畢業設計載重汽車傳動軸結構分析與設計學生姓名：學號：系部：機械工程系專業：機械設計制造及其自動化指導教師：二○一五年六月誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。本人簽名：年月日

畢業設計任務書設計題目：載重汽車傳動軸結構分析與設計系部：機械工程系專業：機械設計制造及其自動化學號：學生：指導教師（含職稱）：（高工）1．設計的主要任務及目標通過調研和查閱相關資料文獻，掌握汽車傳動軸主要用途和工作原理。應用所學相關基礎知識和專業知識，分析汽車傳動軸結構、載荷，對主要受力件強度進行計算分析。應用三維軟件或二維繪圖軟件完成裝配和重要零件結構設計，并編寫畢業設計論文。2．設計的基本要求和內容1）掌握汽車傳動軸的結構及工作原理。繪制結構簡圖和原理簡圖；2）對汽車傳動軸關鍵零件進行計算分析；3）繪制汽車傳動軸的總成圖；4）繪制汽車傳動軸1-2個零件圖；5）編寫畢業設計論文，總結設計取到的效果與體會，提出自己的論點和改進建議等。3．主要參考文獻[1]王望予.汽車設計[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]

于志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]

劉維信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2003.

4．進度安排序號設計各階段名稱起止日期1調研、查閱參考文獻，收集資料，理解課題目標，確定設計思路，完成開題報告2014.12.01至2014.12.222畢業設計開題報告檢查，畢業設計開題輔導至2015.01.103結構原理分析計算，設計畢業，準備中期檢查至2015.04.204完成畢業設計論文編寫，準備中期檢查至2015.05.205設計、計算及圖紙完善，論文整理，準備答辯至2015.06.05審核人：年月日載重汽車傳動軸結構分析與設計摘要：此設計論文在系統的介紹汽車傳動軸的組成機構及其運作方式的基礎之上，對載重汽車傳動軸的機械部分主要零件進行具體的結構分析，其中包括萬向節，滑動花鍵，中間支撐，軸管，從而深度理解并掌握載重汽車傳動軸的結構原理及運作方法。在了解這些的基礎之上，通過所學的知識及其收集的資料，對主要分析與設計的載重汽車傳動軸機械部分進行具體的分析與計算校核，其中包括傳動軸計算校核，花鍵計算校核，支撐螺栓計算校核以及萬向節的計算校核。此外還對萬向傳動裝置進行了基本的了解和介紹。關鍵詞：傳動軸,萬向節TheAnalysesAndDesignAboutTransmissionShaftStructureInTheTruckAbstract:Theessayisbasedonasystemicintroductionaboutcomposingmechanismsandoperationintruckdriveshaft,wehadaspecificstructuralanalysesofmajorpartsinmechanicalpartintransmissionshaftofthetruck,includingcardanjoint,slidespline,intermediatesupportandaxletube,sothatwecanunderstandandmasterthestructureprinciple,operatingmethodonahigherlevel.Weanalyzedanddesignedmechanicalpartintransmissionshaftindetailbytheknowledgelearnedandinformationcollectedonthebaseoftheseknowledge,suchastransmissionshafthemultiplekeys,pillarboltandcardanjoint.Wehadaprimaryacquaintanceandintroductionaboutuniversaldrivingdeviceaswell.Keywords：driveshaft,universaljoint目錄1緒論 