畢業(yè)論文汽車貨箱及其傳動軸總成設計

1、<p><b>　　概述</b></p><p>　　2T汽車貨箱及傳動軸研究的目的和意義</p><p>　　古往今來，人類文明發(fā)生翻天覆地的變化，但人類生存始終離不開“衣”、“食”、“住”、“行”，可以說離開了衣、食、住、行，就等于魚兒離開了水，它是人類生存最基本的條件。而在這四大條件中，對社會發(fā)展貢獻和影響最大的是“行”或“交通”的變化，映像最深的是小

2、時候趕集進城什么的都要走路，但現(xiàn)在都坐車，節(jié)約了非常多的時間。歷史上正是因為有了陸路交通，有了古人走出來的 “絲綢之路”，才促進了東西方的貿(mào)易及科技、文化的交流與發(fā)展；正是因為有了輪船—水上交通工具，科學家才能發(fā)現(xiàn)了“新大陸”，促使了美洲的迅速開發(fā)與繁榮；正是因為有了空間交通，才使國際間的貿(mào)易與科技、文化交流更為方便、迅速，才能使“登月”得以實現(xiàn)?？傊祟惿鐣倪M步與繁榮，離不開行也就是交通的發(fā)展。</p><p&

3、gt;　　2T汽車作為一種輕型貨車，廣泛應用于農(nóng)村及其周邊地區(qū)的短途運輸，由于其噸位比較小，貨車的運輸比較方便，而且可以適應比較差的路況，甚至是山路或者石路。所以以我國目前的國情，2T載重汽車的優(yōu)勢決定了其必有廣泛的市場發(fā)展前景，其在我國的國家建設中和人們的平常生活中必將起到關鍵作用。</p><p>　　本文主要對2T汽車的貨箱及其傳動軸總成設計。貨箱作為汽車運輸?shù)闹饕d體，在運輸過程中發(fā)揮著重要作用，由于其運

4、輸?shù)穆窙r可能比較復雜，在運輸過程中可能會比較顛簸，對于貨箱的承載能力要有較高的要求，由于貨箱的各個主要部件均屬于焊接件，對其焊接及其上漆有相關的技術要求。汽車傳動軸作為動力的傳輸工具連接著變速器與后橋，在汽車行進過程中，將動力傳遞到后橋上，所以對其結構跟強度都有一定要求。</p><p><b>　　汽車國內(nèi)外研究歷史</b></p><p>　　2T汽車作為一種短途

5、的運輸工具，在現(xiàn)實運輸過程中發(fā)揮了重要作用其起發(fā)展史也是隨著汽車的發(fā)展和人們生活的發(fā)展而發(fā)展的。</p><p>　　1886年1月29日，德國曼海姆專利局批準卡爾·本茨為其在1885年研制成功的三輪汽車（圖1.1）申請的專利，這一天被后人稱為現(xiàn)代汽車誕生日。隨后，德國人哥德得普·戴姆勒制成世界上第一輛四輪汽車。進入20世紀后，汽車也進入了快速發(fā)展階段，而在此期間因為載重的需要載重汽車也逐漸進

6、入人們的生活。1956年7月15日，我國第一輛“解放牌”載重汽車（圖1.2）在第一汽車制造廠誕生。 </p><p>　　圖1.1 第一輛三輪汽車</p><p>　　圖1.2第一輛解放牌載重汽車</p><p>　　汽車傳動軸及其貨箱作為汽車的傳動裝置跟載重裝置，在汽車的發(fā)展過程中也發(fā)生了翻天覆地的變化。他們經(jīng)歷從無到有，從簡單到復雜的發(fā)展過程，因為現(xiàn)在載重汽車

7、的發(fā)展對于汽車傳動軸和貨箱的要求也在不斷增加。</p><p>　　2T汽車傳動軸及其貨箱主要解決的問題</p><p>　　2T汽車作為一種主要應用于短途運輸?shù)妮d重汽車，起傳動軸跟貨箱主要解決的問題是：</p><p>　?。?）.傳動軸做為連接變速箱跟后橋的傳動動力裝置，在其設計上必須保證其與各個部件連接的可靠及其連接部位的強度。</p><

8、p>　?。?）.貨箱作為主要的承載部件，在設計過程中必須保證其載重質量及其承載能力。</p><p>　　1.4 當代汽車的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，人們生活水平的提高，現(xiàn)代化的交通工具使用越來越廣泛，而汽車就占很大一部分。相應的，對于汽車的大量使用以及人們越來越高的要求，汽車的設計生產(chǎn)加工的技術要求也就必須有提高，否則就會被社會所淘汰。</p>

9、<p>　　這些年來汽車的設計集中表現(xiàn)在節(jié)能、重視安全環(huán)保。當然，平穩(wěn)、舒適、快速及操縱方便、穩(wěn)定，也一直是設計所追求的目標，尤其是可靠性，始終是作為衡量產(chǎn)品質量最重要的一項指標?，F(xiàn)代汽車設計除已表現(xiàn)出的上述重點和發(fā)展趨勢外，隨著電子計算機的飛速發(fā)展和廣泛應用，汽車產(chǎn)品也和其他許多領域的產(chǎn)品一樣，也越來越多地引進了微處理機、各種傳感器和調(diào)節(jié)裝置，使汽車產(chǎn)品由單一的機械產(chǎn)品向機一電一儀_體化的產(chǎn)品過渡，并逐步向自動控制和智能

10、化方向發(fā)展。</p><p><b>　　貨箱設計</b></p><p><b>　　2.1 貨箱的分類</b></p><p>　　汽車車廂可分為兩大類，即貨車車廂和專用車廂，而作為貨車車廂一般又可分為平板、低欄板、高欄板和小噸位自卸車等幾種。</p><p>　　在本次的畢業(yè)設計中因為所要求汽

11、車的載重為2T，而且主要適用于各種負載的路況，所以在本次的貨箱設計過程中選用的為低欄板貨箱，這樣既能保證其短途運載能力和各種負載路況的適應能力，同時又能保證在運輸過程的裝載和卸載的方便安全。</p><p>　　2.2 貨箱的設計要求</p><p>　　貨箱的設計要求主要是對其容積及其各個汽車板面的尺寸計算和對于底座的受力情況計算。</p><p>　　2.2.1

12、 貨箱的容積計算</p><p>　　貨箱主要用于承載，所以其承載量決定了其貨箱的容積大小。車廂的容積一般可按下式確定：</p><p>　　式中：V—車廂容積，；</p><p>　　--汽車裝載質量，t；</p><p>　　r—貨物密度，按最常運送的貨物密度或密度適中的貨物（表2.1）確定，t/。</p><p>

13、;　　設計的汽車廣泛用于農(nóng)村，運送石灰、砂子、磚等建筑材料，所以查表2-1取r=1.0 t/.載重汽車質量=2t。</p><p><b>　　所以確定貨車容積</b></p><p><b>　　==2.0</b></p><p>　　表2.1 常用貨物的密度</p><p>　　2.2.2貨箱

14、的尺寸選擇</p><p>　　在確定車廂尺寸時，應考慮車廂結構的變形、材料的合理利用、公路情況、操作的方便性、運輸?shù)陌踩院脱b載不同貨物都能裝滿額定噸數(shù)等，并處理好車廂的長、寬、高三者之間的關系。</p><p><b>　　車廂長度</b></p><p>　　在確定車廂長度時，應考慮總布置是否合理，即汽車前、后軸的載荷要分配合理。在滿足使

