基于有限元分析的汽车万向传动装置设计【汽车的十字轴式万向传动装置设计】
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毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目: 基于有线元分析的汽车 万向传动装置设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程B07-1 学 生 姓 名: 陈 兵 导 师 姓 名: 赵雨旸 开 题 时 间: 2011.3.16 指导委员会审查意见: 签字: 年 月 日SY-025-BY-3毕业设计(论文)开题报告学生姓名陈兵系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-1班指导教师姓名赵雨旸职称副教授从事专业车辆工程、交通工程是否外聘是否题目名称基于有限元分析的汽车万向传动装置设计一、课题研究现状、选题目的和意义 1.汽车万向传动轴的发展与现状万向传动装置最早出现于1352年,在Strasbourg大教堂时钟机构中的万向节传动轴。1663年Robert Hook万向节诞生,后来被人们叫做虎克万向节,也就是十字轴万向节。紧接着在1683年研制出的双联式虎克万向节,消除了单个虎克万向节传递的不等速性,并于1901用于汽车转向轮。在上世纪初,虎克万向节和传动轴,以及后来的等速万向节和传动轴在机械工程和汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。现在,根据在扭转方向上是否有明显的弹性,万向节可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式传递动力,又分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节;挠性万向节是靠弹性零件传递动力的,具有缓冲减震作用。现在汽车万向传动装置一般是由万向节、传动轴和中间支撑组成。主要用于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。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化,并实现两轴的等角速传动。一般万向节由十字轴、十字轴承、凸缘叉及轴向定位件和橡胶密封件等组成。传动轴是一个高转速、少支承的旋转体,因断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。载货汽车根据驱动形式的不同选择不同型式的传动轴。一般来讲42驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。64驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。66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。在长轴距车辆的中间传动轴一般设有传动轴中间支承它是由支承架、轴承和橡胶支承组成。在1950年后,传动轴的产量达到数以万计。1984年主要由于汽车工业的增长,生产了三千五百万套虎克万向节传动轴,一亿二千万套等速万向节传动轴,一亿三枢轴式万向节传动轴。在国内,近年来随着我国汽车业的高速发展,带动我国汽车传动轴需求持续大幅增长。2007年中国汽车传动轴的需求已经突破992万根,产值达到45亿。2008年汽车销量达到938万两,而作为汽车零部件的汽车传动轴需求量也接近1900万套,产值达到50亿元。倒2010年我国汽车传动轴总销售额达到87亿之多,因次国内也出现一批传动轴制造的厂家。但产品的性能与国外相比仍有相当大的差距,具体表现在两个方面:绝大多数轿车厂家对等速万向节产品没有制定出相应的技术规范,而国外公司对驱动轴和传动轴的技术规定达67款之多,其中严格规定驱动半轴总成和传动轴总成的振动频率,目的是避免和发动机、轮胎以及其他传动系部件发生共振,从而更加全面合理地设计汽车底盘;零件供应商,易随意组合中心固定型等速万向节和伸缩型等速万向节,从而造成总成的失衡,使轿车产生异常振动,出现异响。对于创立自主知识产权的轿车厂家来说,造出一流轿车仍有很长的路要走。2. 课题研究的目的与意义 万向传动装置是汽车传动系中的重要总成,它直接与变速器和驱动桥相联系,用来实现对传动系的动力传递。课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置,主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等,这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。本设计中的传动轴是两节的,由十字轴万向节连接。传动轴是由轴管、伸缩花键套和万向节组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角发生变化时实现两轴的动力传输。万向节是由十字轴、十字轴轴承和凸缘叉等组成。在传动轴的设计中采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性,对其结构进行优化设计,是非常重要和必须的。在此基础上,再进行万向传动装置设计不但可以获得最佳的万向传动装置基本参数,还可以大大缩短万向传动装置总成开发周期、降低开发费用,提高设计质量,保证其设计的精确性。汽车传动轴主要作用是把发动机减速器的运动传递到驱动桥,使驱动桥获得规定的转速和方向,其传递的主要为转矩。因此,传动轴的强度校核主要为受扭强度校核。传统的分析方法,一般都是首先通过轴传递的最大转矩,计算出轴的最小直径;然后通过计算作用在轴上的载荷、不同断面上的转矩、轴向力和弯矩,利用解析法或图解法确定轴不同位置的支反力,最后利用传统的计算公式进行强度校核,确定安全系数。如果安全系数小于许用安全系数,还要进行疲劳强度计算。此过程计算繁杂,反复性强,而且可靠性差,很可能因为计算误差,造成由于传动轴强度不够而引发的轴裂、轴断事故。因此,研究一种新的准确、快捷的强度分析方法迫在眉睫。