11.1概述 11.2汽車傳動軸的背景、發展及現狀 11.3汽車傳動軸的功能及用途 21.4汽車傳動軸組成部分 21.5汽車傳動軸機械部分特征和設計要求 31.6萬向節整體結構 31.6.1萬向節的分類 31.6.2萬向節的傳動特點 41.6.3萬向節的選擇 42萬向傳動裝置 52.1萬向傳動裝置結構 52.2萬向傳動裝置的應用 52.3萬向傳動裝置的故障及診斷 63載重汽車傳動軸 93.1載重汽車傳動軸管作用及設計 93.2載重汽車傳動軸花鍵 93.3傳動軸中間支撐 103.4傳動軸的動平衡 114載重汽車傳動軸結構分析與校核 134.1載重汽車傳動軸的計算及強度校核 134.2載重汽車額定載荷的確定 144.3載重汽車傳動軸當量夾角的分析 154.4載重汽車傳動軸的校核計算 154.4.1載重汽車傳動軸結構分析 154.4.2傳動軸材料的選擇 164.4.3十字軸萬向節的計算校核 174.4.4花鍵的設計計算 194.4.5載重汽車傳動軸連接螺栓的計算 194.4.6載重汽車傳動軸許用不平衡量的計算 204.4.7傳動軸中間支撐的分析 21總結及感悟 22參考文獻 24致謝 25太原工業學院畢業設計1緒論1.1概述伴隨著全世界范圍內經濟水平的高速穩定發展，中國作為公認的世界工廠，每天都會被要求向很多的國內外地區提供他們所需要的各種產品。這種情況在很大程度上使長途重型載重汽車市場獲得了快速發展。但是載重汽車油耗量較大，排放污染氣體量也較多，所以在石油價格居高不下，環境問題越來越受到人們廣泛關注的今天，載重汽車的發展面臨一個重要的挑戰。如何能夠在滿足市場需求的情況下，提高燃料的利用效率，減少有害氣體對環境的影響，就成為了載重汽車設計過程中必須要正視的問題。此論文在系統的介紹汽車傳動軸的機構以及其運作方式的基礎之上，對載重汽車傳動軸的機械部分進行具體的分析，掌握載重汽車傳動軸的運作方式和方法，在此基礎之上，通過所學的知識及其收集的資料，自主對汽車傳動軸機械部分進行分析與計算校核。本設計選取數據為：五十鈴貨車慶鈴N系列2009款NKR77LLLWCJA600P(發動機的輸出扭矩：318.5N.m；最大功率轉速：2000r/min；軸距：3360mm；變速器傳動比：一檔：6.378；主減速器傳動比：4.7；分動箱低檔速比：1.536；輪距：前輪：1504mm；后輪：1425mm；載重量：5.0t；輪胎規格：7.50-15）。1.2汽車傳動軸的背景、發展及現狀汽車傳動軸作為汽車的一個重要部件，大多情況下工作環境都比較惡劣，因此對于傳動軸的性能有著嚴格的要求。實際生活中對傳動軸材料性能有著較高的要求，傳統的汽車傳動軸是單純的金屬件。包括傳動軸體（一根或者多根）、萬向節（兩個或者多個）、滑動花鍵副、中間支承結構。而金屬傳動軸在使用中需要很好的潤滑環境，因此應該有規律地給其加注潤滑油，但是加潤滑油的工作不僅臟而且很繁瑣，無形之中給司機增加了許多負擔。此外金屬傳動軸在使用過程中較容易發生磨損，進而導致傳動軸傳動產生噪音以及發動機產生能量的流失、使其可使用時間大幅度減小。為了改善傳動軸存在磨損，潤滑不便等劣處，1997年美國最先進行了傳動軸涂覆層的研究，并且成功申請專利，此種方法對傳動軸的性能及其應用有了一定程度上的改進。而最早使用碳纖維復合材料為原料的公司是美國摩里遜爾公司生產的碳纖維復合材料傳動軸。復合材料傳動軸的問世，在傳動軸發展歷史中掀起了一個高潮。