GD1041型商用车传动轴、悬架设计-方案论证报告.doc

1、机电工程学院毕业设计方案论证报告设计题目: 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 3 月 20 日II目次1 万向传动轴概述22 万向节结构方案分析22.1 十字轴式万向节22.2 双联式万向节32.3 凸块式万向节42.4 球叉式万向节42.5 挠性万向节43 传动轴结构方案分析44 悬架概述45 悬架结构方案分析55.1 非独立悬架55.2 独立悬架55.3 前、后悬架方案的选择56 弹性元件66.1 钢板弹簧76.2 螺旋弹簧77 减振器7论证结果7参考资料8I1 万向传动轴概述万向传动轴由轴管、万向节及其伸缩花键等组成，但长轴

2、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。万向传动轴设计应满足的基本要

3、求：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；保证所连接的两根轴尽可能的等速运转。由于夹角所产生的振动、附加载荷及噪声应在允许的范围内，在汽车正常运转时，不应产生共振现象；结构简单，制造方便，使用寿命长，传动效率高，维修容易等。2 万向节结构方案分析2.1 十字轴式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1所示：图1十字轴式刚性万向节滚针轴承轴向定位的方式有卡环式（图2c、d）、盖板式（图2a、b）、塑料环定位式（图2f）和瓦盖固定式（图2e）。a） 普通盖板式 b）弹性盖板式 c）外卡式 d）内

4、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滚针轴承轴向定位方式卡环式分为内卡式（图2d）和外卡式（图2c）两种。它们具有的优点是工作可靠、结构简单、质量小和零件少。盖板式轴向定位结构用螺栓1和盖板3并将套筒5固定在万向节叉4上，且用锁片2将螺栓锁紧它具有的优点是拆装方便、工作可靠。它的缺点是零件数目较多。塑料环定位式（图2f）具有十字轴轴向窜动小、定位可靠，但拆装不方便。瓦盖固定式（图2e）这种结构具有的优点是使用可靠、拆装方便，但是加工工艺较复杂。十字轴万向节的寿命由滚针轴承的润滑和密封好坏

5、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。十字轴万向节具有结构简单，耐久性好，强度高，传动效率高，生产成本低等优点。2.2 双联式万向节双联式万向节实际上由两个十字轴式万向节相组合而成。可设有分度机构，以保证双联式万向节所连接的两根轴工作转速趋于相同。但是偏心的双联式万向节取消了分度机构，也可以确保所连接的两根轴工作转速趋于相等。在军用的越野汽车上转向驱动桥中无分度机构的双联式万向节应用相当广泛。双联式万向节的优点：允许两轴间

6、的夹角较大，传动效率高。缺点是：零件数目多，外形尺寸较大，传递转矩有限，结构较复杂。2.3 凸块式万向节凸块式万向节这种结构工作可靠，加工简单，但是由于工作面全为滑动摩擦，表面容易发生磨损，所以传动效率低,并对润滑及密封要求较高。凸块式万向节主要应用于传递较大转矩的越野汽车转向驱动桥中。2.4 球叉式万向节2.4.1 圆弧槽滚道型 这种万向节只有在滚道和传力钢球之间具有一定的预紧力时，才能保证等角速度传动。用不同尺寸级别的传力钢球来保证预紧力。在使用过程中，随着磨损的增加，预紧力逐渐减弱以至消失，此后两球叉之间将发生轴向的窜动，破坏了两球叉的传递等速性，严重时将造成钢球的脱落。圆弧槽滚道型球叉

7、式万向节主要应用在总质量不大的越野汽车转向驱动桥中。2.4.2 直槽滚道型直槽滚道型球叉式万向节加工比较容易，但所允许的两轴间夹角不能超过20度，在两球叉之间允许有一定量的轴间间隙，主要应用于断开式的驱动桥，因为在半轴摆动时，它可以弥补半轴的长度变化，因此可以省去滑动花键。2.5 挠性万向节挠性万向节依靠弹性元件的变形来保证在相交的两轴间传动不发生干涉，弹性元件可以是橡胶金属套筒、橡胶盘、六角形橡胶圈、铰接块等多种形式。挠性万向节主要应用于乘用车三万向节传动中，作为靠近变速器的第一万向节使用，或在载质量较大的商用车中用于变速器与分动器之间，发动机与变速器之间，以消除车架变形和制造安装误差对传动

8、的影响。3 传动轴结构方案分析在轻、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。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。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

9、。4 悬架概述车架和车轴被悬架弹性地连接起来，其传递车轮与车架之间的一切力矩及力，缓和路面的冲击，减少由此引起的冲击及振动。以保证汽车平顺行驶及操作稳定性，使汽车能够高速行驶。悬架主要由弹性元件、减振器、导向机构等组成。近些年以来，载货汽车悬架出现了空气悬架或者橡胶悬架。空气悬架和橡胶悬架是以空气或橡胶弹簧为弹性元件，它们具有变刚度的特点，因此，整个悬架有较强的承载能力。在承载性等方面都比传统使用的钢板悬架更具有优势。空气悬架弹簧是一种运用在高档客车和重型载货车上的悬架系统，是世界钢板弹簧发展趋势，空气悬架的最终发展趋势是不再需要或使用很少的弹簧扁钢。空气悬架在美欧发达国家已经有70多年的历史

