dòng)系設(shè)計(jì)

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1、 豐田小霸王傳動(dòng)系設(shè)計(jì) 摘要 汽車傳動(dòng)系是位于發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)車輪之間的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，其基本功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪。因此，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車上最主要的動(dòng)力傳動(dòng)裝置。 傳動(dòng)系主要是由傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋組成的，傳動(dòng)軸是發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)汽車的動(dòng)力傳遞重要組成部分。本設(shè)計(jì)注重實(shí)際運(yùn)用，考慮整車的總體布置，改進(jìn)了一些設(shè)計(jì)方法，力求整車結(jié)構(gòu)及性能更為合理。傳動(dòng)軸是把變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩傳到主減速器的軸，傳動(dòng)軸是由軸管、伸縮花鍵和萬向節(jié)組成。傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)主要考慮傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，合理優(yōu)化軸與軸之間的角度。驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系末端，其基本功用是增矩、降速，承受作用于路面和車架或車身之間的作用力。它的性能好

2、壞直接影響整車性能，而對(duì)于輕載汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前汽車的快速、輕載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋，所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已經(jīng)成為未來輕載汽車的發(fā)展方向。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)主要保證汽車在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。 本設(shè)計(jì)根據(jù)給定的參數(shù)，按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并參考同類型車確定汽車總體參數(shù)，再確定十字軸萬向節(jié)、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸和橋殼的結(jié)構(gòu)類型，最后進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)并對(duì)十字軸萬向節(jié)、傳動(dòng)軸、主減速器主、從動(dòng)齒輪、半軸齒輪和行星齒輪進(jìn)行強(qiáng)度以及壽命的校核。傳動(dòng)系設(shè)計(jì)過程中基本保證結(jié)構(gòu)合理，符合實(shí)際應(yīng)用，總成及零

3、部件的設(shè)計(jì)能盡量滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車變型的要求，修理、保養(yǎng)方便，機(jī)件工藝性好，制造容易。 關(guān)鍵字：傳動(dòng)系，十字軸萬向節(jié)，傳動(dòng)軸，主減速器，差速器 Toyota little overlord transmission design Abstract Auto transmission is located between the engine and the drive wheels power transmission device.Its basic function is a drive to the engine driving

4、 wheel.Therefore, auto transmission system is the main power car transmission device. The transmission is mainly composed by transmission shaft and the drive axle shaft is prerequisite, after the car engine displacement an important part power transfer. This design practical use, consider carloa

5、ds of layout, improve some design methods, and strive to vehicle structure and performance is more reasonable. The transmission shaft is the rotation and torque to the axis, transmission shaft main reducer by shaft tubes, telescopic spline and gimbal composition. The design of transmission shaft cri

6、tical speed of main consideration, to optimize the Angle between the axial and axis.Drive axle is at the end of the powertrain, and its basic function is increasing the torque and reducing the speed,bearing the force between the road and the frame or body. Its performance will have a direct impact o

7、n automobile performance .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed，heavy-loaded，high efficiency，high benefit today’ heavy truck，must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the heavy truck’ developing

8、 tendency. Drive axle should be designed to ensure the best dynamic and fuel economy on given condition. According to the design parameters given ,firstly determine the overall vehicle parametres in accordance with the traditional design methods and reference the same vehicle parameters, then id

9、entify the main reducer, differential, Cross axis gimbal, propshafts,axle and axle housing structure type, finally design the parameters of the main gear,the driven gear of the final drive, axle gears and spiral bevel gear and check the strength and life of them. In design process of the drive axle,

10、we should ensure a reasonable structure, practical applications, the design of assembly and parts as much as possible meeting requirements of the standardization of parts, components and products, univertiality and the serialization and change , convenience of repair and maintenance, good mechanical

11、 technology, being easy to manufacture. Key words: The Transmission, Cross Axis Gimbal, Driveshaft, Final Drive, And Differential 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究意義 1 1.3 研究?jī)?nèi)容 2 第2章 豐田小霸王的原始數(shù)據(jù)及工作要求 3 2.1 原始參考數(shù)據(jù) 3 第3章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4 3.1 萬向傳動(dòng)軸的概述 4 3.2 萬向傳動(dòng)軸的應(yīng)用 5 3.3 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 6 3.3.1 十字軸式

12、萬向節(jié) 6 3.3.2 準(zhǔn)等速萬向節(jié) 7 3.3.3 等速萬向節(jié) 8 3.3.4 撓性萬向節(jié) 9 3.4 傳動(dòng)軸和中間支承 9 3.5 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 10 3.5.1 單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng) 10 3.5.2 雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng) 11 3.6 豐田小霸王萬向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析及選型 12 3.7 計(jì)算傳動(dòng)軸載荷 13 3.8 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 14 3.8.1 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速 14 3.8.4 傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 15 3.8.5 花鍵內(nèi)外徑確定 15 3.8.6 花鍵擠壓強(qiáng)度校核 16 3.9 十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 17 第4章 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)

13、計(jì) 20 4.1 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式及選擇 20 4.1.2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 20 4.1.3 驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 22 4.2 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 27 4.2.2 差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 41 結(jié)論 49 參考文獻(xiàn) 50 III 豐田小霸王傳動(dòng)系設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1 研究背景 隨著社會(huì)的發(fā)展，人類出行與運(yùn)輸?shù)姆秶絹碓綇V，頻率越來越高，節(jié)奏越來越快，所以人類就對(duì)出行和運(yùn)輸所用的工具特別重視，不斷的開發(fā)新品種，汽車就是人類開發(fā)出來的杰出產(chǎn)品。進(jìn)入20世紀(jì)以來，全世界的汽車保有量越來越多，特別是第二次世界大戰(zhàn)以后汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的主要仍是石油燃料，隨著國