ANSYS软件作为一种广泛应用CAE软件,应用有限元法对结构进行静力学、动力学、热力学和电磁学等多种分析。通过ANSYS软件的应用,可以大大缩短轴类零件的设计周期,从而减少设计成本,并有利于多种型号产品的开发。万向节是各类车辆传动系中传递扭矩的关键零件之一,它是连接变速器与减速器之间的桥梁,其工作性能直接影响车辆是否能正常工作。十字轴式万向节具有结构简单,低幅磨损小,传递功率大,主、从动轴间夹角允许变化范围大的特点,因而在车辆中应用较广。由于万向节叉形状复杂,传统的设计方法是根据经验确定万向节叉的尺寸,但按这种方法设计出的万向节很难达到最优的结果,所以对设计的合理性提出了疑问:是否有强度与刚度储备较大造成材料与产能巨大浪费现象这为传动轴万向节叉的轻量化设计及最优化设计提出了迫切的要求,其经济效益和社会效益的潜力是不言而喻的。现代计算技术的发展使有限元方法得到突飞猛进的进步。随着一系列大型分析软件的开发和完善,有限元方法被越来越广泛地应用于工程实践中。笔者利用三维造型及分析软件ProE对十字轴式万向节叉进行有限元分析和优化设计,以期对其整体应力分布规律和应力水平有较全面的了解,为万向节叉的优化设计提供定量的技术依据。因此通过本课题的研究可以完成理论课程的实践总结,掌握一种流行的设计方法和软件,获得一定的研究工作方法,提高科研工作素质。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题1.设计的主要内容:(1)万向传动装置主要零部件的设计;(2)主要零部件的有限元分析与优化;(3)主要零部件的设计修正;(4)在CAE分析的基础上完成设计图纸。2. 拟解决的主要问题:(1)完成十字轴万向节、传动轴、滚针轴承、花键轴和凸缘叉的设计;(2)主要部件的强度校核;(3)用CAD/CAM/CAE软件Pro/E进行建模;(4)应用ANSYS优化工具解决单目标多变量约束非线性优化问题,提高设计的准确度和可靠性,同时保证设计的效率比以往要高;(5)保证所连接的两轴尽可能等速运转。由于万向节夹角而产生的载荷震动和噪声应在允许的范围内,在使用车速内不应产生共振现象;(6)使用有限元分析软件ANSYS对万向传动装置的设计零部件进行静态分析,完成万向传动装置主要部件的详细设计从而解决工艺合理、成本低、可靠性高的设计要求;(7)应用ANSYS优化工具解决单目标多变量约束非线性优化问题,提高设计的准确度和可靠性,同时保证设计的效率比以往要高;(8)用AutoCAD完成装配图、零件图,表达设计。三、技术路线(研究方法)调研并查阅相关资料确定汽车万向传动装置主要参数主要零部件的建模主要零部件的静态分析主要零部件的优化设计万向传动装置的主要零部件的设计优化后尺寸确定用Pro/E完成零部件装配完成设计图纸完成毕业设计说明书四、进度安排(1)调研、资料收集,完成开题报告 第1、2周(2)研究汽车万向传动装置的设计步骤与设计方法,分析万向传动装置受力情况 第3周(3)按照传统的汽车设计方法设计万向传动装置 第4、5周(4)对按传统方法设计的万向传动装置进行有限元分析 第69周(5)完成所设计装配图与零件图图纸 第1012周(6)完成设计说明书的撰写,指导教师审核 第13周(7)毕业设计(论文)修改、完善 第14周(8)毕业设计(论文)审核、预审 第15周(9)毕业设计(论文)修改、完善 第15、16周(10)毕业设计(论文)答辩准备及答辩 第17周五、参考文献1 郭慧玲. 传动轴的优化设计 J. 机械传动, 2008, 32 (6):88-90. 2 喻志勇,阳华. 汽车传动轴零件的标准化设计 J. 科技广场, 2009, (5):188-199. 3 彭红星. 传动轴的有限元分析与设计优化 J. 机械工程师, 2009, (12):114-115. 4 吉林工业大学,诸文农.底盘设计(上册).北京:机械工业出版社,1982.4.5 吉林大学,王望予.汽车设计(第四版).北京:机械工业出版社,2009.6.6 清华大学,余志生.汽车理论(第四版).北京:机械工业出版社,2008.1.7 陈家瑞。汽车构造(第二版)M.北京:机械工业出版社,2008.1.8 刘惟信.汽车设计.北京:清华大学出版社,2001.7.9 羊拯民.汽车设计丛书-传动轴和万向节.北京:人民交通出版社,1986.10.10 邢琳,张秀芳.机械设计基础课程设计指导书.北京:机械工业出版社,2007.7.11 孙国刚. 十字轴式传动轴 J. 城市公共交通, 2003, (3):101-106. 12 李科,何志兵,沈海等. 等速万向节总成的设计方法 J. 轴承, 2006, (9):44-45. 13 吴汀,杨万福. 汽车传动系万向传动装置的多目标优化设计 J. 武汉汽车工业大学学报, 1999, (1):101-106.14 李科,何志兵,沈海等. 等速万向节总成的设计方法 J. 轴承, 2006, (9):5-9.15 Julian Happian-Smith. An Introduction to Modern Vehicle Design. Reed Educational and Professional Publishing Ltd 2002.16 S.D.Haddad and N.Watson.DESIGN AND APPLICATIONS IN DIESEL ENGINEERING.Ellis Horwood Limited,1984.