國內對復合材料傳動軸的研究在近年也有了一定的發展，科學家在美國專利的基礎上進行改進，改善了其采用磨砂處理金屬零件不均勻的缺點，并且粘結劑的使用在結合程度上也有所改善。1.3汽車傳動軸的功能及用途傳動軸的功能主要是將發動機產生的動力以及旋轉輸送到汽車驅動輪以驅動汽車行駛，并且汽車傳動軸能夠滿足在不同軸心的兩軸間甚至在工作過程中相對位置不斷發生變化的兩軸間傳遞動力的需要。汽車傳動軸的作用需要萬向節的配合才能發揮出來，它們主要用于傳遞扭力，使汽車在運行中不受后驅動橋上下運動的限制。它們一般情況下布置在變速器與后輪驅動橋之間。對于車型以及傳動方式不同的汽車上，所使用的傳動軸以及萬向節數目是不一樣的，大多數中型載重車都存在兩根傳動軸、三套萬向節和一套伸縮節。1.4汽車傳動軸組成部分整體來說汽車傳動軸由軸管，伸縮套以及萬向節組成。伸縮套的作用是自動調節變速器與驅動橋之間距離的變化。萬向節用來保證變速器輸出軸與驅動橋輸入軸兩軸線夾角的變化，并且能夠實現兩軸的等角速傳動。由于汽車的重量，作用有所區別，因此不同汽車傳動軸在具體組成和結構上有一定的不同。圖1.1汽車傳動軸整體結構1.5汽車傳動軸機械部分特征和設計要求1.保證所連接的輸出軸與輸入軸之間的相對位置在一定范圍內發生變化時，能均勻并且高效率地傳遞動力。2.保證所連接輸出軸、輸入軸在最大程度上實現等速運轉。3.應保證由于萬向節所夾角度發生變化進而導致的額外載荷、震抖和噪音控制在允許范圍內。4.另外應滿足傳動效率較高，使用壽命較長，結構簡單，制造方便，造價便宜，維修較容易等要求。圖1.2汽車傳動軸部分結構1.6萬向節整體結構1.6.1萬向節的分類萬向節的分類方式有很多，現實生活中最常用的是按照萬向節的扭轉方向是不是具有較明顯的彈性，將萬向節分為剛性萬向節和撓性萬向節。其中剛性萬向節是以零件的鉸鏈式連接達到傳遞動力的目的，撓性萬向節是靠彈性零件傳遞來動力的，存在較明顯的緩解沖力減小震動的作用。在現實生活中，人們使用較多的還是剛性萬向節，而剛性萬向節又可分為不等速萬向節（如十字軸式）、準等速萬向節（如雙聯式、凸塊式、三銷軸式等）和等速萬向節（如球叉式、球籠式等）。下面針對各種萬向節做一個籠統的介紹：不等速萬向節是指萬向節連接的兩軸夾角大于零，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時角速度比傳遞運動的萬向節。準等速萬向節是指在設計角度下工作時以等于1的瞬時角速度比傳遞運動，而在其它角度下工作時瞬時角速度比近似等于1的萬向節。等速萬向節是指輸出軸和輸入軸一直以等于1的瞬時角速度比傳遞運動的萬向節。不等速萬向節中最為典型的是十字軸萬向節，其主要包括主從動叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等部分。十字軸萬向節結構組成簡潔，具有很高的硬度，使用時間較長，傳動效率較高等優點。但所連接的兩軸之間的角度應該較小。1.6.2萬向節的傳動特點在發動機位于汽車前部而采用后輪進行驅動的汽車上，由于在行駛中懸架會發生形狀變動，驅動軸主減速器的輸入軸與變速器輸出軸兩周之間時常會發生相對運動，另外，為滿足避開某些機構或裝置限制的要求，需要有某種裝置來使動力能夠有效傳遞，因此產生了萬向節傳動。現實生活中要求萬向節傳動需要滿足三個要求：1、保證所連接兩軸的相對位置在允許范圍內變動時，能有效地傳遞動力；2、保證所連接兩軸盡可能均勻運轉。由于萬向節夾角發生變化導致的附加載荷、振抖以及噪音應在允許可控范圍內；3、傳動效率要高，使用壽命要長，結構要簡單，制造要方便，造價要便宜，維修要容易。對汽車而言，由于一個十字軸萬向節的輸出軸相對于輸入軸（有一定的夾角）是不等速旋轉的，為此必須采用雙萬向節（或多萬向節）傳動，并把同傳動軸相連的兩個萬向節叉布置在同一平面，且使兩萬向節的夾角相等。這一點是十分重要的。在設計時應盡量減小萬向節的夾角。