14、民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，能源供給日趨緊張。因此，提高汽車的運(yùn)輸生產(chǎn)力，提高汽車的傳動(dòng)效率，降低汽車的燃料消耗，是目前汽車工業(yè)急需解決的問題之一。汽車傳動(dòng)系是位于發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)車輪之間的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，其基本功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪。因此，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車上最主要的動(dòng)力傳動(dòng)裝置。很多汽車故障與傳動(dòng)系統(tǒng)的故障有關(guān)。汽車傳動(dòng)系將直接影響著汽車行駛性和啟動(dòng)性。 隨著經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展和人們生活水平的提高以及生活節(jié)奏的不斷加快，保證行車方便、快捷、舒適，汽車傳動(dòng)系的工作可靠性顯得日益重要。也只有性能良好、傳動(dòng)系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮汽車的動(dòng)力性能。而傳動(dòng)系統(tǒng)的總成是由十字軸

15、萬向節(jié)、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器等組成的，是傳遞驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車車輪，其性能直接影響到傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 1.2 研究意義 傳動(dòng)系是三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)，屬于非線性結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域，同樣受到了相同的限制。傳動(dòng)系的分析都是在理論和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過一定的假設(shè)和簡(jiǎn)化進(jìn)行的，通過簡(jiǎn)化所獲得的結(jié)果卻又重新累計(jì)為復(fù)雜的模型，因此缺乏有效的使用性。這是數(shù)學(xué)推導(dǎo)中很難避免的現(xiàn)象。因?yàn)槔碚撃Ｐ筒捎玫囊话愣际沁B續(xù)性的近似曲線公式，而現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)大多是離散的，是宏觀上的有規(guī)律性和微觀上的無規(guī)律性的對(duì)立統(tǒng)一。因此，理論分析的對(duì)象始終受到了技術(shù)上的限制而無法擴(kuò)展到更加復(fù)雜的研究領(lǐng)域。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及相應(yīng)

16、的大批的具有CAD/CAE/CAM功能的工程軟件ANSYS、ADINA、SOLIDWORKS、UG、I-DEAS等的廣泛的應(yīng)用，才使得對(duì)復(fù)雜的制動(dòng)器研究對(duì)象的分析得到了飛速的發(fā)展，現(xiàn)在對(duì)汽車傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)可以在得出相關(guān)參數(shù)后直接利用三維制圖軟件進(jìn)行離合器各個(gè)零部件的三維實(shí)體建模、裝配，這樣可以立體的直觀的看到所設(shè)計(jì)的汽車傳動(dòng)系的實(shí)體以使所開發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的性能達(dá)到最優(yōu)的目的。這樣利用電腦軟件輔助制圖不僅縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，而且也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，大大降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本，這樣也就使產(chǎn)品在激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中更具有競(jìng)爭(zhēng)力。 1.3 研究?jī)?nèi)容 (1) 完成汽車的總體布置和參數(shù)選擇； (2) 汽

17、車十字軸萬向節(jié)、傳動(dòng)軸、主減速器和差速器方案的確定； (3) 十字軸萬向節(jié)、傳動(dòng)軸、主減速器及差速器等部件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核； (4) 基于Solidworks進(jìn)行個(gè)零部件的三維模型構(gòu)建、裝配，并繪制二維工程圖。 第2章 豐田小霸王的原始數(shù)據(jù)及工作要求 2.1 原始參考數(shù)據(jù) 發(fā)動(dòng)機(jī)： 最大轉(zhuǎn)矩：189/4400 最大功率：104/5600 整車基本參數(shù)： 整車裝備質(zhì)量/kg 1415 滿載總質(zhì)量/kg 2455 長(zhǎng)/寬/高(mm): 4625/1

18、720/1590 軸距/mm 2750 輪距/mm 前輪 1505 后輪 1470 最小離地間隙/mm 后橋下 195 輪胎規(guī)格 195/60 R16 變速器各擋傳動(dòng)比： 1擋 4.218 2擋 2.637 3擋 1.646 4擋 1.0

19、 5擋 0.845 倒檔 4.295 2.2 技術(shù)及工作要求： (1)了解汽車傳動(dòng)系中十字萬向節(jié)、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器各部件的工作原理和設(shè)計(jì)的基本理論。 (2)十字萬向節(jié)、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)方案的確定。 (3)主減速器、差速器齒輪主要參數(shù)的選擇、設(shè)計(jì)。 (4)校核十字軸萬向節(jié)軸頸抗彎強(qiáng)度和滾針軸承的接觸應(yīng)力。 (5)校核傳動(dòng)軸的強(qiáng)度、花鍵軸的強(qiáng)度。 (6)校核主減速器齒輪的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。 (7)校核差速器齒輪的彎曲強(qiáng)度。 (8)基于SolidWorks進(jìn)行各零部件的三維模型構(gòu)建、裝配，并繪制二維工程圖。 第3章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 3.1

20、 萬向傳動(dòng)軸的概述 萬向傳動(dòng)軸一般是由萬向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支承組成。主要用于在工作過程中相對(duì)位置不節(jié)組成。伸縮套能自動(dòng)調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間距離的變化。萬向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸兩軸線夾角的變化，并實(shí)現(xiàn)兩軸的等角速傳動(dòng)。 傳動(dòng)軸總成主要由傳動(dòng)軸及其兩端焊接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成。傳動(dòng)軸中一般設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的滑動(dòng)花鍵，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)長(zhǎng)度的變化。傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度和夾角及它們的變化范圍由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸長(zhǎng)度處在最大值時(shí)，花鍵套與軸有足夠的配合長(zhǎng)度；而在長(zhǎng)度處在最小時(shí)不頂死。傳動(dòng)軸夾角的大小直接影響到萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動(dòng)的效率和十字軸