六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要Abstract第1章 绪论11.1课题研究的目的意义11.2课题的国内外研究现状11.3设计的主要内容与技术路线2第2章 万向传动装置结构方案确定42.1设计已知参数42.2万向传动的运动和受力分析42.2.1单十字轴万向节传动42.2.2双十字轴万向节传动62.2.3多十字轴万向节传动72.3结构方案的确定72.3.1万向节与传动轴的结构型式72.3.2传动轴管、伸缩花键及中间支承结构方案分析82.3.3万向节类型分析102.4本章小结14第3章 万向传动装置设计153.1万向节传动的计算载荷153.1.1按发动机最大转矩和一档传动比来计算153.1.2按驱动轮打滑来计算153.2 万向传动轴的计算载荷163.2.1初选十字轴万向节尺寸163.2.2十字轴万向节设计与校核183.3 滚针轴承设计193.3.1滚针轴承初选尺寸193.3.2滚针轴承的接触应力193.4 万向节叉设计和校核203.5 传动轴的设计计算213.5.1传动轴的临界转速223.5.2传动轴长度和内外径确定233.5.3传动轴的校核233.6 花键轴的设计计算243.6.1花键轴初选尺寸243.6.2花键轴的校核253.7 中间支承的结构分析和设计253.8 本章小结28第4章 万向传动装置的有限元静力学分析294.1 基于Pro/ENGINEER软件的三维建模294.1.1 Pro/ENGINEER软件简介294.1.2利用Pro/E进行三维建模304.2基于ANSYS的有限元模型生成314.2.1 ANSYS有限元分析软件的简介314.2.2 Pro/E与ANSYS接口的创建334.2.3基于ANSYS的有限元模型生成354.3万向传动装置静载和约束的施加与结果分析364.3.1十字轴有限元受力分析364.3.2万向节有限元受力分析394.3.3中间传动轴有限元受力分析444.4本章小结47第5章 万向传动装置的有限元优化设计485.1优化设计概述485.2基于有限元的十字轴优化设计495.2.1十字轴数学模型建立495.2.2十字轴优化结果分析505.3万向节叉的结构优化525.3.1万向节叉的数学模型建立525.3.2万向节叉的优化结果分析535.4传动轴管的优化565.4.1传动轴管的数学模型建立565.4.2传动轴管优化结果分析565.5万向传动装置优化后尺寸的确定585.6进行整机装配与校核585.6.1 Pro/E实体建模后的整体装配图585.6.2干涉检查605.7本章小结61结论62参考文献63致谢64附录65附录A 外文文献原文65附录B 外文文献中文翻译69附 录附录A 外文文献原文A shaft assembly, profileThe shaft axis in two different, even in its working process and relative position between the two shafts changing. According to the important components - shaft, can have the different universal classification. If the direction in reverse universal elastic, whether can be divided into the rigid universal shaft transmission and flexible joints. The former is the hinged on parts of the power transmission link, the latter by elastic parts, and has passed dynamic buffer reduced. Rigid gimbal and can be divided into different speed universal shaft type (such as cross gimbal) and patterned (such as double type gimbal, three pin shaft type gimbal) and patterned (such as ball cage gimbal, fork type gimbal). Patterned constant, and refers to the driven shaft rotation in driving shaft with the rotation Angle, whether of equal velocity, of course, driving shaft and driven shafts is equal to the speed of the average.Lord, the driven shaft axis in two angular change when the Angle between the universal and equal still called patterned or DengJiao velocity universal. They mainly used to drive axles, breaking the wheel transmission device etc, and is mainly used in the power of the car. When the car for a rear wheel drive, often using the universal shaft, on the part of high-grade car, have adopted the isokinetic ball head, When the car for front wheel drive, often USES patterned constant - universal shaft, but also a kind of different appellation.In front of a rear wheel drive motor (or all round the bus driver), due to the automobile suspension in athletic process, main reducer drive shaft transmission (or input shaft and FenDongXiang) output shaft is relative motion between often, in addition to avoid certain institutions or device (not) line, there must be a device to realize the dynamic