15、用要求的條件下，要適當減短車廂長度，以減小汽車整車質量，提高汽車的機動性。另外，要考慮邊板的剛度和材料的規(guī)格，當長度大于5m時，應加裝“防脹”鏈條，或將邊板分成兩段，以防止“脹肚”。本次設計載重為2T，根據(jù)以上技術要求，取貨箱長度為2500mm。</p><p><b>　　貨箱寬度</b></p><p>　　根據(jù)目前公路狀況，車廂外寬應符合國家標準，即車廂外寬不得

16、大于2.5m。在保證車廂外寬要求的前提下，可適當加寬車廂內(nèi)寬，以求縮短車廂長度和邊板的高度，降低汽車的質心，提高汽車的機動性和穩(wěn)定性。本次貨箱設計寬度為1600mm。</p><p><b>　　貨箱高度</b></p><p>　　低欄板車廂的邊板高度應不大于600mm，一般在400～600mm。邊板高度不宜過高，否則容易使汽車的質心升高，從而降低了汽車的穩(wěn)定性，同

17、時裝載貨物也不方便。高欄板車廂的欄板高度為900～950mm，鎖栓高度距地面應不大于1.8m。本次貨箱為低欄板車廂，設計取高度為500mm。</p><p>　　2.2.3 底座的受力情況</p><p>　　底座主要應用于連接上部貨箱及其車架，并保證貨箱的支撐。在本次設計中貨箱的承載能力為2T，底座所選的為矩形鋼80*60*2300，材料為Q235，底座橫支撐的數(shù)量為7。所以各個橫的矩形

18、鋼的受力為平均受力</p><p><b>　　F=MG/N</b></p><p>　　式中：F—矩形鋼的受力</p><p><b>　　M—汽車的載重2T</b></p><p>　　N—矩形鋼的數(shù)量 7。</p><p>　　根據(jù)計算 F=2800N。 滿足要求。&

19、lt;/p><p>　　2.3 低欄板貨箱的結構要求</p><p>　　2.3.1 貨箱的結構</p><p>　　現(xiàn)在常用的普通欄板式貨箱大致可以分為三種：全木質結構、全金屬結構、鋼木混合結構。也可以按結構分為有縱梁和無縱梁兩種結構形式。</p><p>　　全木質車廂的縱梁、橫梁、底板和欄板均用木材制成，并通過鋼制的鈑金件、螺栓及鉸鏈等零件

20、將他們相互連接。底板可通過橫梁支承在其下面的縱梁上。車廂的縱梁則利用若干個騎馬螺栓緊固在汽車車架上，也有少數(shù)車廂的底板沒有縱梁，而是將車廂橫梁直接安裝在汽車車架上，全木質車廂的底板和欄板通常用薄鋼板包邊，以免早期損壞，在車廂邊板的外側，還裝有防止邊板碰到刮的木質護條，并在木質護條的外側再加鋼板包條。此種結構剛性差，使用壽命短，這里不考慮采用。</p><p>　　全金屬結構車廂由鋼板沖壓、焊接而成，車廂底板的欄板

21、均沖壓出瓦楞狀凸筋，以增加其剛度。</p><p>　　鋼木車廂是一種混合結構，通常底板是由木材制成，或采用鋼、木間隔，或燕尾形結構，其余部分為鋼結構。</p><p>　　全木質車廂的主要優(yōu)點是易于制造和修理，但是用壽命短；全金屬機構車廂雖然具有是用壽命長、可節(jié)約木材等優(yōu)點，但在汽車行駛中噪音較大。不同車廂結構的對比和應用情況見表2.2。</p><p>　　表

22、2.2 不同車廂結構對比</p><p>　　本次設計采用的是全金屬結構，他有著質量小，結構簡單，裝配容易，剛性大等優(yōu)點。車廂結構的強弱與剛度大小與懸架性能和車架結構有密切關系，若懸架的減震性能好，車架扭轉剛度可以低些。由于車廂后部的垂直加速度比前部的大，最大可達到3.5-4.0g，為保證車廂由足夠的剛度，因此后部結構應適當加強，橫梁布置密些。</p><p>　　2.3.2 低欄板車廂的

23、結構及要求</p><p>　　在一般貨車上，應用最多的是普通欄板式車廂，而在普通欄板式車廂中，低欄板車廂應用更為廣泛。一般低欄板車廂由底板總成（包括底板和底架），左、右邊板總成，后板總成，前板總成，以及保險架總成、車廂鉸鏈、車廂栓、車廂附件等組成。</p><p><b>　　底架結構</b></p><p>　　底架由縱梁跟橫梁組成，縱梁跟

24、橫梁的連接見圖2.1，底板與橫梁的連接形式見圖2.2。常采用的底架形式為圖2.2所示的c）、d）、e）、f）、h）幾種。</p><p>　　圖2.1 縱梁跟橫梁的連接</p><p>　　橫梁；2-縱梁；3-連接板；4-鉚釘或螺栓</p><p>　?。?） 邊板和后板的結構</p><p>　　邊板和后板大致有3中結構。如圖2.3a）所示

25、的是全金屬結構，是整體式滾壓成瓦楞型并帶上、下框的本體與立體柱焊接而成。另一種全金屬結構是本體為瓦楞板，再加上立柱、上邊框和下邊框焊接組合而成，如圖2.3b）所示。剛木混合結構是由木板外加剛包皮組成，如圖2.3c）所示。</p><p><b>　?。?） 前板結構</b></p><p>　　前板結構可分為無保險架和有保險架結構，保險架又可分為用角鋼焊接的結構和沖壓

26、結構兩種。</p><p><b>　　車廂鉸鏈 </b></p><p>　　常用的鉸鏈頁板可分為三種形式，即用帶料制成的卷耳型上、下頁板；使用鍛件或鑄件制成的頁板；使用異型斷面材料制成的頁板。鉸鏈是由頁板和軸銷組裝成的，鉸鏈應轉動靈活。</p><p>　　圖2.2 車廂底架形式</p><p>　　圖2.3 邊板

27、和后板結構</p><p>　　1-本體；2-上邊框；3-立柱；4下邊框</p><p><b>　?。?） 車廂栓結構</b></p><p>　　車廂栓的作用是連接兩塊相鄰的箱板（前板和左、右邊板或左、右邊板和后邊板），同時承受通過箱板傳來的貨物張力。對它的性能要求是開關方便、靈活，還應設置自鎖裝置。</p><p>

28、;<b>　?。?） 緩沖裝置</b></p><p>　　在開啟車廂邊板和后板時，由于貨物張力，以及邊板和后板重力的回轉慣性力而產(chǎn)生的猛烈撞擊，會使邊板和后板加速損壞。因此，應在邊板和后板上安裝彈性元件，以便起緩沖作用。另外，由于邊板質量大，一個人開關很費力，為此近年來在邊板上設置了助力器。邊板助力器除了對關閉邊板時起助力作用外，同時在開啟邊板時也能起到緩沖作用，從而提高了邊板的使用壽命。

