毕业设计(论文)2T汽车货箱及其传动轴总成设计.doc
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1、目 录1 概述 11.1 2T汽车货箱及传动轴研究的目的和意义 .11.2 汽车国内外研究史 .11.3 2T汽车传动轴及其货箱主要解决问题 .31.4 当代汽车发展趋势.32 货箱设计 .42.1 货箱的分类 .42.2 货箱的设计要求 .42.3 低栏板货箱的结构要求 .62.4 货箱的焊接 .113 传动轴总成设计 .153.1 概述 .153.2 万向节结构方案设计 .153.3 万向节传动的运动和受力分析 .233.4万向节设计 .263.5 传动轴结构分析与设计 .323.6 传动轴其余零件介绍 .36参考文献 .39谢辞 .40附录 .412T汽车货箱及其传动轴总成设计摘要:本文
2、是关于2T汽车的部分设计任务,设计说明书包括两个部分,他们分别介绍了2T轻型货车的货箱及传动轴总成。第一部分是货箱设计部分,主要阐述了货箱的分类、设计方法和货箱的各个部分零件的选择及其各自特点;第二部分是关于传动轴的设计任务,在这一部分里面阐述了传动轴的各个组成部分以及各个零件的选择和关于轴受力等。通过本次设计任务了解关于2T载重汽车的货箱和传动轴的工作原理。通过对货箱及其传动轴总成的设计和对其各个零件的认识,选择出符合设计任务的零件和一些适宜的加工方法,最终完成设计任务。关键字:货箱;传动轴;万向节2T car and drive shaft assembly Container Desig
3、nAbstract: This article is part of the car on the design task 2T,design specification consists of two parts: They were introduced 2T light truck containers and drive shaft assembly. The first part is the design part of the container, the main containers of parts selection and their characteristics;
4、the second part is on the shaft of the design task, described in this part of the drive shaft inside the various components and various components of the selection and on the axial force, etc. This design task by about 2T trucks cargo box and understanding of its various parts, select parts that mee
5、t design task and a number of suitable processing methods, finally complete the design task.Key words: Container; Transmission shaft; Universal joint1 概述1.1 2T汽车货箱及传动轴研究的目的和意义古往今来,人类文明发生翻天覆地的变化,但人类生存始终离不开“衣”、“食”、“住”、“行”,可以说离开了衣、食、住、行,就等于鱼儿离开了水,它是人类生存最基本的条件。而在这四大条件中,对社会发展贡献和影响最大的是“行”或“交通”的变化,映像最深的是小时
6、候赶集进城什么的都要走路,但现在都坐车,节约了非常多的时间。历史上正是因为有了陆路交通,有了古人走出来的 “丝绸之路”,才促进了东西方的贸易及科技、文化的交流与发展;正是因为有了轮船水上交通工具,科学家才能发现了“新大陆”,促使了美洲的迅速开发与繁荣;正是因为有了空间交通,才使国际间的贸易与科技、文化交流更为方便、迅速,才能使“登月”得以实现。总之,人类社会的进步与繁荣,离不开行也就是交通的发展。2T汽车作为一种轻型货车,广泛应用于农村及其周边地区的短途运输,由于其吨位比较小,货车的运输比较方便,而且可以适应比较差的路况,甚至是山路或者石路。所以以我国目前的国情,2T载重汽车的优势决定了其必有
7、广泛的市场发展前景,其在我国的国家建设中和人们的平常生活中必将起到关键作用。本文主要对2T汽车的货箱及其传动轴总成设计。货箱作为汽车运输的主要载体,在运输过程中发挥着重要作用,由于其运输的路况可能比较复杂,在运输过程中可能会比较颠簸,对于货箱的承载能力要有较高的要求,由于货箱的各个主要部件均属于焊接件,对其焊接及其上漆有相关的技术要求。汽车传动轴作为动力的传输工具连接着变速器与后桥,在汽车行进过程中,将动力传递到后桥上,所以对其结构跟强度都有一定要求。1.2 汽车国内外研究历史2T汽车作为一种短途的运输工具,在现实运输过程中发挥了重要作用其起发展史也是随着汽车的发展和人们生活的发展而发展的。1