transfer, then the normal appeared gimbal transmission. Universal must have the following characteristics: the transmission and ensure that the relative position of the two shafts in expected range changes, can reliably transfer power, B, ensure that connects the two shafts could even operation. Due to the universal and additional load Angle, the vibration and noise should be allowed in, C, high transmission efficiency, long service life, simple structure, easy fabrication, easy maintenance. For automobile, due to a cross gimbal output shaft relative to the input shaft (have) is not constant rotation Angle, therefore, must adopt double gimbal (or more), and the universal shaft driving connected with the two cardan arrangement in the same plane and make two equal to the Angle. It is very important. In the design to minimize the Angle.Shaft assembly imbalance is the transmission of the bending vibration. The cause of the vibration noise is obvious. In addition, the universal joint cardan shaft kiln, axial clearance, the sliding spline shaft assembly precision, peeling ends when high-speed rotary shaft transmission and the elastic deformation of a hot spot balance affecting factors can change the imbalance of shaft assembly. Reducing the imbalance, shaft for cars, especially the high-speed car like (car) is extremely important, otherwise it will cause a lot of relevant fault or damage.The universal shaft rigidity of vehicle drivetrain is in the most widely used, and the long history. Usually say the shaft is generally refers to the universal shaft rigidity type. The axial rigidity of universal is mainly used in the transmission Angle of CAM flange, generally, the shaft needle bearing assembly, cardan joint or sliding fork, fork or spline fork, needle bearing axial fixation. Ashdod, with the gearbox commonly margin fork shaft drive or other such links. Tu margin with a fork is the flange, generally USES the fork form part of the carbon steel or medium-carbon steel forging, also have adopted the ductile iron castings and sand carbon steel or medium-carbon steel high precision castings. Tu margin with a flat binary general, also have brought a flanged end flange of trapezoid tooth. The shaft needle bearing assembly includes four needle bearing, a cross axis, a grease. Roller bearings are generally consists of several needle roller bearings, a bowl, a blade rubber seal (more than with partial skeleton). In some needle bearing, and a belt round bearings, nylon, gasket also adopts copper or other materials, mainly for the decrease of universal shaft axial clearance, improve the quality of dynamic balance. A binary form cardan