10、，在二十世纪五十年代以来，空气悬架开始应用在小轿车、载重车、大客车上。到了六十年代，美国、德国等发达国家生产的大部分的公共汽车装有了空气弹簧悬架。5 悬架结构方案分析悬架可分为独立悬架和非独立悬架，独立悬架是左右车轮通过各自的悬架与车架相连接，一侧车轮的运动不影响另一侧车轮。非独立悬架是左右车轮用一根轴连接，在通过悬架与车架相连，一侧车轮的跳动影响另一侧车轮的运动。悬架的结构形式简图如图3：a） 非独立悬架 b）独立悬架图3悬架的结构形式简图5.1 非独立悬架以钢板弹簧为弹性元件兼导向机构的非独立悬架主要优点是：制造容易，工作可靠，结构简单，维修方便，便于拆卸。其缺点是:因为整车的总体及布置的

11、要求，钢板弹簧不可能太长.这种悬架主要应用在乘用车的后悬架上以及总质量较大的商用车前后悬架上。5.2 独立悬架独立悬架的优点：悬架占用的空间小，簧下质量下。其缺点是：成本较高，结构复杂，维修困难，不便拆卸等。这种悬架主要应用于总质量不大的商用车上以及乘用车.5.3 前、后悬架方案的选择目前汽车上前、后悬架选择的方案有：（a）前轮和后轮都采用非独立悬架。（b）前轮和后轮都采用独立悬架。（c）前轮使用独立悬架，而后轮采用非独立悬架。5.3.1 前轮和后轮都采用非独立悬架前轮和后轮都采用纵置钢板弹簧的非独立悬架的汽车，在转向行驶时，外侧的悬架处于加载的状态而内侧的悬架处于减载的状态，因此外侧的悬架受

12、压而被拉伸，内侧的悬架处于缩短的状态。导致与悬架相连接的车轴的轴线相对汽车的纵向轴线偏转一定的角度。这种偏转对于后桥，增加了过多的转向趋势，而对于前轴，增加了汽车的不足转向趋势，如图4a所示。通常将汽车后悬架的纵置钢板弹簧的后部吊耳设置的比前部吊耳高，结果使悬架的瞬时运动中心位置得以降低，和悬架相连接的车轴的运动轨迹如图4b所示。即oa段是外侧悬架与车轴连接处的运动轨迹。结果后轴轴线的偏离不再导致汽车具有过多转向的趋势。图4汽车的轴转效应5.3.2 前轮和后轮都采用独立悬架发动机前置前轮驱动的汽车，通常采用扭转梁随动臂式后悬架和麦弗逊式前悬架。扭转梁随动臂式后悬架在侧向力的作用下，后轴将产生不

13、利于操作稳定性的轴转向效应。5.3.3 前轮使用独立悬架，而后轮采用非独立悬架乘用车采用双横臂式独立悬架作为前悬架，纵置钢板弹簧非独立悬架作为后悬架。将上横臂支承销的轴线在纵向平面内的投影设计成后低前高状，为使悬架的纵向运动中心处于制动前俯角减小处。以减少汽车制动时的车身纵倾角。以保证车身有良好的操纵稳定性。6 弹性元件6.1 钢板弹簧汽车上弹性元件应用最广泛的是钢板弹簧，它由若干片合金弹簧片组合而成，是近乎等强度的弹性梁，其构造如图5所示。图5钢板弹簧主片的卷耳是最薄弱处，常将第二片的末端也制成卷耳，以改善主片的受力情况。为使在钢板弹簧变形时各片有相对运动的可能，在第二片包耳与第一片卷耳之间

14、留有一定的间隙，有的钢板弹簧不做成卷耳，而用其它的连接形式。钢板弹簧变形时，各片之间发生相对滑动而产生摩擦，可以衰减车架的振动。钢板弹簧还兼导向机构的作用，各片弹簧的相对滑动进而促进车身振动的衰减。在弹簧片之间加装塑料垫片，为保证在弹簧片之间产生定值摩擦以及消除噪声。6.2 螺旋弹簧螺旋弹簧广泛应用于独立悬架。螺旋弹簧本身并没有减振作用，螺旋弹簧中必须加装减振器。螺旋弹簧还必须装导向机构，以传递各种力和力矩。7 减振器减振器是车辆悬架系统中的重要部件，其性能的好坏对车辆的舒适性以及车辆及悬架系统的使用寿命等有较大影响。汽车在受到来自不平路面的冲击时，其悬架弹簧可以缓和这种冲击，但同时也激发出较

15、长时间的振动，使乘坐不适。与弹性元件并联安装的减振器可很快衰减这种振动，改善汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。汽车悬架中广泛采用液压减振器。液压减振器按其结构可分为摇臂式和筒式；按其工作原理可分为单向作用式和双向作用式。筒式减振器由于质量轻、性能稳定、工作可靠、易于大量生产等优点，成为了汽车减振器的主流。筒式减振器又可分为双筒式、单筒式和充气筒式，其中以双筒式应用最多。充气筒式减振器在筒式减振器中充以一定压力的气体，改善了高速时的减振性能，并有利于消除减震器产生的噪声，但由于成本及使用维修问题，使其推广应用受到一定限制。本设计中，选用双向作用筒式减振器。论证结果根据所设计的车型选择：十字轴式万向节，滚针轴承轴向定位方式卡环式、双刃口复合油封、空心传动轴、前轮和后轮都采用非独立悬架、弹性元件采用钢板弹簧、减振器选用双向作用筒式减振器。参考资料1王望与.汽车设计 第3版.北京:机械工业出