21、旋轉(zhuǎn)的不均勻性。 在長(zhǎng)度一定時(shí)，傳動(dòng)軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動(dòng)軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。 圖 3-1 變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的萬向傳動(dòng)裝置 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求： 1) 保證所連接的兩根軸相對(duì)位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能可靠地傳遞動(dòng)力。 2) 保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。 3) 由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。 4) 傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易等。 3.2 萬向傳動(dòng)軸的應(yīng)用 在現(xiàn)代汽車的總體布置中，發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速箱連成一體固裝在車架上，而驅(qū)動(dòng)橋則通過彈性懸架與車架連接。由此可見，變速器輸

22、出軸軸線與驅(qū)動(dòng)橋的輸入軸軸線不在同一平面上。當(dāng)汽車行駛時(shí)，車輪的跳動(dòng)會(huì)造成驅(qū)動(dòng)橋與變速器的相對(duì)位置(距離、夾角)不斷變化，故變速器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋的輸入軸不可能剛性連接，必須安裝有萬向傳動(dòng)裝置。 圖3-2 萬向傳動(dòng)裝置在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用與布置 萬向傳動(dòng)軸在汽車上的應(yīng)用比較廣泛。發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛時(shí)，由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)器輸入軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常變化，因普遍采用可伸縮的十字軸萬向傳動(dòng)軸；某些汽車根據(jù)總布置要求需將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開一段距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以常采用十字軸萬向

23、 傳動(dòng)軸或撓性萬向傳動(dòng)軸；對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，左、右驅(qū)動(dòng)輪需要隨汽車行駛軌跡變化而改變方向，這時(shí)多采用等速萬向傳動(dòng)軸。此外，由于越野汽車的前輪既是轉(zhuǎn)向輪又是驅(qū)動(dòng)輪。作為轉(zhuǎn)向輪，要求在轉(zhuǎn)向時(shí)可以在規(guī)定范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)一定角度；作為驅(qū)動(dòng)輪，則要求半軸在車輪偏轉(zhuǎn)過程中不間斷地把動(dòng)力從主減速器傳到車輪。因此，半軸不能制成整體而必須分段，中間用等角速萬向節(jié)相連。 3.3 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 萬向節(jié)是實(shí)現(xiàn)變角度動(dòng)力傳遞的機(jī)件，用于需要改變傳動(dòng)軸線方向的位置，它是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的萬向傳動(dòng)裝置“關(guān)節(jié)”部件。萬向節(jié)與傳動(dòng)軸組合，稱為萬向節(jié)傳動(dòng)裝置。 在前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的車輛上，萬向節(jié)傳動(dòng)裝置安裝在變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋

24、主減速器輸入軸之間；而前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的車輛省略了傳動(dòng)軸，萬向節(jié)安裝在既負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)又負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向的前橋半軸與車輪之間。 萬向節(jié)分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)是靠零件的鉸鏈?zhǔn)铰?lián)接傳遞的；可分為不等速萬向節(jié)（如十字軸式）、準(zhǔn)等速萬向節(jié)（如雙聯(lián)式、凸塊式、三銷軸式等）和等速萬向節(jié)（如球叉式、球籠式等）。不等速萬向節(jié)是指萬向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時(shí)，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)的萬向節(jié)。準(zhǔn)等速萬向節(jié)是指在設(shè)計(jì)角度下工作時(shí)以等于1的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)，而在其它角度下工作時(shí)瞬時(shí)角速度比近似等于1的萬向節(jié)。輸出軸和輸入軸以等于1的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)的萬向節(jié)，稱之為等速萬向節(jié)。

25、撓性萬向節(jié)則是靠彈性零件傳遞動(dòng)力的，如橡膠盤、橡膠塊等，具有緩沖減振作用。由于彈性元件的變形量有限，因而撓性萬向節(jié)一般用于兩軸間夾角不大以及有微量軸向位移的軸間傳動(dòng)。 萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)和作用有點(diǎn)象人體四肢上的關(guān)節(jié)，它允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內(nèi)變化。為滿足動(dòng)力傳遞、適應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的上下跳動(dòng)所造成的角度變化，前驅(qū)動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)橋，半軸與輪軸之間常用萬向節(jié)相連。但由于受軸向尺寸的限制，要求偏角又比較大，單個(gè)的萬向節(jié)不能使輸出軸與軸入軸的瞬時(shí)角速度相等，容易造成振動(dòng)，加劇機(jī)件的損壞，產(chǎn)生很大的噪音，所以廣泛采用各式各樣的等速萬向節(jié)。在前驅(qū)動(dòng)汽車上，每個(gè)半軸用兩個(gè)等速萬向節(jié)，靠近變

26、速驅(qū)動(dòng)橋的萬向節(jié)是半軸內(nèi)側(cè)萬向節(jié)，靠近車軸的是半軸外側(cè)萬向節(jié)。在后驅(qū)動(dòng)汽車上，發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器與變速器作為一個(gè)整體安裝在車架上，而驅(qū)動(dòng)橋通過彈性懸掛與車架連接，兩者之間有一個(gè)距離，需要進(jìn)行連接。汽車運(yùn)行中路面不平產(chǎn)生跳動(dòng)，負(fù)荷變化或者兩個(gè)總成安裝的位差等，都會(huì)使得變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋主減速器輸入軸之間的夾角和距離發(fā)生變化，因此在后驅(qū)動(dòng)汽車的萬向節(jié)傳動(dòng)形式都采用雙萬向節(jié)，就是傳動(dòng)軸兩端各有一個(gè)萬向節(jié)，其作用是使傳動(dòng)軸兩端的夾角相等，保證輸出軸與軸入軸的瞬時(shí)角速度始終相等。 3.3.1 十字軸式萬向節(jié) 十字軸式剛性萬向節(jié)為汽車上廣泛使用的不等速萬向節(jié)，允許相鄰兩軸的最大交角為15゜～20