parts, generally USES medium-carbon steel or carbon steel forging parts, also have adopted the precision casting medium-carbon steel. Needle bearing axial fixation thing is generally holes (or axis) with elastic ring (internal and external), or bearing the cassette, bolt locking plate, etc.Another shaft is an important part of the spline is sliding, internal and external spline (rectangular), and the involute used to convey length change.The universal shaft and sliding swinging Angle of slip is biggest spline is decorated, according to the vehicle shaft and beat the check.Transmission of low carbon steel tube generally made of steel wire coiling of big norms, the tube, also have adopted the cold drawn seamless tube. The tube diameter and wall thickness (or diameter) is based on the maximum transmission torque, highest speed conditions of work. Hollow shaft tube has smaller quality and can deliver large torque, and the same diameter than the solid shaft possesses higher critical speed characteristics.Normally, two gimbal centre distance is not more than 1.5 m. When the distance is close, generally by two universal and a sliding spline shaft, no vice. When the distance and make more than 1.5 m shaft length, often divided into two or three roots, using three or four joints, and finally a belt, the rest of the spline vice sliding bearing structure among belt.Typical middle by a supporting general cylindrical ball bearing, a housing, two seal, a rubber pad, a grease mouth. By supporting bracket among middle shaft connecting to the frame beams, transmission line and the middle axis required support among perpendicular to the plane. General layout in supporting shaft transmission system among the first-order critical speed nodes.In use process, generally need timely maintenance. In the joints, sliding bearing etc, among the spline is fat mouth place, want to periodically according to related regulations prescribed grease filling. Also have adopted in maintenance free universal shaft bearings and support in the reserve, need not regular grease filling grease.Second, the universal descriptionUniversal joint is a key component of the car transmission. In front of the rear wheel drive motor vehicle, universal shaft installed in transmission and the output shaft drive between input shaft gear reducer, And lead the front wheel drive motor vehicle omitted, universal shaft driving is responsible for installation in the front axle and be responsible for steering wheels and half shaft.Automobile is a movement of objects. The bus driver, engine, clutch and transmission as a whole, and installed in the frame by elastic suspension frame