29、</p><p><b>　?。?）螺栓</b></p><p>　　螺栓是在圓柱表面上制出螺紋，起到連接其他零件的作用。他由頭部和螺桿（帶有外螺紋的圓柱體）兩部分組成的一類緊固件，螺栓連接需要與螺母配合，用于緊固連接兩個帶有通孔的零件。這種連接的形式稱螺栓連接。如把螺母從螺栓上旋下，這樣就又可以使這兩個零件分開，故螺栓連接是屬于可拆卸連接。 </p>

30、<p>　　按連接的受力方式螺栓可分為普通的和有鉸制孔用的。普通螺栓連接主要用來承載軸向的受力，但也可用來承載要求不高的橫向受力。鉸制孔用的螺栓要和孔的尺寸配合，可以用在受橫向力時。</p><p>　　按頭部形狀可分為六角頭的，圓頭的，方形頭的，沉頭的等等。在這些種類中六角頭是最常用的，生活中也能常見。沉頭可以擰到零件里，所以一般用在要求連接后表面光滑沒突起的地方。圓頭也可以擰進零件里，但這兩個擰緊力

31、都不大，方頭的擰緊力可以大些，但是尺寸很大。</p><p>　　另外有特殊用處的：T形槽螺栓用，機床夾具上用的最多，形狀特殊，頭部兩側要切掉。地腳螺栓，用于機器和地面連接固定的，有很多種形狀。U形螺栓。 </p><p>　　螺栓性能等級的含義是國際通用的標準，相同性能等級的螺栓，不管其材料和產(chǎn)地的區(qū)別，其性能是相同的，設計上只選用性能等級即可。</p><p>

32、<b>　?。?） 螺母</b></p><p>　　螺母和螺栓或螺柱將機械設備緊密連接起來的零件,通過內(nèi)側的螺紋,同等規(guī)格螺母和螺絲，才能連接在一起，又稱是螺帽,與螺栓或螺桿擰在一起用來起緊固作用的零件，所有生產(chǎn)制造機械必須用的一種元件。螺母根據(jù)材質的不同,分為碳鋼、高強度、不銹鋼、塑鋼等幾大類型。</p><p><b>　　2.4 貨箱的焊接</

33、b></p><p>　　焊接（圖2.4），從微觀上講可以這樣定義：兩種或兩種以上的材料（同種或異種），通過加熱或加壓(或并用)，使接頭處產(chǎn)生原子或分子間的結合和擴散，從而造成永久性連接的工藝過程。在這個過程中，被焊接件和焊料通過加熱或別的途徑融化形成的區(qū)域，通過冷卻結晶后便會變成材料之間的連接。在這個焊接過程中，經(jīng)常還需要施加壓力。焊接有多種能量來源方式，包括超聲波、電子束、氣體焰、電弧、激光和摩擦等。&

34、lt;/p><p><b>　　圖2.4 焊接</b></p><p>　　20世紀之前，只有出現(xiàn)過古時鐵匠用的金屬鍛焊這種焊接工藝。19世紀末，弧焊和氧燃氣焊的相繼出現(xiàn)，標志著早期現(xiàn)代焊接技術的開始，稍后又出現(xiàn)了電阻焊。20世紀出，世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，極大的促進了焊接技術的發(fā)展。焊接通過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)以廣泛的應用于原子能、造船、航空航天、海洋工程、電子工程、建筑、交通運輸

35、、機械制造、電力等工業(yè)部門，尤其是機械制造中，焊接占了很大一部分。</p><p>　　焊接技術之所以能在機械制造中的到廣泛應用，是應為它有許多其它制造工藝不具備的特點。與鉚接、鍛造、鑄造結構相比，焊接結構有以下的優(yōu)點：</p><p>　　1.結構合理，幾乎不存在應力集中，接頭效率高，對接接頭可達100%，比鉚接高出30%多；</p><p>　　2.能簡化結構，

36、減輕質量，對交通運輸來說還可以節(jié)約能量；</p><p>　　3.焊接密封性好，是理想的密封結構，適用于制造各類容器；</p><p>　　4、焊接板厚限制少。大于50mm時，鉚接將非常困難，而焊接的單層壁厚可以達到300mm以上；</p><p>　　5、設計上簡單、靈活。焊接形式大多數(shù)為簡單的對接、搭接、交接或T型接頭，也可以制成任意結構，不比鑄造或鍛造，對工件

37、形狀有很多要求。</p><p>　　6、制造時間少、成本低廉，性價比高。焊接與其他制造工藝比，可以節(jié)省很多工藝，比如鉆孔和劃埋頭孔等工作，從而大大縮短工作時間。易于實現(xiàn)專業(yè)化和批量生產(chǎn)。</p><p>　　7、可以焊接材料不通金屬材料的工件。采用焊接技術能把不同金屬連接起來，材料利用率大大提高。</p><p>　　當然焊接也存在一些缺點，如焊接過程中或焊接過后

38、會產(chǎn)生裂縫、氣孔、金屬夾渣、未焊透、飛濺、弧傷等缺陷，也有可能會產(chǎn)生焊接變形，存在焊接殘余應力，易產(chǎn)生裂紋等。焊接的檢測技術也比較艱難，很容易引起結構的實效和破壞。</p><p>　　日本德山廠和千葉煉油廠兩臺大球灌（直徑分別為16.1m和12.45m）于1968年在水壓試驗中發(fā)生脆性斷裂，事故分別是由于焊接工藝不當和裝配角變形、錯邊量過大而引起的。</p><p>　　1966年英國C

39、ockenize電廠鍋爐汽廠（全長23m、內(nèi)徑1.7m、壁厚140mm、材料Mn-Cr-Mo-V鋼）1969年西德MnNiMoV材料鍋爐汽包（全長11.6m、內(nèi)徑1.6m、壁厚75mm）分別在水壓試驗中發(fā)生脆性斷裂，裂源均在焊接接頭處，是消除應力退火處理時產(chǎn)生的裂紋。</p><p>　　大量事故證明：控制焊接的質量，是保證化工機械產(chǎn)品的質量的關鍵。只有在焊接時嚴格把關，焊后嚴格檢測，才能大大降低事故發(fā)生率，保證

40、設備安全、可靠地運行。</p><p>　　由于焊接時所采用的方式和能源不同，各種焊接方法所經(jīng)歷的過程也大不相同。根據(jù)焊接過程的特點，金屬的焊接可以分為熔化焊，加壓焊和釬焊三大類。</p><p>　　在焊接過程中將被焊接件的接口加熱至熔化狀態(tài)完成焊接的方法，此過程中不加壓，這種焊接方法稱為熔焊。熔焊時，母材熔化，兩種被焊接件之間原子或分子在接頭處結合或擴散，形成永久性的連接 。</

41、p><p>　　在熔焊這一過程中，假如空氣與熔化的被焊接件直接接觸，空氣中的氧就會跟各種合金元素發(fā)生氧化反應，破壞焊接過程?？諝鈿庵械牡亍⑺氐纫策M入熔化的焊接件，這會再焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，嚴重破壞焊縫質量跟焊后性能。為了避免這中情況發(fā)生，科學家們通過實驗提出了很多保護方法。例如，氣體保護電焊、渣保護焊、真空焊等。氣體保護焊就是用惰性或二氧化碳等不易于焊接材料發(fā)生反應的氣體隔絕孔氣，以保護焊接時形