27、゜。下圖所示的十字軸式萬向節(jié)由一個(gè)十字軸2，兩個(gè)萬向節(jié)叉和四個(gè)滾針軸承5等組成。兩萬向節(jié)叉3和6上的孔分別套在十字軸2的兩對(duì)軸頸上。這樣當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸既可隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，又可繞十字軸中心在任意方向擺動(dòng)，這樣就適應(yīng)了夾角和距離同時(shí)變化的需要。在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔間裝有滾針軸承5，滾針軸承外圈靠卡環(huán)軸向定位。為了潤(rùn)滑軸承，十字軸上一般安有注油嘴并有油路通向軸頸。潤(rùn)滑油可從注油嘴注到十字軸軸頸的滾針軸承處。十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動(dòng)效率高，生產(chǎn)成本低，在兩軸夾角α不為零的情況下，不能傳遞等角速轉(zhuǎn)動(dòng)。所連接的兩軸夾角不宜過大，當(dāng)夾角由4增至16時(shí)，十字軸萬向節(jié)滾針軸承壽命約下降

28、至原來的1/4。 圖3-3 十字軸式萬向節(jié) 1、套筒 2、十字軸 3、萬向節(jié)叉 4、卡環(huán) 5、滾針軸承 6、萬向節(jié)叉 3.3.2 準(zhǔn)等速萬向節(jié) 1) 雙聯(lián)式萬向節(jié) a) 雙聯(lián)式萬向節(jié)是由兩個(gè)十字軸萬向節(jié)組合而成。為了保證兩萬向節(jié)連接的軸工作轉(zhuǎn)速趨于相等，可設(shè)有分度機(jī)構(gòu)。偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)取消了分度機(jī)構(gòu)，也可確保輸出軸與輸入軸接近等速。 b) 雙聯(lián)式萬向節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)是允許兩軸間的夾角較大（一般可達(dá)50，偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)可達(dá)60），軸承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外形尺寸較大，零件數(shù)目較多。多用于軍用越野轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。

29、 2) 凸塊式萬向節(jié) a) 凸塊式萬向節(jié)主要有兩個(gè)萬向節(jié)叉以及兩個(gè)不同形狀的特殊凸塊組成，兩凸塊相當(dāng)于雙聯(lián)式萬向節(jié)裝置中兩端帶有位于同一平面上的兩萬向節(jié)叉的中間軸及兩十字銷，因此保證輸入軸與輸出軸近似等速，這種結(jié)構(gòu)工作可靠，加工簡(jiǎn)單，允許的夾角較大（50），但是由于工作面為全滑動(dòng)摩擦，摩擦表面易磨損，所以效率低，并對(duì)密封和潤(rùn)滑要求高。它主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩較大的越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。 3) 三銷軸式萬向節(jié) a) 三銷軸式萬向節(jié)是由于雙聯(lián)式萬向節(jié)演變而來，主要由兩個(gè)偏心軸叉、兩個(gè)三銷軸和六個(gè)滾針軸承及其密封件等組成。它的特點(diǎn)：允許的兩軸最大夾角可達(dá)45，易于密封，但其外形尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，毛坯需精

30、鍛。這種結(jié)構(gòu)主要用于個(gè)別中、重型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。 3.3.3 等速萬向節(jié) 1）球叉式萬向節(jié) 球叉式萬向節(jié)按其鋼球滾道形狀不同可分為圓弧槽和直槽兩種形式。圓弧槽滾道型的球叉式萬向節(jié)（圖3-4a）由兩個(gè)萬向節(jié)叉、四個(gè)傳力鋼球和一個(gè)定心鋼球組成。兩球叉上的圓弧槽中心線是以O(shè)1和O2為圓心而半徑相等的圓，O1和O2到萬向節(jié)中心O的距離相等。 當(dāng)萬向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心O轉(zhuǎn)動(dòng)任何角度時(shí)，傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點(diǎn)上，從而保證輸出軸與輸入軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)。 球叉式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可以在夾角不大于32～33的條件下正常工作。 直槽滾道型球叉式萬向節(jié)（圖3-4b）， 兩個(gè)

31、球叉上的直槽與 圖 3-4 球叉式萬向節(jié) a)圓弧槽滾道型 b)直槽滾道型 軸的中心線傾斜相同的角度，彼此對(duì)稱。在兩球叉間的槽中裝有四個(gè)鋼球。由于兩球叉中的槽所處的位置是對(duì)稱的，這便保證了四個(gè)鋼球的中心處于兩軸夾角的平分面上。這種萬向節(jié)加工比較容易，允許的軸間夾角不超過20，在兩叉間允許有一定量的軸間滑動(dòng)。 2）球籠式萬向節(jié) 球籠式萬向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬向節(jié)。Rzeppa 型球籠式萬向節(jié)（圖3-5）是帶分度桿的，六個(gè)傳力鋼球2由球籠4保持在同一平面內(nèi)。當(dāng)萬向節(jié)兩軸之間的夾角變化時(shí)，靠比例合適的分度桿6撥動(dòng)導(dǎo)向盤5，并帶動(dòng)球籠4使六個(gè)鋼球2處于軸間夾角的平分面上。