1.6.3萬向節的選擇由于載重汽車傳動軸一般情況下需要傳遞的轉矩較大，承受沖擊也較大，同時連接的兩軸之間的轉角也較小，并且要保證所連接兩軸達到相等的轉速，綜合考慮本設計選擇十字軸萬向節。2萬向傳動裝置2.1萬向傳動裝置結構萬向傳動裝置一般情況下包括萬向節以及傳動軸兩部分，必要時候還存在中間支撐，它主要用于在工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳遞扭矩和旋轉運動。汽車上任何一對軸線存在交叉而且相對位置時常產生變動的轉軸之間的動力傳遞，均需通過萬向傳動裝置。圖2.1萬向傳動裝置的組成2.2萬向傳動裝置的應用萬向裝置在汽車上的應用有：1.用于連接變速器與驅動橋:對于發動機位于汽車前方而使用后輪進行驅動的汽車而言，此種汽車的變速器大多跟發動機，離合器有機組合成一體并且安裝在車架前部，但是驅動橋則是通過驅動懸架彈性地與車架的后部進行連接，變速器輸出軸與驅動橋輸入軸不在同一軸線上，因此必須在兩軸之間設置萬向傳動裝置。圖2.2變速器與驅動橋之間的萬向傳動裝置2.用于連接離合器與驅動橋或者變速器與分動器：在多軸傳動的汽車上，在分動器與各驅動橋之間或驅動橋與驅動橋之間也需用萬向節傳動裝置傳遞動力。3.用于連接斷開式驅動橋或轉向驅動橋：在與獨立懸架配合使用的斷開式驅動橋中，由于左右驅動輪之間存在相對跳動，需在差速器與車輪之間裝備萬向傳動裝置。4.用于連接轉向操縱機構：對于一些由于汽車整體總成進而布置的限制，導致轉向盤的軸線與轉向器的輸入軸線無法重合的汽車，也常設置萬向傳動裝置。2.3萬向傳動裝置的故障及診斷重型載重汽車經常在復雜道路上運行，此種路段會對萬向傳動裝置產生很大的影響，導致傳動軸進行扭矩的傳動過程中自身的時常發生變化，因此在汽車行駛過程中容易發生故障，常見故障有：一、傳動軸動不平衡1．現象在萬向節和伸縮叉技術狀況良好時，在汽車行進過程中會聽到有規律的聲音，并且隨著汽車速度的提升這種響聲也會變大，有的時候可能引發車身發生振動，使開車的司機感覺到輕微發麻的感覺。2．原因(1)傳動軸上的平衡塊脫落；(2)傳動軸彎曲或傳動軸管凹陷；(3)軸管以及萬向節叉的焊接出現偏差或者萬向軸出廠時沒有做動平衡試檢；(4)伸縮叉安裝錯位，造成傳動軸兩端的萬向節叉沒有位于同一平面內，不滿足等速傳動的要求。3．故障診斷與排除方法(1)檢查傳動軸管表面是不是存在凹陷：如果存在凹陷，則凹陷就是上述故障產生的原因；如果沒有凹陷，進行下一步檢查。(2)檢查傳動軸管兩端焊接的平衡片是否發生脫落，如果脫落，則故障由此引起；否則繼續檢查。(3)對傳動軸進行拆卸，并對拆下的軸管做平衡校檢，如果實驗顯示傳動軸動不平衡，應該采取一定的措施達到平衡進而消除故障。如果軸管存在彎曲現象，應及時校直。二、萬向節松曠1．現象在傳動軸開始轉動或者猛然改變轉速時，會發出“抗”的響聲；在汽車在路上穩定緩慢運行時，發出“咣當、咣當”的響聲。2．原因(1)凸緣盤連接螺栓松動；(2)萬向節主、從動部分游動角度太大；(3)萬向節十字軸磨損嚴重。3．故障診斷與排除方法(1)輕輕地用錘子敲打每一個萬向節法蘭板接頭,檢查它的松緊程度。如果連接太松，那么上述故障就是由于連接松動的原因造成的；(2)兩只手分別轉動萬向節的主從動部分,對它們的纏繞角度進行檢查。如果纏繞角度過去大,上述故障就是由此引起的。三、中間支承松曠1．現象汽車運行中出現一種連續的“嗚嗚”響聲，并且聲音隨著汽車速度的提升而增大。2．原因(1)滾動軸承缺油燒蝕或磨損嚴重；(2)中間支承的裝備方法使用不當,造成額外的負載,導致不正常的摩擦消耗；(3)橡膠圓環損壞；3．故障診斷與排除方法(1)對用于傳動軸中間支承的軸承進行注潤滑脂實驗，如果試驗之后響聲減小或消失，則上述故障就是由軸承缺潤滑油引起的；(2)松開支夾橡膠圓環的每一個螺釘，等到傳動軸運行一段時間后再擰緊，若此時響聲消失，則上述故障是由于中間支承的安裝方法不正確引起的。