42、成的焊縫；又如在焊接材料（焊條藥皮）中加入易于氧發(fā)生反應的鈦鐵粉進行除氧，就可以保護焊接材料中有益元素不被氧化而進入熔化的焊接材料，凝固后得到非常好的焊縫。</p><p>　　在加壓情況下，使兩被焊接件在固態(tài)下實現(xiàn)原子間結合，稱為壓焊。施加壓力而不加填充材料是各種壓焊方法的共同特點。由于壓焊是固態(tài)下原子結合，被焊接件沒有熔化，因而不會有有益合金元素燒損、有害元素混入焊縫的問題，這樣大大減少了焊縫的缺陷，從而提高

43、了焊縫質量。同時由于壓焊加熱溫度比較低、加熱時間短，所以熱影響區(qū)小。又很多用熔化焊難以焊接的材料，都可以用壓焊焊成與母材同等強度的優(yōu)質焊縫。 </p><p>　　釬焊可以說是熔化焊的一種，他與熔焊的區(qū)別就是焊接時母材不熔化，而是用熔點比被焊接件低金屬材料作填充材料料，將他們加熱到高于焊接材料熔點、低于被焊接件熔點的溫度，利用熔化的材料填充接口間隙并與被焊接件實現(xiàn)原子間的相互結合或擴散，從而獲得焊縫的方法。 &l

44、t;/p><p>　　焊接接頭，應該包括焊縫及基本金屬靠近焊縫而組織性能發(fā)生變化的區(qū)域。它在整個焊接結構中是一個關鍵性部位，其性能之優(yōu)劣直接影響整個焊接結構的制造質量和使用安全性。根據(jù)加熱時金屬所處的狀態(tài)以及成分、組織和性能的變化情況，可將焊接接頭分為4個區(qū)域：焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)和熱應變翠化區(qū)。焊縫是兩被焊接件被焊的接頭；在焊縫的兩側在焊接時會受到焊接熱作用，而發(fā)生組織和性能變化，這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū)。為了提高

45、焊接質量，可以采取焊前可以對焊件接口處預熱、焊時保溫和焊后熱處理等措施。 </p><p>　　焊接是一個局部的迅速加熱和冷卻過程，焊接時總是要產(chǎn)生焊接變形和應力的。焊接時焊接接頭局部區(qū)域的加熱和冷卻是很不均勻的，而局部區(qū)域內(nèi)的各部分金屬又處于從液態(tài)-塑性狀態(tài)-彈性狀態(tài)的不同狀態(tài)，并隨熱源的變化而變化，這就是產(chǎn)生焊接應力和變形的根本原因。焊件中產(chǎn)生的隨時間而變化的變形和內(nèi)應力分別稱為瞬時變形和焊接接觸瞬時應力。焊

46、后剩的應力稱為焊后殘余應力。重要產(chǎn)品(如各類大型容器)焊后都需要矯正焊接變形、消除焊接應力。</p><p>　　幾類焊接接頭的優(yōu)缺點：</p><p>　　對接接頭受力均勻，焊接時容易保證質量，因此常用于重要的構建中。</p><p>　　搭接接頭的焊前準備工作簡單，裝配方便，焊接變形和殘余應力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結構上時常采用。。 </p&g

47、t;<p>　　由于結構上的需要，所以采用丁字接頭和角接頭。</p><p>　　角接頭承載能力低，一般不單獨使用，只有在焊透時，或在內(nèi)外均有角焊縫時才有所改善，多用于封閉形結構的拐角處。</p><p>　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，化工機械行業(yè)一方面要推出新技術和新的焊接結構形式來滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，另一方面又針對本身高速、高壓、高溫、低溫、腐蝕、易燃、易爆、有毒等特點向著高質量、

48、高壽命和大型化的方向發(fā)展，這種化機焊接機構的發(fā)展趨勢對焊接技術提出了更高的要求：一方面要研制新的焊接方法、焊接設備和焊接材料，以進一步提高焊接質量和安全可靠性； 另一方面要提高焊接機械化和自動化水平。推廣、擴大數(shù)控的焊接機械手和焊接機器人，可以提高焊接生產(chǎn)水平，改善焊接衛(wèi)生安全條件。 </p><p>　　本次設計貨箱各個部件都是焊接而成，且為角焊。所以角焊縫必須焊透，焊縫中不得有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，焊后去焊

49、渣，焊縫處要打磨平整。</p><p><b>　　傳動軸總成設計</b></p><p><b>　　概述 </b></p><p>　　萬向傳動軸由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還加裝中間支承。它主要用來在工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉矩和旋轉運動。萬向傳動軸設計應滿足如下基本要求：</p>&l

50、t;p>　　1)保證所連接的兩軸相對位置在預計范圍內(nèi)變動時，能可靠地傳遞動力。</p><p>　　2)保證所連接兩軸盡可能等速運轉。由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　3)傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造方便，維修容易等。</p><p>　　萬向傳動軸在汽車上應用比較廣泛。在發(fā)動機前置后輪或全輪驅動的汽車上

51、，由于彈性懸架的變形，變速器或分動器輸出軸與驅動橋輸入軸的軸線相對位置經(jīng)常變化，所以普遍采用十字軸萬向傳動軸。在轉向驅動橋中，內(nèi)、外半軸之間的夾角隨行駛需要而變，這時多采用等速萬向傳動軸。當后驅動橋為獨立懸架時，也必須采用萬向傳動軸。</p><p>　　萬向節(jié)按扭轉方向是否有明顯的彈性，可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)是靠零件的鉸鏈式連接傳遞動力的，可分成不等速萬向節(jié)(如十字軸式)、準等速萬向節(jié)(如雙聯(lián)

52、式、凸塊式、三銷軸式等)和等速萬向節(jié)(如球叉式、球籠式等)。撓性萬向節(jié)是靠彈性零件傳遞動力的，具有緩沖減振作用。</p><p>　　不等速萬向節(jié)是指萬向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時角速度比傳遞運動，但平均角速度比為1的萬向節(jié)。準等速萬向節(jié)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(jié)。輸出軸和輸入軸以等于1的瞬時角速度比傳遞運

53、動的萬向節(jié)，稱之為等速萬向節(jié)。</p><p><b>　　萬向節(jié)結構方案分析</b></p><p><b>　　十字軸萬向節(jié)</b></p><p>　　典型的十字軸萬向節(jié)主要由主動叉、從動叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。目前常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式(圖3.1a、b)、卡環(huán)式(圖3.1c

54、、d)、瓦蓋固定式(圖3.1e)和塑料環(huán)定位式(圖3.1f)等。</p><p>　　圖 3.1 滾針軸承軸向定位方式</p><p>　　1-螺栓；2-鎖片；3-蓋板；4-萬向節(jié)叉；5-套筒；</p><p>　　6-彈性蓋板；7軸承座；8-外卡環(huán)；9-內(nèi)卡環(huán)</p><p>　　蓋板式軸承軸向定位方式的一般結構(圖3.1a)是用螺栓1和蓋