32、 經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)軸間夾角較小時(shí)，分度桿是必要的；當(dāng)軸間夾角大于11時(shí)，僅靠球形殼和星形套上的子午滾道的交叉也可將鋼球定在正確位置。這種等速萬向節(jié)可在兩軸之間的夾角達(dá)到35～37的情況下工作。 圖3-5 Rzeppaz型球籠式萬向節(jié) 1—球形殼 2—鋼球 3—星形套 4—球籠 5—導(dǎo)向盤 6—分度桿 3.3.4 撓性萬向節(jié) 撓性萬向節(jié)依靠橡膠元件的彈性變形來保證在相交兩軸間傳動(dòng)時(shí)不發(fā)生干涉。它的特點(diǎn)是能減小扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、動(dòng)載荷、噪聲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不用潤(rùn)滑用于兩軸間夾角不大（3～5），軸向位移小的場(chǎng)合。適用于轎車三萬向節(jié)傳動(dòng)中的靠近變速器的第一節(jié)

33、；重型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間；越野車變速器與分動(dòng)器之間，以消除制造安裝誤差和車架變形對(duì)傳動(dòng)的影響。 3.4 傳動(dòng)軸和中間支承 在有一定距離的兩部件之間采用萬向傳動(dòng)裝置傳遞動(dòng)力時(shí)，一般需要在萬向節(jié)之間安裝傳動(dòng)軸。若兩部件之間的距離會(huì)發(fā)生變化，而萬向節(jié)又沒有伸縮功能時(shí)，則還要將傳動(dòng) 圖3-6 1、變速器 2、中間支承 3、 后驅(qū)動(dòng)橋 4、后傳動(dòng)軸 5、軸承 6、前傳動(dòng)軸 軸做成兩段，用滑動(dòng)花鍵相連接。為減小傳動(dòng)軸花鍵連接部分的軸向滑動(dòng)阻力和摩損，需加注潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑，也可以對(duì)花鍵進(jìn)行磷化處理或噴涂尼龍層，或是在花鍵槽內(nèi)設(shè)置滾動(dòng)元件。 在傳

34、動(dòng)距離較長(zhǎng)時(shí)，往往將傳動(dòng)軸分段，即在傳動(dòng)軸前增加帶中間支承的前傳動(dòng)軸。 3.5 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 3.5.1 單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng) 當(dāng)十字軸萬向節(jié)的主動(dòng)軸與從動(dòng)軸存在一定夾角α?xí)r，主動(dòng)軸的角速度與從動(dòng)軸的角速度之間存在如下的關(guān)系： 由于cos是周期為2的周期函數(shù)，所以 也為同周期的周期函數(shù)。當(dāng)為0、時(shí)，達(dá)最大值且為；當(dāng)為π/2、3π/2時(shí)，有最小值且為。因此，當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢，此即為普通十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性。 十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)K來表示

35、 如不計(jì)萬向節(jié)的摩擦損失，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩T1和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩T2與各自相應(yīng)的角速度有關(guān)系式 ，這樣有 顯然，當(dāng) 最小時(shí)，從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為最大值，; 當(dāng)最大時(shí)，從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為最小 。與一定時(shí)，在其最大值與最小值之間每一轉(zhuǎn)變化兩次。 具有夾角α的十字軸萬向節(jié)，僅在主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平衡的。從萬向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動(dòng)叉對(duì)十字軸的作用力偶矩，除主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T?之外，還有作用在主動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩T?′。同理，從動(dòng)叉對(duì)十字軸也作用有從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩T?和作用在從動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩T?′。在這四個(gè)力矩作用下，使

36、十字軸萬向節(jié)得以平衡。 下面僅討論主動(dòng)叉在兩特殊位置時(shí)，附加彎曲力矩的大小及變化特點(diǎn)。 當(dāng)主動(dòng)叉處于＝0和π位置時(shí)（圖3-7a），由于T?作用在十字軸平面，故T?′必為零；而T?的作用平面與十字軸不共面，必有T?′存在，且矢量T ?′垂直于矢量T?；合矢量T?′+ T?指向十字軸平面的法線方向，與T?大小相等、方向相反。這樣，從動(dòng)叉上的附加彎矩T?′= T?sinα。當(dāng)主動(dòng)叉處于＝π/2和3π/2位置時(shí)（圖3-7b），同理可知T?′為零，主動(dòng)叉上的彎矩T?′＝T?tanα。 圖3-7 字軸萬向節(jié)的力偶矩 a) =0、π b）

37、 ＝π/2、3π/2 分析可知，附加彎矩T?′、的大小是在零與上述兩最大值之間變化，其變化周期為π ，即每一轉(zhuǎn)變化兩次。附加彎矩可引起與萬向節(jié)相連零部件 的彎曲振動(dòng)，可在萬向節(jié)主、從動(dòng)軸支承上引起周期性變化的徑向載荷，從而激起支承處的振動(dòng)。因此，為了控制附加彎矩，應(yīng)避免兩軸之間的夾角過大。 3.5.2 雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng) 當(dāng)輸入軸與輸出軸之間存在夾角α?xí)r，單個(gè)十字軸萬向節(jié)的輸出軸相對(duì)于輸入軸是不等速旋轉(zhuǎn)的。為使處于同一平面的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn)，可采用雙萬向節(jié)傳動(dòng)，但必須保證同傳動(dòng)軸相連的兩萬向節(jié)叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬向節(jié)夾角α1與α2相等（

