GD1041型商用车传动轴、悬架设计.doc

1、机电工程学院毕业设计说明书设计题目: GD1041型商用车传动轴、悬架设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 20xx 年 5 月 15 日目 录1 万向传动轴概述11.1 万向传动轴的功用和类型11.2 万向传动轴的设计要求22 万向节的结构方案分析23 万向节有关参数的确定43.1 万向传动轴计算载荷的确定43.2 十字轴万向节参数的确定44 传动轴结构分析与设计64.1 传动轴的结构设计74.2 传动轴参数的确定75 中间支承的选择106 悬架的概述106.1 悬架的组成和类型106.2 悬架的设计要求117 悬架的结构形式分析118 悬架的主要参数的确定128.1 弹性元件

2、的设计138.2 减振器的设计228.3 钢板弹簧上其它零件的设计计算24设计总结25参考资料26致谢271 万向传动轴概述1.1 万向传动轴的功用和类型万向传动轴由轴管、万向节及其伸缩花键等组成，但长轴距的汽车，有时还装有中间支承。万向传动轴主要用于相对位置不断发生变化的两根轴之间，用来传递转矩和旋转运动。万向传动轴在汽车上的应用非常广泛，发动机前置后轮驱动或全轮驱动的汽车在行驶时，由于悬架的不断变形，驱动桥输入轴与变速器或分动器的输出轴轴线之间的相对位置经常发生变化，因而可伸缩的十字轴万向节传动轴得到普遍采用；某些汽车根据总布置的要求需要将变速器与离合器、变速器与分动器之间拉开一些距离。考

3、虑到车架变形及轴与轴之间很难保证同心，所以通常采用挠性万向传动轴或十字轴万向节传动轴；对于转向驱动桥，左、右驱动轮需要随汽车行驶轨迹，随时改变方向，这时大多采用等速万向传动轴。万向节根据在扭转方向上是否有弹性，可分为挠性万向节和刚性万向节，挠性万向节具有缓和振动和冲击，并可以减少噪声，因为它是靠弹性零件传递动力的。靠零件的铰接传递动力的万向节是刚性万向节。1.2 万向传动轴的设计要求由于传动轴的工作条件和制造的工艺，我们对传动轴提出以下几个设计要求：（1）保证所连接的两根轴的相对位置及夹角在一定范围内变化时，能稳定且可靠地传递运动及动力。（2）要求传动轴传动尽量稳定，以降低传动轴传动过程中的噪

4、声和振动，在正常车速范围内，应避免共振的发生，从而提高传动轴各个部件的使用寿命。（3)在达到使用要求的前提下，万向传动轴的结构应尽可能简单，以方便加工，节省材料，降低成本及便于检查，维修方便。2 万向节的结构方案分析对于轿车而言，行驶速度相对较高也就是要求传动轴的转动速度很大，而对于货车而言，其传动的扭矩就有了很大程度上的提高，这就要求传动轴有一定的挠度，以防止传动轴在传动的过程中发生的变形量过大，影响汽车的正常行驶。 考虑实际情况并查阅相关资料采用十字轴万向节。十字轴式万向节主要由主动叉、十字轴、从动叉、轴向定位件及其滚针轴承和橡胶密封件等组成。如图21所示：图2-1十字轴式刚性万向节滚针轴

5、承轴向定位的方式有卡环式（图2-2c、d）、盖板式（图2-2a、b）、塑料环定位式（图2-2f）和瓦盖固定式（图2-2e）。a） 普通盖板式 b）弹性盖板式 c）外卡式 d）内卡式 e）瓦盖固定式 f）塑料环定位式1-螺栓 2-锁片 3-盖板 4-万向节叉 5-套筒 6-弹性盖板 7-轴承座 8-外卡环 9-内卡环图2-2滚针轴承轴向定位方式滚针轴承轴向定位方式有普通盖板式、弹性盖板式、外卡式、内卡式、瓦盖固定式、塑料环定位式等几种，但每种形式都有其优缺点。实际使用中我们必须要选用结构简单并且工作可靠的形式。在上述四种滚针轴承轴向定为的方式中，结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点是卡环式的

6、外挡圈所具有。所以本次设计采用外卡式轴向定位，但工作中会有危险截面，针对危险截面应保证其有足够的抗弯强度，以防止轴颈的根部发生断裂的现象。因此对危险截面的刚度和强度都有更高程度的要求。十字轴万向节的寿命由滚针轴承的润滑和密封好坏直接影响。毛毡油封由于防尘、防水效果差，漏油多，加注润滑油时，有可能在滚针轴承中出现空气阻塞而造成缺油，故应用以越来越少。双刃口复合油封不需要安装安全阀，防水、防尘效果好。在灰尘较多的条件下使用可提高其使用寿命。综上所述选用双刃口复合油封。十字轴轴颈的磨损和滚针轴承的磨损是十字轴万向节的主要失效形式。这一点是设计时充分考虑到的，比如添加化学成分、喷丸处理等方法可以增加其

7、的耐磨性。十字轴轴颈的根部断裂是十字轴的主要失效形式，工作中的危险截面如下图所示，针对危险截面应保证其有足够的抗弯强度。所以设计时应满足所需要的强度和刚度。3 万向节有关参数的确定3.1 万向传动轴计算载荷的确定根据所设计的车型（GD1041型商用车传动轴设计），万向传动轴的计算载荷，按发动机的最大转矩和变速器的一档传动比来计算。计算公式如下： （3-1)公式中：表示的含义为发动机到万向传动轴之间的传动效率； 表示的含义为发动机的最大扭矩； 表示的含义为1档的传动比。表示的含义为孟接离合器所产生的动载系数，这里取92%；将以上各参数代入相关的公式可以得到：3.2 十字轴万向节参数的确定设作用于