四、傳動軸異響1．現象汽車行進過程中傳動裝置發出周期性的響聲；并且聲音隨著汽車速度的增大而增大，嚴重時可能導致車身發生抖動。2．原因主要原因是傳動軸動不平衡；由于傳動軸變形或平衡塊脫落等，其次是對中間支承吊架進行固定的螺栓產生松動或萬向節凸緣盤連接螺栓松動，使傳動軸偏斜。3．故障診斷與排除除“傳動軸動不平衡”診斷方法外，再檢查中間支承吊架固定螺栓和萬向節凸緣盤連接螺栓是否松動，若有松動，則異響由此引起。3載重汽車傳動軸3.1載重汽車傳動軸管作用及設計汽車傳動軸軸管的作用將萬向節與滑動花鍵有機連接在一起。對于旋轉速度很高的傳動軸軸管需要總成質量分布均勻，此時易獲得動平衡，因此實際生活中載重汽車傳動軸軸管大多采用由低碳鋼板卷制的電焊鋼管空心管。此外，空心管還具有重量輕、成本低、管徑較大、扭轉強度高、彎曲剛度大以及臨界轉速高的優點。所謂軸管臨界轉速，就是當傳動軸的工作轉速接近于其彎曲振動固有頻率時，即出現共振現象，以致振幅急劇增加而引起傳動軸折斷的轉速。臨界轉速的計算公式如下：（式3.1）式中：--發動機轉速。臨界轉速（式3.2）此處初選軸管外徑D=90mm，內徑d=70mm，L=1500mm。則在設計傳動軸時，取安全系數為（式3.3）當傳動軸長度較長時，其自身振動頻率就會減小，從而就會增加共振的可能性。這時可把傳動軸分為兩段、三段甚至更多，而傳動軸分段時須加中間支承裝置。3.2載重汽車傳動軸花鍵在汽車行駛過程中，由于變速器與驅動橋的相對位置經常發生變化，因此為避免產生運動干涉，傳動軸中都設有由滑動叉和花鍵軸組成的滑動花鍵鏈接，以便實現汽車傳動軸長度的變化。傳動軸花鍵，以前大多采用矩形花鍵，隨著花鍵技術的日漸成熟目前漸開線花鍵的應用是越來越普遍。漸開線花鍵具有齒面接觸量好、能主動確定中心、較高硬度、加工成本較低等優點。滑動花鍵有內側滑動花鍵和外側滑動花鍵兩種結構。按結構形式進行分類，有滑動叉和花鍵軸叉結構兩種。為了減少滑動花鍵的軸向滑動阻力和磨損，實際工作中會對花鍵進行一定的出路：對花鍵齒進行磷化處理或噴尼龍層，在花鍵槽中放入滾針或滾珠等元件。傳動軸上的花鍵應具有滿足要求的潤滑渠道以及較好防塵措施，其中花鍵齒和鍵槽之間的間隙應盡量小。圖3.1汽車傳動軸花鍵剖面圖圖3.2汽車傳動軸花鍵剖面圖23.3傳動軸中間支撐1、在軸距較長的載重車上，為了增大傳動軸的臨界轉速，減小萬向節之間的夾角，以及滿足總成分布上的需要，大多對傳動軸進行分段。當傳動軸分段時需要加中間支撐。2、中間支承大多安裝于車架橫梁或者車身底架上，由于在運動過程中汽車動力總成彈性懸置和車架發生變形，被支撐的中間傳動軸軸線位置相對于中間支撐的安裝面經常發生變化，因此中間支撐應該適應這種變化。目前市場上廣泛采用的是橡膠彈性中間支承。橡膠彈性元件具有減小傳動軸振動，減小噪音的優點。但是這種彈性中間支承無法承受軸向力，它主要用于傳遞由于傳動軸不平衡、偏心以及萬向節上產生的附加彎曲力矩等因素所產生的徑向力。當這些每轉變化一次和每轉變化兩次的周期性激力的頻率等于彈性中間支撐懸置質量的固有頻率時，便會發生共振。在設計中間支撐時，要盡量合理的選擇其橡膠彈性元件的徑向剛度，使其固有頻率所具備的臨界轉速盡量小于傳動軸的常用轉速范圍，進而避免共振，保證其隔離振動效果。圖3.3中間支撐部分截圖3.4傳動軸的動平衡傳動軸的平衡是通過改變傳動軸總成自身的質量分布，減少由傳動軸回轉產生的有規律振動，從而降低產生的振動力以及力矩對車輛及與之接觸的零部件造成的破壞。傳動軸總成是否平衡是傳動系彎曲振動的一個因素，在傳動軸轉速較高的情況下，可能發出明顯的振動和噪聲。所以傳動軸出廠時都應該檢驗其是否滿足平衡的要求，而且要求在傳動軸兩端焊接平衡片。影響帶滑動花鍵傳動軸動平衡品質的因素：1、萬向節十字軸的軸向間隙；2、傳動軸滑動花鍵副中的間隙；3、傳動軸總成兩端連接處定心精度；4、快速運轉時傳動軸發生彈性變形；5、滑動花鍵副之間的配合間隙。