38、圖3-8）。 在雙萬向節(jié)傳動(dòng)中，直接與輸入軸和輸出軸相連的萬向節(jié)叉所受的附加彎矩分別由相應(yīng)軸的支承反力平衡。當(dāng)輸入軸與輸出軸平行時(shí)（圖3-8a），直接連接傳動(dòng)軸的兩萬向節(jié)叉所受的附加彎矩，使傳動(dòng)軸發(fā)生如圖（3-8b）中雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲，從而引起傳動(dòng)軸的彎曲振動(dòng)。當(dāng)輸入軸與輸出軸相交時(shí)（圖3-8c），傳動(dòng)軸兩端萬向節(jié)叉上所受的附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動(dòng)軸發(fā)生如（圖3-8d）中雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲。 圖3-8 附加彎矩對(duì)傳動(dòng)軸的作用 3.6 豐田小霸王萬向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析及選型 由于豐田小霸王車

39、軸距不算太長(zhǎng)，所以不選中間支承，只選用一根主傳動(dòng)軸，此款車發(fā)動(dòng)機(jī)為前置后驅(qū),由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器輸出軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常變化,根據(jù)轎車的總體布置要求，將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開一段距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以采用十字軸萬向傳動(dòng)軸，為了避免運(yùn)動(dòng)干涉,在傳動(dòng)軸中設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié),以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的變化?？招膫鲃?dòng)軸具有較小的質(zhì)量，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，比實(shí)心傳動(dòng)軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，所以此傳動(dòng)軸管采用空心傳動(dòng)軸。 傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸長(zhǎng)度處在最大值時(shí)，花鍵套與花鍵軸有足夠

40、的配合長(zhǎng)度；而在長(zhǎng)度處于最小時(shí)，兩者不頂死。傳動(dòng)軸夾角大小會(huì)影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動(dòng)效率和十字軸的不均勻性。變化范圍為。 傳動(dòng)軸經(jīng)常處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，所以軸的材料查機(jī)械零件手冊(cè)選取40CrNi，適用于很重要的軸，具有較高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 一、傳動(dòng)軸管選擇 傳動(dòng)軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁?。?.5～3.0mm）、管徑較大、易質(zhì)量平衡、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲剛度高、適用高速旋轉(zhuǎn)的電焊鋼管制成。 二、 伸縮花鍵選擇 選擇矩形花鍵，用于補(bǔ)償由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)軸兩端萬向節(jié)之間的長(zhǎng)度變化。為減小阻力及磨損，對(duì)花鍵齒磷化處理或噴涂尼龍，外層設(shè)有防塵罩，間隙小一些，以免引

41、起傳動(dòng)軸的震動(dòng)。花鍵齒與鍵槽按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以保持傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。動(dòng)平衡的不平衡度由電焊在軸管外的平衡片補(bǔ)償。裝車時(shí)傳動(dòng)軸的伸縮花鍵一端應(yīng)靠近變速器，減小其軸向阻力和磨損。其結(jié)構(gòu)圖如下圖： 圖 3-8 萬向傳動(dòng)軸—花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1-蓋子；2-蓋板；3-蓋墊；4-萬向節(jié)叉；5-加油嘴；6-伸縮套； 7-滑動(dòng)花鍵槽；8-油封；9-油封蓋；10-傳動(dòng)軸管 3.7 計(jì)算傳動(dòng)軸載荷 由于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，位置采用：用于變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比來確定 根據(jù)豐田小霸王數(shù)據(jù)： 1) 發(fā)動(dòng)機(jī)

42、最大轉(zhuǎn)矩Temax=189Nm ； 2) 驅(qū)動(dòng)橋數(shù)n=2（參考文獻(xiàn)[1]表4-2）； 3) 發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率η=0.85； 4) 液力變矩器變矩系數(shù)k={(k0 -1）/2}+1=1.615,k。為液力變矩器變矩系數(shù)； 5) 滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載G2=65%mag=0.6524559.8=15638.35N； 6) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù)m’2=1.3（乘用車：=1.2-1.4）； 7) 輪胎與路面間的附著系數(shù)=0.85； 8) 車輪滾動(dòng)半徑rr=m； 9) 主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)比im=1； 10) 主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)效率

43、ηm=0.90.85=0.765； 11) 猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)=1； 12) 主減速器傳動(dòng)比i0=4.5； 13) 變速器一檔傳動(dòng)比i1=4.218； 所以： ==2308.003Nm ==1606.310Nm ∵ ∴T1= Tss1=1606.310Nm=1606310Nmm 3.8 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 3.8.1 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速 長(zhǎng)度一定時(shí)，傳動(dòng)軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動(dòng)軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速，就是當(dāng)傳動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動(dòng)頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以

44、致振幅急劇增加而引起傳動(dòng)軸折斷時(shí)的轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速為nk（r/min）， 在設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸時(shí)，取安全系數(shù)K= nk/nmax=1.2-2.0，安全系數(shù)K=1.2，適用 一般精度的伸縮花鍵 則有 （為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速） K=， ∴ 3.8.2 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度選擇 根據(jù)軸距2750mm，初選傳動(dòng)軸支承長(zhǎng)度為 mm，花鍵軸長(zhǎng)度應(yīng)小于支承長(zhǎng)度，滿足萬向節(jié)與傳動(dòng)軸的間隙要求，取花鍵軸長(zhǎng)度為。 3.8.3 傳動(dòng)軸管內(nèi)外徑確定 得 又 初取 ， 則 式中，Lc為傳動(dòng)軸長(zhǎng)度（mm），即兩萬向節(jié)中心之間的距離

45、；dc和Dc分別為傳動(dòng)軸軸管的內(nèi)、外徑（mm） 3.8.4 傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 由于傳動(dòng)軸只承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而不承受彎曲應(yīng)力，所以只需校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，根據(jù)公式有 （為軸管許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力） 上式說明設(shè)計(jì)參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求 3.8.5 花鍵內(nèi)外徑確定 取安全系數(shù)2～3，則 ——為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ——花鍵外徑 ——花鍵內(nèi)徑 ——為花鍵有效工作長(zhǎng)度 B——為鍵齒寬 ——為花鍵齒數(shù) 由于花鍵齒側(cè)許用擠壓應(yīng)力較小，所以選用