55、板3將套筒5固定在萬向節(jié)叉4上，并用鎖片2將螺栓鎖緊。它工作可靠、拆裝方便，但零件數(shù)目較多。有時將彈性蓋板6點焊于軸承座7底部(圖3.1b)，裝配后，彈性蓋板對軸承座底部有一定的預壓力，以免高速轉動時由于離心力作用，在十字軸端面與軸承座底之間出現(xiàn)間隙而引起十字軸軸向竄動，從而避免了由于這種竄動造成的傳動軸動平衡狀態(tài)的破壞?？ōh(huán)式可分為外卡式(圖3.1c)和內(nèi)卡式(圖3.1d)兩種。它們具有結構簡單、工作可靠、零件少和質量小的優(yōu)點。瓦蓋固

56、定式結構(圖3.1e)中的萬向節(jié)叉與十字軸軸頸配合的圓孔不是一個整體，而是分成兩半用螺釘聯(lián)接起來。這種結構具有拆裝方便、使用可靠的優(yōu)點，但加工工藝較復雜。塑料環(huán)定位結構(圖3.1f)是在軸承碗外圓和萬向節(jié)叉的軸承孔中部開一環(huán)形槽，當滾針軸承動配合裝入萬向節(jié)叉到正確位置時，將塑料經(jīng)萬向節(jié)叉上的小孔壓注到環(huán)槽中，待萬向節(jié)叉上另一與環(huán)槽垂直的小孔有塑料溢出時，表明塑料已充滿環(huán)槽。這種結構軸向定位可靠，十字軸軸向竄動小，但拆裝不方便。為了防止十

57、字軸軸向竄動和發(fā)熱，保證在任何工況下十字軸的端隙始終為零，有</p><p>　　滾針軸承的潤滑和密封好壞直接影響著十字軸萬向節(jié)的使用壽命。毛氈油封由于漏油多，防塵、防水效果差，在加注潤滑油時，在個別滾針軸承中可能出現(xiàn)空氣阻塞而造成缺油，已不能滿足越來越高的使用要求。結構較復雜的雙刃口復合油封(圖3.2a)，其中反裝的單刃口橡膠油封用作徑向密封，另一雙刃口橡膠油封用作端面密封。當向十字軸內(nèi)腔注入潤滑油時，陳油、磨

58、損產(chǎn)物及多余的潤滑油便從橡膠油封內(nèi)圓表面與十字軸軸頸接觸處溢出，不需安裝安全閥，防塵、防水效果良好。在灰塵較多的條件下使用時，萬向節(jié)壽命可顯著提高。圖4—2b為一轎車上采用的多刃口油封，安裝在無潤滑油流通系統(tǒng)且一次潤滑的萬向節(jié)上。</p><p>　　十字軸萬向節(jié)結構簡單，強度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)成本低。但所連接的兩軸夾角不宜過大，當夾角由4°增至16°時，十字軸萬向節(jié)滾針軸承壽命約

59、下降至原來的1／4。</p><p>　　圖 3.2 滾針軸承油封</p><p>　　雙復合刃口油封；b）多刃口油封</p><p><b>　　準等速萬向節(jié)</b></p><p><b>　　1．雙聯(lián)式萬向節(jié)</b></p><p>　　雙聯(lián)式萬向節(jié)(圖3.3)是由兩個

60、十字軸萬向節(jié)組合而成。為了保證兩萬向節(jié)連接的軸工作轉速趨于相等，可設有分度機構。偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)取消了分度機構，也可確保輸出軸與輸入軸接近等速。五分度桿的雙聯(lián)式萬向節(jié)，在軍用越野車的轉向驅動橋中用得相當廣泛。此時采用主銷中心偏離萬向節(jié)中心1．0～3. 5mm的方法，使兩萬向節(jié)的工作轉速接近相等。該設計方案的主要優(yōu)點是允許輸入軸與輸出軸間的夾角較大(一般可達50°，偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)可達60°)，軸承密封性好

61、，效率高，工作可靠，制造方便，不需要特殊的工藝設備。但這種方案外形尺寸較大，零件數(shù)目多，結構也比較復雜。同時由于雙聯(lián)式萬向節(jié)滾針軸承的擠壓應力受到限制，因此它傳遞的轉矩也有一定的慣性。當應用于轉向驅動橋時，由于這種結構軸向尺寸較大，為使接地印跡中心偏離不大，就必須用較大的主銷內(nèi)傾角。</p><p><b>　　2．凸塊式萬向節(jié)</b></p><p>　　對于凸塊式

62、萬向節(jié)(圖3.4)，就運動副來看也是一種雙聯(lián)式萬向節(jié)。它主要由兩個萬向節(jié)叉1和4以及兩個特殊形狀的凸塊2和3組成。兩凸塊相當于雙聯(lián)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，因此可以保證輸入軸與輸出軸近似等速。這種結構工作可靠，加工簡單，允許的萬向節(jié)夾角較大(可達50°)。但是由于工作面全為滑動摩擦，所以效率低，摩擦表面易磨損，且對密封和潤滑要求較高。它主要用于中型以上越野車的轉向驅動橋。</p&g

63、t;<p>　　圖 3.3 雙聯(lián)式萬向節(jié) 圖 3.4 凸塊式萬向節(jié)</p><p>　　左萬向節(jié)叉；2-左凸塊；3-右凸塊；</p><p><b>　　4-右萬向節(jié)叉</b></p><p><b>　　等速萬向節(jié)</b></p><p><b&g

64、t;　　1. 球叉式萬向節(jié)</b></p><p>　　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3.5a)由兩個萬向節(jié)叉、四個傳力鋼球和一個定心鋼球組成。兩球叉上的圓弧槽中心線是以O1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。當萬向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心O轉動任何角度時，傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點上，從而保證輸出軸與輸入軸

65、等速轉動。這種球叉式萬向節(jié)結構較簡單，可以在夾角不大于32°～33°的條件下正常工作。由于四個鋼球在單向傳動中只有兩個傳遞動力，故單位壓力較大，磨損較快。另外，這種萬向節(jié)只有在傳力鋼球與滾道之間具有一定的預緊力時，才能保證等角速傳動。預緊力用選擇不同尺寸級別的傳力鋼球來保證。在使用中，隨著磨損的增加，預緊力逐漸減小以至消失，這時兩球叉之間便發(fā)生軸向竄動，從而破壞了</p><p>　　傳動的等

66、速性，嚴重時會造成鋼球脫落。</p><p>　　圖 3.5 球叉式萬向節(jié)</p><p>　　圓弧槽滾道型；b）直道滾道型</p><p>　　直槽滾道型球叉式萬向節(jié)(圖 3.5b)，兩個球叉上的直槽與軸的中心線傾斜相同的角度，彼此對稱。在兩球叉間的槽中裝有四個鋼球。由于兩球叉中的槽所處的位置是對稱的，這便保證了四個鋼球的中心處于兩軸夾角的平分面上。這種萬向節(jié)加工

67、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。圓弧槽型球叉式萬向節(jié)主要應用于輕、中型越野車的轉向驅動橋中。直槽型球叉式萬向節(jié)主要應用于斷開式驅動橋中，當半軸擺動時，用它可補償半軸的長度變化而省去滑動花鍵。圓弧槽型球叉式萬向節(jié)作為轉向驅動橋的傳力構件時，萬向節(jié)旋轉軸線應與車橋的軸線相重合，以避免發(fā)生萬向節(jié)的擺動現(xiàn)象。為了不至于在萬向節(jié)轉角接近最大值時，放置傳力鋼球的主、從動叉的交叉槽趨于平行位置導致鋼球無