4載重汽車傳動軸結構分析與校核4.1載重汽車傳動軸的計算及強度校核一般載重汽車傳動軸總成主要是由傳動軸以及其兩端的花鍵和萬向節叉組成。傳動軸中一般設有滑動花鍵，以滿足在汽車行駛過程中傳動軸長度所發生的變化。傳動軸在工作時，其長度和夾角是在一定范圍內不斷變化的。因此在設計傳動軸時應滿足傳動軸長度處在最大值時，花鍵套與軸有足夠的配合長度；而在長度處在最小時不會發生頂死現象。傳動軸之間角度的大小對萬向節的使用時間、萬向傳動的效率以及十字軸運行是否均勻有著很大的影響。當傳動軸的長度確定之后，傳動軸橫截面大小的選擇要滿足傳動軸的強硬度以及臨界轉速的要求。這里提到的臨界轉速是指，在傳動軸在實際運行時的轉速與其彎曲固有振動頻率相似時，會發生共振，此時傳動軸的振幅大幅度增加進而使傳動軸發生折斷時的轉速。最大轉速為（式4.1）式中：--電動機轉速。（安全系數此處k=1.2~2，此處取2。）故=2×2541.3=5082.6r/min(2)傳動軸計算轉矩：（式4.2）由于軸距長度3360mm，首次選取傳動軸的支撐長度L為1500mm，而其中花鍵軸軸端長度大多短于支撐長度，以達到萬向節與傳動軸這間的間隙要求，本設計中花鍵軸長度為1478mm。(3)傳動軸管內外徑確定：（式4.3）故。又因為初取D=70mm，則d=64.6mm。(5)強度校核當傳動軸長度大于1.5m，為了提高nk以及滿足總布置上的需要，大多將一根傳動軸分開成兩到三段或多段，此時需要安裝最少三個萬向節，而在中間傳動軸上需加設中間支承。傳動軸軸管切斷處的大小不僅需要滿足傳動軸所需臨界轉速的要求，同時應具備足夠的抗扭轉條件。軸管的扭轉切應力應滿足（式4.4）故符合強度要求。4.2載重汽車額定載荷的確定傳動軸的額定載荷是根據車型的配置參數計算出來的。先按發動機產生最大扭轉力矩計算，再按車輪在行進過程中產生的最大粘合力計算，取二者中的小值作為額定扭矩。1、按發動機最大扭矩計算（式4.5）式中：--按發動機最大扭矩計算時傳動軸承受的扭矩，；--發動機最大扭矩，；--變速箱一檔速比，6.378；--分動箱低檔速比，1.536；n--驅動軸的數目，此時為2。2、按車輪最大附著力計算：（式4.6）式中：--按附著力計算時傳動軸承受的扭矩，；G--滿載時驅動軸上的載荷，50009.8N；--車輪的滾動半徑，0.38m；輪胎型號由原始數據為：7.50-15；--輪胎與地面的附著系數；--減速器速比，原始數據為：4.7。4.3載重汽車傳動軸當量夾角的分析圖4.2傳動軸連接簡圖假設多萬向節傳動的各段軸的軸線均處在同一平面，并且各段兩頭的萬向節叉平面之間所夾的角度均為0°或90°，則α1、α2、α3為每個萬向節的夾角。正負號是這樣規定的：當第一個萬向節的主動節叉處在各軸軸線所在的平面內，而在其他萬向節中，若是它們的主動叉與此平面相重疊則定義是正，反之，定義為負。在實際設計多萬向節傳動時，應保證它的當量夾角足夠小，在設計時應滿足汽車在空載和滿載兩種極端工作狀況下的當量夾角αe均不大于3°。4.4載重汽車傳動軸的校核計算4.4.1載重汽車傳動軸結構分析減速器中的軸同時受彎曲應力和扭轉應力的作用，因此設計傳動軸比較合適的方法是按彎扭共同作用合成強度來計算階梯軸軸徑。但是在軸的支承距離沒有確定之前，無法由強度直接決定軸徑。因此在設計中，大多采用初步估算的法子確定階梯軸上軸頸的最小值，然后按照軸上零件的分布、結合其上各零件的安裝，計算出階梯軸的各段直徑以及長度；確定各軸跨度后，再進一步進行強度驗算。4.4.2傳動軸材料的選擇綜合考慮市場上材料價格及其許用應力，最終決定采用45#鋼。一般情估下估算傳動軸軸徑有兩種方法：一是按傳動軸只受扭矩進行計算(教材中有詳細說明)；另一方法是參考與傳動軸相近的零件軸頸（減速器），或者按與傳動軸相配合的零件的孔徑大小及各段軸的設計要求以及所要達到的結構等來確定軸的結構設計，此步驟應該在初步估算出各段軸軸徑大小和初步選取所需軸承的型號后進行。