46、較大尺寸的花鍵，查參考文獻(xiàn)[2]表4-3，取,,，。 3.8.6 花鍵擠壓強(qiáng)度校核 式中 ——為花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，取1.3， ——花鍵外徑， ——花鍵內(nèi)徑， ——為花鍵有效工作長(zhǎng)度， ——為花鍵齒數(shù)。 當(dāng)花鍵齒面硬度為35HRC時(shí)，許用擠壓應(yīng)力為 則,滿足花鍵擠壓強(qiáng)度。 傳動(dòng)軸總成的不平衡是傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)的一個(gè)激勵(lì)源，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪聲。萬向節(jié)中十字軸的軸向竄動(dòng)、傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵中的間隙、傳動(dòng)軸總成兩端連接處的定心精度、高速回轉(zhuǎn)時(shí)傳動(dòng)軸的彈性變形、傳動(dòng)軸上點(diǎn)焊平衡片時(shí)的熱

47、影響等因素，都能改變傳動(dòng)軸總成的不平衡度。提高滑動(dòng)花鍵的耐磨性和萬向節(jié)花鍵的配合精度、縮短傳動(dòng)軸長(zhǎng)度并增加其彎曲剛度，都能降低傳動(dòng)軸的不平衡度。為了消除點(diǎn)焊平衡片的熱影響，應(yīng)在冷卻后在進(jìn)行動(dòng)平衡檢驗(yàn)。傳動(dòng)軸的不平衡性，對(duì)于乘用車，在3000～6000 r/min時(shí)應(yīng)不大于25～35g㎝；另外，傳動(dòng)軸總成的徑向全跳動(dòng)應(yīng)不大于0.5～0.8㎜。 3.9 十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) ① 設(shè)作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力為F（圖3-9），則 F= T1/2rcosα=N r為合力F作用線到十字軸中心之間的距離； α為主、從動(dòng)叉軸的最大夾角。 ② 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力σw和切應(yīng)力τ應(yīng)滿足

48、 σw=≤[σw] τ=≤[τ] (a) (b) 圖3-9 十字軸及萬向節(jié)叉受力圖 (a) 十字軸 (b)萬向節(jié)叉 式中，取十字軸軸頸直徑d1=38.2mm，十字軸油道孔直徑d2=10mm，合力F作用線到軸頸根部的距離s=14mm，[σw]為彎曲應(yīng)力的許用值，為250-350Mpa，[τ]為切應(yīng)力的許用值，為80-12

49、0 Mpa ∴σw== τ= = 故十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力滿足校核條件 ③ 十字軸滾針的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足 =272≤ 式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長(zhǎng)度Lb=27mm， 在合力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷Fn==,式中i為滾針列數(shù)，Z為每列中的滾針數(shù)。當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為3000-3200 Mpa ∴=272=< 故十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力校核滿足。 ④ 萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力F作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸軸孔中心線成45的B-B的截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲

50、應(yīng)力σw和扭應(yīng)力τb應(yīng)滿足： σw=Fe/W≤[σw] τb=Fa/Wt≤[τb] 式中，W、Wt 分別截面B-B處的抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù)，矩形面時(shí)W=bh2/6, Wt=khb2。取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,查參考文獻(xiàn)[1]，取k=0.246, 彎曲應(yīng)力的許用值[σw]為50-80Mpa，扭應(yīng)力的許用值[τb]為80-160 Mpa ∴σw=Fe/W==32.43Mpa< [σw] τb=Fa/Wt==21.97 Mpa<[τb] 故萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷校核滿足要求。 ⑤ 十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)效率與兩軸的軸間夾角α，

51、十字軸的支承結(jié)構(gòu)和材料 加工和裝配精度以及潤(rùn)滑條件等有關(guān)。當(dāng)α≤25時(shí)，可按下式計(jì)算（取α=15） η0=1-f（）=1-0.07（）=99.35% 式中，η0為十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)效率；f為軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)軸承：f=0.15~ 0.20，滾動(dòng)軸承：f=0.05~ 0.10，取f=0.07。 通常情況下，十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)效率約為97%~99% 十字軸的材料選為20CrMnTi、20Cr、20MnVB、12CrNi3A等低碳合金鋼,軸頸表面進(jìn)行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0.8～1.2㎜，表面硬度為58～64HRC，軸頸斷面硬度不低于55HRC，心部硬度為33～48

52、HRC.萬向節(jié)叉一般采用35、40、45中碳鋼或中碳合金鋼40CrNiM0A,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為18～33HRC，滾針軸承碗材料一般采用GCr15。 第4章 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì) 4.1 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式及選擇 4.1.1 概述 驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩,并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求： a)所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 b)外形尺寸要小，保證有必

53、要的離地間隙。 c)齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。 d)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。 e)在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。 f)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。 g)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可

54、以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。 4.1.2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 (1) 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取

55、決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可采用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同

56、時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。 在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型載貨汽車上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車的總體布置很方便。 (2) 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速

57、器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。 汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷

58、開式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。 (3) 多橋驅(qū)動(dòng)的布置 為了提高裝載量和通過性，有些重型汽車及全部中型以上的越野汽車都是采用多橋驅(qū)動(dòng)，常采用的有44、66、88等驅(qū)動(dòng)型式。在多橋驅(qū)動(dòng)的情況下，動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動(dòng)力傳遞方式，多橋驅(qū)動(dòng)汽車各驅(qū)動(dòng)橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋，需分別由分動(dòng)器經(jīng)各驅(qū)動(dòng)橋自己專用的傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力，這樣不僅使傳動(dòng)軸的數(shù)量增多，且造成各驅(qū)動(dòng)橋的零件特別是橋殼、半軸等主