68、法約束而自動散開，造成萬向節(jié)裝配關系的破壞，在設計時應使兩叉的最大夾角大于車輪的最大轉角，同時萬向節(jié)中心應位于轉向主銷軸線上。另外，應保證在萬向節(jié)處于最大轉角時，各傳力鋼球與定心鋼球之間不接觸，至少使傳力鋼球與定心鋼球在此情況下的間隙不小于5mm，且使各鋼球與萬向節(jié)軸頭均勻地預緊在一起，使得在任意方向旋轉時能通過萬向節(jié)的兩個傳力鋼球來傳遞轉矩，避</p><p><b>　　2．球籠式萬向節(jié)</b

69、></p><p>　　球籠式萬向節(jié)是目前應用最為廣泛的等速萬向節(jié)。早期的Rzeppa 型球籠式萬向節(jié)(圖3.6a)是帶分度桿的，球形殼1 的內(nèi)表面和星形套3 的球表面上各有沿圓周均勻分布的六條同心的圓弧滾道，在它們之間裝有六個傳力鋼球2，這些鋼球由球籠4 保持在同一平面內(nèi)。當萬向節(jié)兩軸之間的夾角變化時，靠比例合適的分度桿6 撥動導向盤5，并帶動球籠4 使六個鋼球2 處于軸間夾角的平分面上。經(jīng)驗表明，當軸間

70、夾角較小時，分度桿是必要的；當軸間夾角大于11°時，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)無論轉動方向如何，六個鋼球全都傳遞轉矩，可在兩軸之間的夾角達35°～37°的情況下工作。</p><p>　　目前結構較為簡單、應用較為廣泛的是Birfield型球籠式萬向節(jié)(圖3.6b)。它取消了分度桿，球形殼和星形套的滾道做得不同心，令其圓心對稱地偏離萬向

71、節(jié)中心。這樣，即使軸間夾角為0°，靠內(nèi)、外子午滾道的交叉也能將鋼球定在正確位置。當軸間夾角為0’時，內(nèi)、外滾道決定的鋼球中心軌跡的夾角稍大于11°，這是能可靠地確定鋼球正確位置的最小角度。滾道的橫斷面為橢圓形，接觸點和球心的連線與過球心的徑向線成45‘角，橢圓在接觸點處的曲率半徑選為鋼球半徑的1．03～1．05倍。當受載時，鋼球與滾道的接觸點實際上為橢圓形接觸區(qū)。由于工作時球的每個方向都有機會傳遞轉矩，且由于球和球籠

72、的配合是球</p><p>　　形的，因此對這種萬向節(jié)的潤滑應給予足夠的重視。潤滑劑的使用主要取決于傳動的轉速和角度。在轉速高達1500r／min時，一般使用防銹油脂。若轉速和角度都較大時，則使用潤滑油。比較好的方法是采用油浴和循環(huán)油潤滑。另外，萬向節(jié)的密封裝置應保證潤滑劑不漏出，根據(jù)傳動角度的大小采取不同形式的密封裝置。這種萬向節(jié)允許的工作角可達42°。由于傳遞轉矩時六個鋼球均同時參加工作，其承載能力

73、和耐沖擊能力強，效率高，結構緊湊，安裝方便。但是滾道的制造精度高，成本較高。</p><p>　　伸縮型球籠式萬向節(jié)(圖3.7c)結構與一般球籠式相近，僅僅外滾道為直槽。在傳遞轉矩時，星形套與筒形殼可以沿軸向相對移動，故可省去其它萬向傳動裝置中的滑動花鍵。這不僅使結構簡單，而且由于軸向相對移動是通過鋼球沿內(nèi)、外滾道滾動實現(xiàn)的，所以與滑動花鍵相比，其滾動阻力小，傳動效率高。這種萬向節(jié)允許的工作最大夾角為20

74、6;。</p><p>　　Rzeppa型球籠式萬向節(jié)以前主要應用于轉向驅動橋中， 目前應用較少。Birfield型球籠式萬向節(jié)和伸縮型球籠式萬向節(jié)被廣泛地應用在具有獨立懸架的轉向驅動橋中，在靠近轉向輪一側采用Birfield型萬向節(jié)，靠近差速器一側則采用伸縮型球籠式萬向節(jié)，以補償由于前輪跳動及載荷變化而引起的輪距變化。伸縮型萬向節(jié)還被廣泛地應用到斷開式驅動橋中。</p><p>　　圖

75、3.6 球籠式萬向節(jié)</p><p>　　Rzeppa 型；b）Birfield型；c）伸縮型</p><p>　　球形殼；2-鋼球；3-星型套；4-球籠；5-導向盤；6-分度桿</p><p>　　3.2.4 撓性萬向節(jié)</p><p>　　撓性萬向節(jié)依靠其中彈性元件的彈性變形來保證在相交兩軸間傳動時不發(fā)生干涉。彈性元件可以是橡膠盤、&#

76、183;橡膠金屬套筒、鉸接塊、六角環(huán)形橡膠圈等多種形狀。盤式撓性萬向節(jié)的彈性元件通常是4～12層的橡膠纖維或橡膠簾布片結構，并用金屬零件加固。在撓性萬向節(jié)裝配時，通常使纖維層依次錯開，以便于當撓性盤變形時，保證纖維簾布層承受最小的力。六角環(huán)形橡膠撓性萬向節(jié)的橡膠與用鋼或鋁合金制成的金屬骨架硫化在一起。為了使橡膠與金屬可靠地結合，在硫化之前，骨架鍍一層黃銅覆蓋層。使用這種萬向節(jié)時，為了保證高速轉動時傳動軸總成有良好的動平衡，常在萬向節(jié)所連

77、接的兩軸端部設專門機構保證對正中心。圖3.7a為具有球面對中機構的環(huán)形撓性萬向節(jié)。這種結構中裝有無需潤滑的球形滑動對中軸承，如能正確選擇軸承配合，可使其內(nèi)部在裝配后具有適當?shù)念A緊力。為使萬向節(jié)有必要的壽命，總是設法使其軸向位移引起的軸向力、側向位移引起的側向力和萬向節(jié)工作角引起的力矩盡可能小，使撓性萬向節(jié)主要傳遞工作轉矩。有的結構允許有一定的軸向變形(圖3.7b)。當這種環(huán)形撓性萬向節(jié)的軸向變形量滿足使用要求時，可省去伸縮花健。<

78、/p><p>　　撓性萬向節(jié)能減小傳動系的扭轉振動、動載荷和噪聲，結構簡單，使用中不需潤滑，大多數(shù)用于兩軸間夾角很小(一般為3°～5°)和軸向位移不大的萬向傳動場合。為了使萬向節(jié)有必要的使用壽命，總是設法使其軸向位移引起的軸向力、側向位移引起的側向力和萬向節(jié)工作角引起的力矩盡可能小，使撓性萬向節(jié)主要傳遞工作轉矩。</p><p>　　圖 3.7 環(huán)形繞性萬向節(jié)</p&