確定傳動軸上每一段軸的軸頸以及長度是傳動軸設計過程中的重要步驟。表4.1軸各段軸徑的確定符號確定方法及說明d按許用扭轉應力的計算方法估算。d應與外接零件(如聯軸器)的孔徑一致，并滿足鍵的強度條件。盡可能圓整為標準直徑。dldl＝d＋2a，a為軸肩高度，用于軸上零件的定位和固定，故a值應稍大于轂孔的圓角半徑或倒角深，通常取a≥（0.07～0.1）d；軸間過渡圓角的要求及數值見表。d2d2＝dl＋1～5mm。圖中，dl至d2的變化僅為裝配方便及區分加工表面，故其差值可小些，一般直徑差值1～5mm即可；該軸徑過渡為自由表面，其圓角半徑參見表，d2與滾動軸承相配應與軸承孔徑一致。d3d3=d2+1～5mm直徑變化僅為區分加工表面。其圓角半徑按表10－4。d4d4=d3+1～5mm直徑變化僅為裝配方便及區分加工表面，圓角半徑按表，d4與齒輪相配，最好圓整為標準直徑。d5d5=d4+2a．軸環供齒輪軸向定位和固定用，a≥(0.07—0.1)d。軸肩a及過渡圓角r的要求及數值見表。d6一般d6＝d2，同一軸上的滾動軸承最好選同一型號，以便于軸承座孔鏜制和減少軸承品種。又d5=d5-2a，a為裝滾動軸承處的軸環高度。為便于軸承拆卸，a值不應太大；為軸向定位和固定可靠，a值又不宜太小。a與過渡圓角r均有適當數值的要求，具體參見表，故ds應同時滿足d4與d6軸段的軸環高度要求，如不能同時滿足，則應改變d5軸段的結構形狀，如設計成臺階形或錐形軸段。表4.2軸各段長度的確定符號名稱確定方法及說明b1小齒輪寬度b1=b2+5～10mm。b2為大齒輪寬度，即齒輪嚙合的有效寬度，由齒輪設計計算確定。T軸承寬度按軸頸直徑初選軸承型號后確定。l3外伸軸上裝旋轉零件的軸段長度由軸上旋轉零件的轂孔寬度及固定方式而定。當采用鍵聯接時，l3應滿足鍵的強度要求。一般取l3＝（1.2—1.8）d（為軸頭直徑）。4.4.3十字軸萬向節的計算校核十字軸萬向節的損壞，通常有十字軸的軸頸和滾針軸承發生磨壞破損、及其工作表面的出現壓痕和剝落等現象兩種形式。一般情況下當磨損以及壓痕大于0.25mm時萬向節和滾針軸承應報廢。在設計萬向節時，應保證萬向節軸頸有足夠的抗彎強度和磨損壽命。圖4.3十字軸式剛性萬向節十字軸危險斷面大都發生在軸頸根部。軸頸根部的彎曲應力σ為：（式4.7）式中：p--傳動軸計算轉矩。軸頸根部的剪切應力為：（式4.8）十字軸軸頸的接觸應力為：（式4.9）式中：d--十字軸軸頸直徑，33mm；d0--十字軸油孔直徑，8mm；t--軸頸危險斷面至滾針中心距離，12mm；r--十字軸中心至滾針中心距離，35mm；--滾針工作長度，20mm；Z--滾針數，4；--滾針直徑，4mm；P--作用在十字軸軸頸上的力，N；Q--每個滾針所承受的最大載荷，N；--滾針列數，4。圖4.3十字軸萬向節花鍵的設計計算花鍵內外徑確定取安全系數2.27，則（式4.10）花鍵軸的扭轉應力為（式4.11）則式中：--為許用扭轉應力；--為花鍵轉矩分布不均勻系數去，取值1.3；--花鍵外徑；--花鍵內徑；--為花鍵有效工作長度；B--為鍵齒寬；--為花鍵齒數。由于花鍵齒側許用擠壓應力較小，所以選用較大尺寸的花鍵，查GB/T1144-2001取，，B=9mm，，花鍵擠壓強度校核（式4.12）計算滑動花鍵軸的扭轉應力時，安全系數大多在2～3范圍內選定。其中齒面硬度大于35HRC的滑動花鍵，其齒側許用擠壓應力為25～50Mp，<【】，滿足花鍵擠壓強度。4.4.5載重汽車傳動軸連接螺栓的計算由相關設計要求初選螺栓小徑為12mm，查機械設計手冊數據綜合考慮得出結果，選用材料為低碳鋼，性能等級為3.6，許用拉應力【】為300MPa，許用剪切應力【】為100MPa，許用擠壓應力【】為80MPa。連接螺栓的強度校核：此時初選M=12mm的螺栓進行校核。