and drive connections between a distance, the need for connection. The car runs in rough pavement produces change, load or two assembly location, will make the output shaft transmission with the reducer drive shaft Angle between input and the distance change, therefore, to use a in changing devices to solve this question, it is the universal.In between, off-road vehicle transmission and the front drive thansfer can turn with half shaft drive between the universal, need to do . The structure and function of a bit like human limbs, it is allowed to connect the Angle between the parts. But it and body joints and different forms of activities, it only allows the Angle of the change in a certain range.Universal shaft type is the universal, rigid patterned (double axle and three pin shaft type), patterned (ball fork and ball cage), cross gimbal sex. After the car at the most widely used a cross gimbal.Single gimbal cannot make the output shaft and the instantaneous velocity of axle shaft vibration, easy to cause the equal parts, aggravate the damage, produce a lot of noise. Therefore, after the car driver using universal form of transmission shaft double gimbal, is a universal at each end, its function is equal to the transmission Angle, both the output shaft and the instantaneous velocity of axle shaft always equal.In order to satisfy the power transmission, steering and auto operation generated by beating down before the Angle, drive the car drive shaft and the wheel, and also used between universal connected. Due to the limit, the axial dimensions of landform and bigger, request to do, so common universal widely adopted various patterned. In general, the former drive car every half shaft with two patterned, near the speed of universal joint is a half drive axle shaft inside, near the universal shaft lateral velocity is half. In various patterned, common ball cage is universal, it with six steel ball force, driving shaft and driven shafts intersect in any of the circumstances, the ball is located on the intersection of two in two axis, namely the equally intersect, thus ensure the driven shaft, equal angles speed transmission.附录B 外文文献中文翻译 传动轴简介 传动轴,在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力。传动轴按其重要部件万向节的不同,可有不同的分类。如果按万向节在扭转的方向是否有明显的弹性可分为刚性万向节传动轴和挠性万向节传动轴。前者是靠零件的铰链式联接传递动力的,后者则靠弹性零件传递动力,并具有缓冲减振作用。刚性万向节又可分为不等速万向节(如十字轴式万向节)、准等速万向节(如双联式万向节、三销轴式万向节)和等速万向节(如球笼式万向节、球叉式万向节)。等速与不等速,是指从动轴在随着主动轴转动时,两者的转动角速率是否相等而言的,当然,主动轴和从动轴的平均转速是相等的。 主、从动轴的角速度在两轴之间的夹角变动时仍然相等的万向节,称为等速万向节或等角速万向节。它们主要用于转向驱动桥、断开式驱动桥等的车轮传动装置中,主要用于轿车中的动力传递。当轿车为后轮驱动时,常采用十字轴式万向节传动轴,对部分高档轿车,也有采用等速球头的;当轿车为前轮驱动时,则常采用等速万向节等速万向节也是一种传动轴,只是称谓不同而已。 