79、gt;<p>　　a）具有球面對中機構；b）具有軸向變形</p><p>　　3.3 萬向傳動的運動和受力分析</p><p>　　3.3.1 單十字軸萬向節(jié)傳動</p><p>　　單個十字軸萬向節(jié)不是等速萬向節(jié)，在兩軸夾角不為零的情況下，不能傳遞等角速度轉動，使主、從動軸的角速度周期性地不等。當兩軸存在一定夾角α 時，主動軸的角速度與從動軸的角

80、速度之間存在如下關系：</p><p>　　式中，φ1為主動軸轉角，定義為萬向節(jié)主動叉所在平面與萬向節(jié)主、從動軸所在平面的夾角。</p><p>　　由于cosα是周期為2π 的周期函數(shù)，所以ω2／ω1，也為同周期的周期函數(shù)。當φ1為0、π時，ω2達最大值ω2max。且為ω1／cosα； 當φ1為π／2、3π／2時， ω2有最小值ω2min。且為ω1 cosα。所以，單個十字軸萬向節(jié)傳動的

81、不等速性是指主動軸轉動是等角速度，而從動軸轉動時快時慢。 </p><p>　　十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性可用轉速不均勻系數(shù)k 來表示</p><p>　　如不計萬向節(jié)的摩擦損失，主動軸轉矩T1和從動軸轉矩T2與各自相應的角速度有關系式T1ω1= T2ω2，這樣有</p><p>　　顯然，當ω2／ω1最小時，從動軸上的轉矩為最大T2max=T1／cosα；當ω2／

82、ω1最大時，從動軸上的轉矩為最小T2min=T1cosα。當Tl與α一定時，T2在其最大值與最小值之間每一轉變化兩次；</p><p>　　具有夾角α 的十字軸萬向節(jié)，僅在主動軸驅動轉矩和從動軸反轉矩的作用下是不能平衡的。這是因為這兩個轉矩作用在不同的平面內(nèi)，在不計萬向節(jié)慣性力矩時，它們的矢量互成一角度而不能自行封閉，此時在萬向節(jié)上必然還作用有另外的力偶矩。從萬向節(jié)叉與十字軸之間的約束關系分析可知，主動叉對十字軸

83、的作用力偶矩，除主動軸驅動轉矩Tl之外，還有作用在主動叉平面的彎曲力偶矩Tl′。同理，從動叉對十字軸也作用有從動軸反轉矩T2和作用在從動叉平面的彎曲力偶矩T2′。在這四個力矩作用下，使十字軸萬向節(jié)得以平衡。</p><p>　　下面僅討論主動叉在兩特殊位置時，附加彎曲力偶矩的大小及變化特點。</p><p>　　當主動叉φl 處于0 和π 位置時(圖3.8a)， 由于Tl 作用在十字軸平面

84、，Tl′必為零；而T2 的作用平面與十字軸不共平面，必有T2′ 存在，且矢量T2′ 垂直于矢量T2；合矢量T2′+ T2 指向十字軸平面的法線方向，與Tl 大小相等、方向相反。這樣，從動叉上的附加彎矩T2′= Tl sina。當主動叉φl 處于π／2和3π／2位置時(圖3.8b)，同理可知T2′ =0，主動叉上的附加彎矩Tl′= Tl tana。</p><p>　　圖 3.8 十字軸萬向節(jié)的力偶矩</p&

85、gt;<p>　　分析可知，附加彎矩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，可在萬向節(jié)主、從動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。因此，為了控制附加彎矩，應避免兩軸之間的夾角過大。</p><p>　　3.3.2 雙十字軸萬向節(jié)傳動</p><p>　　由單十字萬向節(jié)輸入軸與輸出

86、軸轉速關系可以看出，當輸入軸與輸出軸之間有一定夾角時，單十字萬向節(jié)的兩軸是不等速旋轉的，這樣給汽車傳動帶來了很大的麻煩，為了實現(xiàn)等速傳動，汽車傳動系中常采用雙萬向節(jié)傳動的設計方案(圖3.9)，圖中a)、c）共同特點是：兩萬向節(jié)叉應布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬向節(jié)夾角α1 與α2相等。</p><p>　　在雙萬向節(jié)傳動中，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軸的支承反力平衡。當輸入軸與輸出軸平

87、行時(圖3.9a)，直接連接傳動軸的兩萬向節(jié)叉所受的附加彎矩彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖3.9b中雙點劃線所示的彈性彎曲，從而引起傳動軸的彎曲振動。當輸入軸與輸出軸相交時(圖3.9c)，傳動軸兩端萬向節(jié)叉上所受的附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖3.9d中雙點劃線所示的彈性彎曲，從而對兩端的十字軸產(chǎn)生大小相等、方向相反的徑向力。此徑向力作用在滾針軸承碗的底部，并在輸入軸與輸出軸的支承上引起反力。</p><p

88、>　　圖 3.9 附加彎矩對傳動軸的作用</p><p>　　3.3.3 等速萬向節(jié)傳動</p><p>　　在此僅分析目前在轎車上廣泛采用的Birfield型球籠式等速萬向節(jié)的運動情況。其等速傳動原理如圖3.6b所示，球形殼的內(nèi)表面有六條凹槽，形成外滾道；星形套外表面有相應的六條凹槽，形成內(nèi)滾道。外滾道中心A 與內(nèi)滾道中心B 分別位于萬向節(jié)中心O 的兩邊，且OA=OB 。另外，鋼

89、球中心C 到A、B 兩點的距離也相等，保持架的內(nèi)、外球面也以萬向節(jié)中心為球心，這樣∠COA=∠COB ，即兩軸相交任意交角α 時，傳力鋼球都位于交角平分面上。此時鋼球中心到主、從動軸的距離α 相等，從而保證了從動軸與主動軸以相等的角速度旋轉。</p><p>　　本次設計的貨車屬于輕型，且多用于農(nóng)村，結合在工廠看到的實物汽車，萬向節(jié)選雙十字軸萬向節(jié)。</p><p><b>　　

90、萬向節(jié)設計</b></p><p><b>　　萬向傳動的計算載荷</b></p><p>　　萬向傳動軸因布置位置不同，計算載荷是不同的。計算載荷的計算方法主要有三種，見表3.1。</p><p>　　表 3.1 萬向傳動軸計算載荷 （N·m）</p><p>　　表3.1各式中，Temax 為

91、發(fā)動機最大轉矩；n 為計算驅動橋數(shù)，取法見表3.1；i1為變速器一擋傳動比；η 為發(fā)動機到萬向傳動軸之間的傳動效率；k 為液力變矩器變矩系數(shù)，k=[(ko—1)／2]十1，ko 為最大變矩系數(shù)；G2為滿載狀態(tài)下一個驅動橋上的靜載荷(N)；m2′為汽車最大加速度時的后軸負荷轉移系數(shù)，轎車：m2′=1．2～1．4，貨車：m2′=1．1～1．2；φ 為輪胎與路面間的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或瀝青路面上，φ 可取0

92、．85，對于安裝防側滑輪胎的轎車，φ 可取1．25，對于越野車，φ 值變化較大，一般取1；rr為車輪滾動半徑(m)；i。為主減速器傳動化；im 為主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比；ηm為主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率；G1 為滿載狀態(tài)下轉向驅動橋上的靜載荷(N)；m1′ 為汽車最大加速度時的前軸負荷轉移系數(shù)，轎車：m1′ =0．80～0．85，貨車：m1′ =0．75—0．90；F1 為日常汽車行駛平均牽引力(N)；if 為分動