拉應力：(式4.13)剪切應力為（式4.14）擠壓應力為（式4.15）所以選用M=12mm的螺栓符合設計要求。式中：n--螺栓數量；d--螺栓小徑；L--突緣叉法蘭厚度，12mm；r--突緣叉螺栓分布圓半徑，54mm；P--每個螺栓承受的拉力，29020N；f--花鍵副的摩擦系數。4.4.6載重汽車傳動軸許用不平衡量的計算在設計傳動軸時，要使傳動軸的最高轉速小于0.7，即小于3557.4r/min，綜合考慮取最高轉速為3000r/min。預設傳動軸重20kg,許用最高轉速3000r/min，其平衡精度為G40,求其許用不平衡量Uper。平衡精度G＝Eper*ω/1000(mm/s)Eper--許用不平衡度(g.mm/kg)；ω--角速度，rad/s。1.用計算法求許用不平衡量G＝Eper*ω/1000＝Uper*ω/1000MUper＝1000*G*M/ω＝1000*40*20*60/2π*3000＝2548g.mm每端許用不平衡量：2548/2＝1274g.mm式中：M--傳動軸質量，M=20kg；n=3000r/min；G=40mm/s；ω=2πn/60＝2π*3000/60(rad/s)4.4.7傳動軸中間支撐的分析在設計中間支承過程中，應著重選擇橡膠彈性元件的徑向剛度，使固有頻率對應的臨界轉速盡可能低于傳動軸的常用轉速范圍，以免產生共振現象，保證其良好的隔振效果。傳動軸共振有一階、二階和三階三種形式。汽車傳動軸諧振:一般情況下單根傳動軸諧振頻率明顯較高，由激振試驗的測試成果可以得出，一階振頻往往就是在設計計算中得到的臨界轉速，一般均高出傳動軸工作轉速的1.5倍以上，二階三階則更高，全部不屬于工作轉速范圍內，所以分析單根傳動軸沒有實際意義。而兩根傳動軸及其中間支承系統，一般情況下有兩個處于傳動軸工作轉速范圍內的諧振頻率，其中一階振頻一般在20到30赫芝之間；二階振頻在40到50赫芝范圍之間，此時要求運用一定的技術措施，防止嚴重的振動和噪音出現。至于三根傳動軸及兩中間支承系統，情況更復雜。總結及感悟通過這次傳動軸的設計工作，主要完成了以下工作：（1）了解了載重汽車傳動軸的基本結構以及工作原理；（2）對載重汽車傳動軸重要零部件進行了計算校核；（3）完成編寫畢業設計論文和繪制傳動軸裝備圖以及重要零部件圖的工作。對于大四的我們，在大四期間，除了忙碌的找工作和憧憬未來，最重要的就是完成學校安排的畢業設計。隨著畢業腳步的越來越接近，我們的畢業設計也接近了尾聲。完成畢業設計的這段時間，是大學期間最難熬的一段時間，同時也是最充實的一段時間。畢業設計是對我們在校四年期間所學知識的一個綜合運用，同時也是我們在處于學生時代需要認真上完的最后一堂課。想要完成畢業設計這堂課，需要我們有扎實的專業課知識，并且需要我們在課本知識的基礎上進行升華與拓展，達到再學習，再提高的目的。同時畢設也是一種理論知識與實踐設計相結合的過程，對我們的學習能力、實驗能力、思考能力、分析問題的能力和解決問題的能力進行一個很好的培養和提高。完成畢業設計會為我們今后走向社會的實際操作應用打下一個堅實的基礎。說實話在開始畢業設計之前我一直認為畢業設計只是對在大學期間所學知識的單純總結和應用，但是當我真正意義上開始畢業設計的時候我才認識到自己的想法有多單純。畢業設計是對前面所學理論知識的一種檢驗，但是僅僅依靠我們所學的理論課本知識根本就不可能完成畢業設計。畢業設計不僅需要我們對以前所學知識進行一個總結，而且需要我們查閱很多的沒有學習過的專業資料文獻，并且對所查閱的資料文獻進行分析總結，從中提取出我們所需要的東西，同事需要我們具備一定的實踐經驗，具備一定的理論結合實踐的能力。畢業設計，顧名思義需要設計，但是對于在校的我們而言，讓我們在短時間內設計一個新東西，其實是不可能的。實際我們做的所謂的畢業設計，其實在很大基礎上都是一個理解與分析的過程。大多的本科畢業生的設計畢業，都是先找一個市場上已經存在的成