8、十字轴轴颈中点的力为F如图3-1，公式如下： （3-2） (a) 十字轴 （b）万向节叉图3-1 万向节危险截面示意图十字轴轴颈的切应力 和弯曲应力，公式如下： (3-3)(3-4) 表示为十字轴轴颈直径（mm）取26；表示为十字轴油道孔直径（mm）取8； 表示为F作用线到轴颈根部的距离（mm）取13；以上数据分别代入公式(3-3)、(3-4)得： 十字轴轴颈的切应力 的许用值为80-120Mpa和弯曲应力的许用值为250-350Mpa，所以满足设计要求。十字轴滚针轴承的接触应力： （3-5） 表示为滚针轴承的直径（mm）取2；表示为滚针的工作长度（mm），表示为滚针的总长度（mm）；表示为在

9、合力的作用下一个滚针轴承所承受的载荷。 （3-6）式中为每列中的滚针数取8；为滚针列数取1万向节危险截面处的弯曲应力和扭应力 （3-7） （3-8）,分别为万向节危险截面处的抗弯截面系数和抗扭截面系数，矩形截面，取h为50mm；b为20mm；k=0.258将有关参数代入公式（3-5）、（3-6）、（3-7）、（3-8)得： 十字轴滚针轴承的接触应力许用值为3000-3200Mpa，万向节危险截面处的弯曲应力许用值为50-80Mpa和扭应力的许用值为80-160Mpa.综上所取数值符合设计要求。4 传动轴结构分析与设计4.1 传动轴的结构设计在轻、中型货车中，连接变速器和驱动桥的传动轴由传动轴和

10、两端焊接的花键轴以及万向节叉等组成。在汽车行驶时，由于悬架的不断变形，驱动桥与变速器的相对位置经常发生变化，因而传动轴用花键轴和滑动叉组成的滑动花键连接，以避免运动干涉，实现传动轴的长度的变化。因而可伸缩的十字轴万向节传动轴得到了普遍采用。空心传动轴能够传递较大的转矩，具有较小的质量，且具有更高的临界转速，普遍应用与万向传动装置中，为减少轴向磨损和阻力，伸缩花键通常应靠近变速器。空心传动轴一般用壁厚为1.5-3.0mm的薄壁钢板焊接而成。实心传动轴用于转向驱动桥的半轴，微型车的万向传动装置中以及断开式驱动桥半轴。4.2 传动轴参数的确定 当商用车传动轴中传递转矩、扭矩和力矩的花健发生伸缩现象的

11、时候，轴向阻力的大小可以由以下公式计算得到： (4-1)公式中，表示含义为传动轴与花键滑动叉的摩擦因数;表示含义为万向传动轴所传递的转矩；r表示含义为传动轴中滑动花键的中径。花键与传动轴之间发生摩擦在汽车正常行驶过程中是不可避免的，但其危害也是显而易见的，因此必须减小两者之间的摩擦力。这就要求对花键做特殊的处理，一般情况下是采用复杂的渗碳和渗氮磷化处理。要在花键和传动轴之间采取润滑和防尘措施，有的是增加两者的配合精度，但无论哪种方法都是借以消除运转过程中的噪声和震动的。传动轴的要求比较苛刻，因为其传动的扭矩相对比较大，所以刚度大和强度高是其必然要求，同时运转速度相对较高的特点决定了传动轴所必须

12、采用的材料为低碳合金钢，制造工艺为卷制。汽车的总体布置来决定传动轴的一些重要参数包括长度和夹角。在确定的时候必须要保证在传动轴最大和最小长度时花键轴与传动轴都有适当的配合，以保证传动的正常运行。根据传动轴传动时的平稳性要求，在设计时我们不得不考虑传动轴夹角的大小以保证传动平稳以及延长各个零件的使用寿命。传动轴的临界转速决定于整个车身各个部分总成的固有频率，当然也与其支承情况、尺寸以及具体结构有一定的关系。在传动轴的长度一定时，其横截面的尺寸应给予传动轴足够的强度和临界转速。以下公式可以确定传动轴临界转速：传动轴的临界转速为： （4-2) 公式中表示的含义为传动轴临界转速（单位r/min）；和分

13、别表示的含义为传动轴轴管内、外径（单位mm）；表示含义为传动轴支承长度（单位mm），具体长度用万向节之间的距离表示。本次毕业设计中，传动轴的安全系数的大小在1.22.0之间，我们取K=2.0；其中表示的含义是传动轴最高转速（单位r/min）。以上选择,则，代入以上公式(4-2)可以得到，并且必须满足3mm-6mm，因此可以得到，。那么传动轴轴管的横截面除了保证临界转速的条件下还应该满足扭转强度的需求。这是就要对扭转应力（MPa）进行计算校核： (4-3)式中，表示传动轴的许用扭应力，的取值为300Mpa；表示传动轴得计算载荷（单位Nmm）；其余符号表示的含义和上面的一样。传动轴上的花键轴主要受扭转应力的影响，因此需要对其扭转应力进行强度的校核，扭转应力（单位Mpa），安全系数可以根据查表确定。 (4-4) 表示的含义