发布时间 : 星期三 文章车辆工程毕业设计220重型货车万向传动装置设计说明书更新完毕开始阅读2fca392027284b73f3425045
第3章 万向传动轴总成的设计
3.1万向传动轴总体概述及传动布置型式的选择
万向传动轴与其所连接的万向节的结构有关。通常，万向传动轴由中间部分和端部组成。中间部分可分为实心轴或者为空心的轴管。空心的轴管具有较小的质量但能传递较大的转矩和更高的临界转速，故用作汽车传动系的万向传动轴。
传动轴是将发动机输出的转矩经变速器传递给前驱和后驱的传动机构，转速达3000~7000r/min，振动是传动轴总成设计需考虑的首要问题。尽管采取涂层技术来减小滑移阻力，但产生的滑移阻力仍为等速万向节的10~40倍，而滑移阻力将产生振动。为选型设计提供依据，传动轴分为CJ+CJ型、BJ+BJ型（靠花键产生滑移)、BJ+DOJ型、BJ+TJ型、BJ+LJ型5种类型。
车辆的万向节传动，主要应用于非同心轴间和工作中相对位置不断改变的两轴之间的动力传递。装在变速器输出轴与前后驱动桥之间。变速器的动力输出轴和驱动桥的动力输入轴不在一个平面内。有的汽车根据总布置要求需将离合器与变速器分开一段距离，变速箱与驱动桥之间的相对位置和它们的输出、输出入轴之间的夹角不断发生变化。这时常采用一根或多根传动轴、两个或多个十字轴万向节的传动。下图3.1为用于汽车变速箱与驱动桥之间的不同万向传动方案。
（a）单轴双万向节式
（b）两轴三万向节式
图3.1 汽车的万向传动方案
如图a为常用的单轴双万向节传动，如图b为连接距离较长且不宜于采用单轴双万向节传动的连接。由于参考车型轴距为4.75米，故选取如图b的传动方案。
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3.2传动轴断面尺寸的确定与强度校核 3.2.1传动轴的运动分析
传动轴的长度和夹角及它们变化范围，由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，套管叉与花键轴有足够的配合长度；而在长度处于最小时，两者不顶死。传动轴夹角的大小影响万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动效率和十字轴旋转的不均匀性。
当传动轴长度确定后，其断面尺寸必须保证有足够的强度，并能承受相当的转速。其许用的传动轴转速，不应超过临界转速。所谓临界转速，即当某个长度为L的传动轴，在两支点中旋转时，如图3.2所示，由于轴自身的重力作用，使传动轴中心（即质量中心）相对轴线有一偏移量（初挠度）e，如果再考虑到轴与孔的间隙，传动轴质量的不均匀，则e将再增大。当此轴旋转时，在质量中心必有离心力的作用，这个离心力又将引起传动轴的进一步弯曲，产生附加挠度y。由于重力的大小和方向是不变的，而离心力的大小与方向是改变的，故使传动轴的弯曲力（垂直力与离心力的向量和）也周期性的变化着，从而传动轴的挠度也随时在变化。即传动轴的旋转，将伴随有弯曲振动，它的频率即等于传动轴的转速。当传动轴的转速接近于它的弯曲自然振动频率时，即出现共振现象，振幅（挠度）急剧增加，致使传动轴折断，这一转速即为传动轴的临界转速。
图3.2 万向节传动轴的弯曲振动
传动轴的临界转速与轴的直径、长度和支承点数目有关。设传动轴转速为
?(rad/s)。作用在传动轴上的离心力则为：
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F?m(y?e)?2
（3.1）
式中:m—传动轴的质量。
这时离心力被与长度成正比的材料弹性力p所平衡，由材料力学得知：
EI（3.2） P?cy8
L式中：E—传动轴材料的抗拉弹性模数，E?21?1010N/mm2；
L—支承长度，取两万向节的中心距离（mm）； I—轴剖面对其对称轴线（直径）的转动惯量（m4）；
系数c与受载情况、支承型式有关，当载荷在两端自由支承的梁上沿长度平均分布时c?384，而在同样受载情况下，对两端固定支架支承的梁c?384；
5P—材料弹性力。 由平衡条件得：
EIm(y?e)??cy3L2
（3.3）
m?2e解得： y? （3.4）
EIc3?m?2L式中：e—初挠度；
y—附加挠度；
ω—传动轴角速度。 EI当c3?m?2时，轴的挠度y趋于无穷大，即若轴以与此相应的角速度?h0旋转
L时必将折断。这时：
?h0?2?nk0cEI （3.5） ?360mL 对于直径为D的实心轴，由力学得知 I??D464，m??D24 ?L （3.6）
式中：?—传动轴材料单位体积重量。
由此，对于两端自由支承（开式传动轴），且载荷沿轴长平均分布的轴，其临界
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转速为：
nk0?1.2?108Dr/min （3.7） L2对于两端有固定支承的轴（轴封闭于传动轴套管中的闭式传动轴），则： nk0?2.3?108Dr/min （3.8）
L2对于大量采用的空心轴，若其剖面外径D，内径为d，则：
I??64(D4?d4)??64(D2?d2)(D2?d2)
m?于是两端自由支承的轴：
?4(D2?d2)?L
nk0?1.2?108D2?d2r/min （3.9） L2对两端固定支承的轴，则：
nk0?2.3?108D2?d2r/min （3.10） L2以上各式中D、d、L均用同样的长度单位（毫米）。对于绝大多数开式传动轴，可按两端自由支承的轴来计算，工作长度L可取两万向节中心间距离。如为闭式传动轴，可按两端固定支承的轴承计算，工作长度L可取两轴承中心间距离。
从上面公式可以看出：当传动轴外径相同时，空心轴的临界转速比实心的要高。这就是为什么传动轴广泛采用空心轴的原因之一。同时还可看出当L增加，nk0下降，为了提高nk0可缩短传动轴长度，增大轴管内外径。所以当L?1500mm时，常采用中间支承。当传动轴外径相同时，空心轴的临界转速比实心的要高。为了提高nk0在制造方面采取的主要措施是；用质量分面比较均匀的焊接钢管代替无缝钢管；作轴管的钢板厚度一般取1.5～3.0mm；对每根传动轴总成应进行动平衡检验，保证不平衡度在规定范围以内，如果不合格应进行校正（贴焊平衡块）并使偏心振摆也在公差以内。
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