在发动机前置后轮驱动(或全轮驱动)的汽车上,由于汽车在运动过程中悬架变形,驱动轴主减速器输入轴与变速器(或分动箱)输出轴间经常有相对运动,此外,为有效避开某些机构或装置(无法实现直线传递),必须有一种装置来实现动力的正常传递,于是就出现了万向节传动。万向节传动必须具备以下特点:a、保证所连接两轴的相对位置在预计范围内变动时,能可靠地传递动力;b 、保证所连接两轴能均匀运转。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;c 、传动效率要高,使用寿命长,结构简单,制造方便,维修容易。对汽车而言,由于一个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴(有一定的夹角)是不等速旋转的,为此必须采用双万向节(或多万向节)传动,并把同传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面,且使两万向节的夹角相等。这一点是十分重要的。在设计时应尽量减小万向节的夹角。 传动轴总成不平衡是传动系弯曲振动的主要原因。其引起的振动噪声是明显的。此外,万向节十字轴的轴向窜动、传动轴滑动花键中的间隙、传动轴总成两端连接处的定心精度、高速回转时传动轴的弹性变形及传动轴上点焊平衡片时的热影响因素等都能改变传动轴总成的不平衡度。降低传动轴的不平衡度,对于汽车,尤其是高速汽车如(轿车)是极其重要的,否则会引起很多相关故障或异常损坏。 十字轴式刚性万向节传动轴在汽车传动系中用得最广泛,历史也最悠久。平时所说的传动轴一般指的就是十字轴式刚性万向节传动轴。十字轴式刚性万向节主要用于传递角度的变化,一般由突缘叉、十字轴带滚针轴承总成、万向节叉或滑动叉、中间连接叉或花键轴叉、滚针轴承的轴向固定件等组成。突缘叉一般与变速箱、驱动桥或别的传动轴等连接。突缘叉是一个带法兰的叉形零件,一般采用中碳钢或中碳合金钢的锻造件,也有采用球墨铸铁的砂型铸造件和中碳钢或中碳优质合金钢的精密铸造件。突缘叉一般带一个平法兰,也有带一个端面梯形齿法兰的。十字轴带滚针轴承总成一般包括四个滚针轴承、一个十字轴、一个滑脂嘴。滚针轴承一般由若干个滚针、一个轴承碗、一个多刃口橡胶油封(部分带骨架)组成。在某些滚针轴承中,还有一个带油槽的圆形垫片,有尼龙的,也有采用铜片或其他材料的,主要用于减小万向节轴向间隙,提高传动轴动平衡品质。万向节叉是一个叉形零件,一般采用中碳钢或中碳合金钢的锻造件,也有采用中碳钢的精密铸造件。滚针轴承的轴向固定件一般是孔(或轴)用弹性挡圈(内外卡式),或轴承压板、锁片、螺栓等。 传动轴的另外一个重要的组成部分是滑动花键副,由内、外花键(矩形、渐开线)组成,用于传递长度的变化。传动轴的万向节摆角和滑动花键副的最大伸缩量,是根据整车布置时进行的传动轴跳动校核而确定的。传动轴管一般由低碳钢板卷制的电焊钢管制成,对大规格的轴管,也有采用冷拔无缝管的。轴管的外径和壁厚(或内径)是根据传动轴所传递的最大工作扭矩、最高工作转速等条件确定的。空心的轴管具有较小的质量并能传递较大的扭矩,并且比相同外径的实心轴具有更高的临界转速的特点。 一般情况下,两万向节中心距不大于1.5m。当距离较近时,一般由两个万向节和一个滑动花键副组成,中间无轴管。当距离较远而使传动轴的长度超过1.5m时,常常分成两根或三根,采用三个或四个万向节,且最后一根带滑动花键副,其余的带中间支承的结构型式。 典型的中间支承一般由一个圆柱球轴承、一个轴承座、两个油封、一个橡胶垫、一个滑脂嘴组成。中间传动轴由中间支承支架连接到车架横梁上,要求中间传动轴轴心线与中间支承平面垂直。一般要求传动轴中间支承布置在传动轴系统的一阶临界转速节点上。在使用过程中,一般需要按时保养。在万向节、滑动花键副、中间支承等有滑脂嘴的地方,要按有关规定进行定期加注规定的润滑脂。也有采用免维护的传动轴,在万向节和中间支承的轴承内有预留的润滑脂,不需要定期加注润滑脂。 万向节是汽车传动轴上的关键部件。在前置发动机后轮驱动的车辆上,万向节传动轴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车辆省略了传动轴,万向节安装在既负责驱动又负责转向的前桥半轴与车轮之间。 汽车是一个运动的物体。在后驱动汽车上,发动机、离合器与变速器作为一个整体安装在车架上,而驱动桥通过弹性悬挂与车架连接,两者之间有一个距离,需要进行连接。汽车运行中路面不平产生跳动,负荷变化或者两个总成安装位置差异,都会使得变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的夹角和距离发生变化,因此要用一个“以变应变”的装置来解决这一个问题,因此就有了万向节。另外在越野车变速器与分动器之间,前驱动的可转向驱动桥与半轴之间,都需要这个万向节做“关节”。万向节的结构和作用有点象人体四肢上的关节,它允许被连接的零件之间的夹角变化。但它与肢体关节的活动形式又有所不同,它仅允许夹角在一定范围内变化。万向节有十字轴式刚性万向节,准等速万向节(双联轴式和三销轴式),等速万向节(球叉式和球笼式),扰性万向节。目前后驱动汽车上应用最广的一种是十字轴万向节。 单个的万向节不能使输出轴与轴入轴的瞬时角速度相等,容易造成振动,加剧机件的损坏,产生很大的噪音。因此,后驱动汽车的万向节传动形式都采用双万向节,就是传动轴两端各有一个万向节,其作用是使传动轴两端的夹角相等,保证输出轴与轴入轴的瞬时角速度始终相等。 为了满足动力传递、转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化,前驱动汽车的驱动桥,半轴与轮轴之间也常用万向节相连。由于受轴向尺寸的限制,要求偏角又比较大,普通万向节难以胜任,所以广泛采用各式各样的等速万向节。在一般前驱动汽车上,每个半轴用两个等速万向节,靠近变速驱动桥的万向节是半轴内侧万向节,靠近车轴的是半轴外侧万向节。在各种等速万向节中,常见是球笼式万向节,它用六个钢球传力,主动轴与从动轴在任何交角的情况下,钢球都位于两园的交点上,即位于两轴交角的平分面上,从而保证主、从动轴等角速度传动。
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