93、器傳動比，取法見表3.2：kd 為猛接離介器所產(chǎn)生的動載系數(shù)，對于液力自動變速器，kd=1</p><p><b>　　當時</b></p><p><b>　　當時</b></p><p>　　式中，ma為汽車滿載質量(若有掛車，則要加上掛車質量)(kg)。</p><p>　　表 3.2 n與選

94、取表</p><p>　　對萬向傳動軸進行靜強度計算時，計算載荷TS 取Tsel 和Tssl 的最小值，或取Tse2和Tse2的最小值，即TS =min[Tsel，Tssl]或TS = min[Tse2，Tse2]，安全系數(shù)一般取2.55～3．0。當對萬向傳動軸進行疲勞壽命計算時，計算載荷TS 取TsFl或TsF2。</p><p>　　本次傳動軸的萬向節(jié)計算載荷按最大使用扭矩計算<

95、/p><p>　　式中：動載系數(shù)=1，超載系數(shù)K=1，發(fā)動機最大轉矩=180.2，=6.75，=1，=5.625，傳動效率為0.95.</p><p><b>　　所以 N·m</b></p><p>　　十字軸萬向節(jié)設計計算</p><p>　　對十字軸萬向節(jié)的設計主要包括對十字軸、萬向節(jié)、凸緣、十字軸軸承和緊固

96、件等零件的分析計算。其一般過程是，對各零件的主要失效形式進行分析并制定相應的設計準則，然后根據(jù)相應的準則對零部件的主要結構尺寸進行計算、校核。十字軸作為傳動部件，必須得保證其強度合理，所以，對傳動軸上部件進行強度校核非常重要。</p><p>　　十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要有十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落。一般情況下，當磨損或壓痕超過0．15mm時，十字軸萬向節(jié)便應報廢。

97、十字軸的主要失效形式是軸頸根部處的斷裂，所以在設計十字軸萬向節(jié)時，應保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強度。</p><p>　　設各滾針對十字軸軸頸作用力的合力為F(圖3.10)，則</p><p>　　式中，TS 為萬向傳動的計算轉矩， TS = min[Tse，Tss]min；r 為合力F 作用線到十字軸中心之間的距離；α 為萬向傳動的最大夾角。</p><p>　　

98、十字軸軸頸根部的彎曲應力σw 應滿足</p><p>　　式中，d1 為十字軸軸頸直徑；d2 為十字軸油道孔直徑；s 為合力F 作用線到軸頸根部的距離；[σw]為彎曲應力許用值，為250～350MPa。</p><p>　　十字軸軸頸的切應力τ 應滿足</p><p>　　式中，[τ]為切應力τ 許用值，為80～120MPa。</p><p>

99、;　　滾針軸承中的滾針直徑一般不小于1．6mm，以免壓碎，而且差別要小，否則會加重載荷在滾針間分配的不均勻性，一般控制在0．003mm以內(nèi)。滾針軸承徑向間隙過大時，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；而間隙過小時，有可能出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住，合適的間隙為0．009～0．095mm，滾針軸承的周向總間隙以0．08～0．30mm為好。滾針的長度一般不超過軸頸的長度，使其既有較高的承載能力，又不致因滾針過長發(fā)生歪斜而造成應力

100、集中。滾針在軸向的游隙一般不應超過0．2～0．4mm。</p><p>　　圖 3.10 十字軸受力圖</p><p>　　滾針軸承的接觸應力為</p><p>　　式中，η0為滾針直徑(mm)；Lb為滾針工作長度(mm)；Fn為在合力F 作用下一個滾針所受的最大載荷(N)，由式下式確定</p><p>　　式中，i為滾針列數(shù)；z為每列中的滾

101、針數(shù)。</p><p>　　當滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC 以上時，許用接觸應力為3000～3200MPa。萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承。在萬向節(jié)工作過程中產(chǎn)生支承反力，叉體受到彎曲和剪切，一般在與十字軸軸孔中心線成45°的某一截面上的應力最大，所以也應對此處進行強度校核。</p><p>　　十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角α 、十字軸支承結構和材料、加工和裝配精

102、度以及潤滑條件等有關。當α ≤25°時可按下式計算</p><p>　　式中η0 為十字軸萬向節(jié)傳動效率；f 為軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動軸承：f=0．15～0．20，滾針軸承：f=0．05～0．10；其它符號意義同前。</p><p>　　通常情況下，十字軸萬向節(jié)傳動效率約為97％～99％。</p><p>　　十字軸常用材料為20CrMnTi、20

103、Cr、20MnVB等低碳合金鋼，軸頸表面進行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0．8～1．2mm，表面硬度為58～64HRC，軸頸端面硬度不低于55HRC，芯部硬度為33～48HRC。萬向節(jié)叉一般采用40或45中碳鋼，調(diào)質處理，硬度為18～33HRC，滾針軸承碗材料一般采用GCrl5。</p><p>　　本次設計中，已知：=1094.7 N·m，傳動軸水平距離L=900mm，取a=，r=39mm，s=12mm

104、，=20mm，=8mm。查表初取滾針直徑d=2.5,=16mm，i=4，z=30。</p><p>　　根據(jù)以上理論知識進行計算、校核如下：</p><p><b>　　N</b></p><p>　　十字軸軸頸根部的彎曲應力：</p><p><b>　　MPa＜[σw]</b></p>

105、;<p>　　十字軸軸頸的切應力τ：</p><p><b>　　MPa＜[τ]</b></p><p>　　故十字軸軸頸根部的彎曲應力和剪切應力滿足條件。</p><p><b>　　滾針軸承強度校核：</b></p><p><b>　　N</b></p

106、><p>　　滾針軸承的接觸應力為</p><p><b>　　MPa＜[]</b></p><p>　　故滾針強度滿足要求。</p><p>　　萬向節(jié)叉設計計算：所謂萬向節(jié)，指的是利用球型連接實現(xiàn)不同軸的動力傳送的機械結構，是汽車上有一個很重要的部件。萬向節(jié)與傳動軸組合，稱為萬向節(jié)傳動裝置。在前置發(fā)動機后輪驅動的車輛上，

107、萬向節(jié)傳動裝置安裝在變速器輸出軸與驅動橋主減速器輸入軸之間；而前置發(fā)動機前輪驅動的車輛省略了傳動軸，萬向節(jié)安裝在既負責驅動又負責轉向的前橋半軸與車輪之間。萬向節(jié)叉受力見圖3.11 ，如下：</p><p>　　圖 3.11 萬向節(jié)叉受力簡圖</p><p>　　萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力F的作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸軸孔中心線組成的的B-B截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉載荷，其

108、彎曲應力和扭應力應滿足</p><p>　　式中：W、分別是B-B截面處的抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù)，矩形截面W=b/6、=kh，橢圓形截面W=b/10、=h /16；h、b分別為矩形截面的高和寬或橢圓形截面的長軸和短軸；k是與h/b有關的系數(shù)，按表3.3選??；上式中的e、a如圖3.11所示。</p><p>　　表 3.3 系數(shù)k的選取</p><p>　　萬向節(jié)