59、要零件不能通用。而對(duì)88汽車來說，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難于布置了。 為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車都是采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置型式。 在貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置中，各橋的傳動(dòng)軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi)，并且各驅(qū)動(dòng)橋不是分別用自己的傳動(dòng)軸與分動(dòng)器直接聯(lián)接，而是位于分動(dòng)器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動(dòng)軸，是串聯(lián)布置的。汽車前后兩端的驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力，是經(jīng)分動(dòng)器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點(diǎn)是，不僅減少了傳動(dòng)軸的數(shù)量，而且提高了各驅(qū)動(dòng)橋零件的相互通用性，并且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。這對(duì)于汽車的設(shè)計(jì)(如汽車的變型)、制造和維修，都帶來方便。 由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠

60、，查閱資料，參照國內(nèi)相關(guān)貨車的設(shè)計(jì),最后本課題選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。 4.1.3 驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。由于汽車在各種道路上行使時(shí)，其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后，便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力。 驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求： a）所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車既有最佳的

61、動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 b）外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小。 c）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)協(xié)調(diào)。 d）在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車平順性。 e）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。 4.1.3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 (1) 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)（又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即行星齒輪式傳動(dòng)）和蝸桿

62、蝸輪式傳動(dòng)等形式。 在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡(jiǎn)單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。 為了減少驅(qū)動(dòng)橋的外輪廓尺寸，主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪而采用螺旋錐齒輪。因?yàn)槁菪F齒輪不發(fā)生根切（齒輪加工中產(chǎn)生輪齒根部切薄現(xiàn)象，致使齒輪強(qiáng)度大大降低）的最小齒數(shù)比直齒輪的最小齒數(shù)少，使得螺旋錐齒輪在同樣的傳動(dòng)比下主減速器結(jié)構(gòu)較緊湊。此外，螺旋錐齒輪還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，汽車上獲得廣泛應(yīng)用。 近年來，有些汽車的主減速器采用準(zhǔn)雙曲面錐齒輪（車輛行業(yè)中簡(jiǎn)稱雙曲面?zhèn)鲃?dòng)）傳動(dòng)。準(zhǔn)雙曲面錐齒輪傳動(dòng)與圓錐齒輪相比，準(zhǔn)雙曲面齒

63、輪傳動(dòng)不僅工作平穩(wěn)性更好，彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度更高，同時(shí)還可使主動(dòng)齒輪的軸線相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸線偏移。當(dāng)主動(dòng)準(zhǔn)雙曲面齒輪軸線向下偏移時(shí)，可降低主動(dòng)錐齒輪和傳動(dòng)軸位置，從而有利于降低車身及整車重心高度，提高汽車行使的穩(wěn)定性。東風(fēng)EQ1090E型汽車即采用下偏移準(zhǔn)雙曲面齒輪。但是，準(zhǔn)雙曲面齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，且齒面間壓力很大，齒面油膜很容易被破壞。為減少摩擦，提高效率，必須采用含防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油，絕不允許用普通齒輪油代替，否則將時(shí)齒面迅速擦傷和磨損，大大降低使用壽命。 經(jīng)方案論證，主減速器的齒輪選用螺旋錐齒輪傳動(dòng)形式（如圖4-1示）。螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直

64、相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長(zhǎng)上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)捏合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷、制造也簡(jiǎn)單。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。 圖4-1螺旋錐齒輪傳動(dòng) (2) 主減速器的減速形式 為了滿足不同的使用要求，主減速器的結(jié)構(gòu)形式也是不同的。按參加減速傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目分，有單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器、雙速主減速器、雙級(jí)減速配以輪邊減速器等。雙級(jí)式主減速器應(yīng)用于大傳動(dòng)比的中、重型汽車上，若其第二級(jí)減速器齒輪有兩副，并分置于兩側(cè)車輪附近，實(shí)際上成為獨(dú)立部件，則

65、稱輪邊減速器。單級(jí)式主減速器應(yīng)用于轎車和一般輕、中型載貨汽車。單級(jí)主減速器由一對(duì)圓錐齒輪組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)方案論證，本設(shè)計(jì)主減速器采用單級(jí)主減速器。其傳動(dòng)比i0一般小于等于7。 (3) 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 主減速器中心必須保證主從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好地工作。齒輪的正確嚙合，除了與齒輪的加工質(zhì)量裝配調(diào)整及軸承主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。 a) 主動(dòng)錐齒輪的支承形式 主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。查閱資料、文獻(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用跨置式支承結(jié)構(gòu)（如圖4-2示）。齒輪前、后

66、兩端的軸頸均以軸承支承，故又稱兩端支承式?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾?，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承的1／30以下．而主動(dòng)錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至1/5～1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。 圖4-2主動(dòng)錐齒輪跨置式 裝載質(zhì)量為2t以上的汽車主減速器主動(dòng)齒輪都是采用跨置式支承。本課題所設(shè)計(jì)的豐田小霸王的裝載質(zhì)量為2.455t，所以選用跨置式。 b) 從動(dòng)錐齒輪的支承 從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖4-3示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的70%。 圖4-3從動(dòng)錐齒輪支撐形式 為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)是c等于或大于d。 (4)主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整 支承主減速器齒輪的圓錐滾子軸承需預(yù)緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。預(yù)緊力的大小與安裝形式、載荷大小、軸