8、886年1月29日,德国曼海姆专利局批准卡尔本茨为其在1885年研制成功的三轮汽车(图1.1)申请的专利,这一天被后人称为现代汽车诞生日。随后,德国人哥德得普戴姆勒制成世界上第一辆四轮汽车。进入20世纪后,汽车也进入了快速发展阶段,而在此期间因为载重的需要载重汽车也逐渐进入人们的生活。1956年7月15日,我国第一辆“解放牌”载重汽车(图1.2)在第一汽车制造厂诞生。 图1.1 第一辆三轮汽车图1.2第一辆解放牌载重汽车汽车传动轴及其货箱作为汽车的传动装置跟载重装置,在汽车的发展过程中也发生了翻天覆地的变化。他们经历从无到有,从简单到复杂的发展过程,因为现在载重汽车的发展对于汽车传动轴和货箱的
9、要求也在不断增加。1.3 2T汽车传动轴及其货箱主要解决的问题2T汽车作为一种主要应用于短途运输的载重汽车,起传动轴跟货箱主要解决的问题是:(1).传动轴做为连接变速箱跟后桥的传动动力装置,在其设计上必须保证其与各个部件连接的可靠及其连接部位的强度。(2).货箱作为主要的承载部件,在设计过程中必须保证其载重质量及其承载能力。1.4 当代汽车的发展趋势 随着现代技术的发展,人们生活水平的提高,现代化的交通工具使用越来越广泛,而汽车就占很大一部分。相应的,对于汽车的大量使用以及人们越来越高的要求,汽车的设计生产加工的技术要求也就必须有提高,否则就会被社会所淘汰。这些年来汽车的设计集中表现在节能、重
10、视安全环保。当然,平稳、舒适、快速及操纵方便、稳定,也一直是设计所追求的目标,尤其是可靠性,始终是作为衡量产品质量最重要的一项指标。现代汽车设计除已表现出的上述重点和发展趋势外,随着电子计算机的飞速发展和广泛应用,汽车产品也和其他许多领域的产品一样,也越来越多地引进了微处理机、各种传感器和调节装置,使汽车产品由单一的机械产品向机一电一仪_体化的产品过渡,并逐步向自动控制和智能化方向发展。2 货箱设计2.1 货箱的分类汽车车厢可分为两大类,即货车车厢和专用车厢,而作为货车车厢一般又可分为平板、低栏板、高栏板和小吨位自卸车等几种。在本次的毕业设计中因为所要求汽车的载重为2T,而且主要适用于各种负载
11、的路况,所以在本次的货箱设计过程中选用的为低栏板货箱,这样既能保证其短途运载能力和各种负载路况的适应能力,同时又能保证在运输过程的装载和卸载的方便安全。2.2 货箱的设计要求货箱的设计要求主要是对其容积及其各个汽车板面的尺寸计算和对于底座的受力情况计算。 1- 横梁;2-纵梁;3-连接板;4-铆钉或螺栓图 3.1 滚针轴承轴向定位方式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-内卡环盖板式轴承轴向定位方式的一般结构(图3.1a)是用螺栓1和盖板3将套筒5固定在万向节叉4上,并用锁片2将螺栓锁紧。它工作可靠、拆装方便,但零件数目较多。有时将弹性盖
12、板6点焊于轴承座7底部(图3.1b),装配后,弹性盖板对轴承座底部有一定的预压力,以免高速转动时由于离心力作用,在十字轴端面与轴承座底之间出现间隙而引起十字轴轴向窜动,从而避免了由于这种窜动造成的传动轴动平衡状态的破坏。卡环式可分为外卡式(图3.1c)和内卡式(图3.1d)两种。它们具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点。瓦盖固定式结构(图3.1e)中的万向节叉与十字轴轴颈配合的圆孔不是一个整体,而是分成两半用螺钉联接起来。这种结构具有拆装方便、使用可靠的优点,但加工工艺较复杂。塑料环定位结构(图3.1f)是在轴承碗外圆和万向节叉的轴承孔中部开一环形槽,当滚针轴承动配合装入万向节叉到正确
13、位置时,将塑料经万向节叉上的小孔压注到环槽中,待万向节叉上另一与环槽垂直的小孔有塑料溢出时,表明塑料已充满环槽。这种结构轴向定位可靠,十字轴轴向窜动小,但拆装不方便。为了防止十字轴轴向窜动和发热,保证在任何工况下十字轴的端隙始终为零,有的结构在十字轴轴端与轴承碗之间加装端面止推滚针或滚柱轴承。滚针轴承的润滑和密封好坏直接影响着十字轴万向节的使用寿命。毛毡油封由于漏油多,防尘、防水效果差,在加注润滑油时,在个别滚针轴承中可能出现空气阻塞而造成缺油,已不能满足越来越高的使用要求。结构较复杂的双刃口复合油封(图3.2a),其中反装的单刃口橡胶油封用作径向密封,另一双刃口橡胶油封用作端面密封。当向十字
14、轴内腔注入润滑油时,陈油、磨损产物及多余的润滑油便从橡胶油封内圆表面与十字轴轴颈接触处溢出,不需安装安全阀,防尘、防水效果良好。在灰尘较多的条件下使用时,万向节寿命可显著提高。图42b为一轿车上采用的多刃口油封,安装在无润滑油流通系统且一次润滑的万向节上。十字轴万向节结构简单,强度高,耐久性好,传动效率高,生产成本低。但所连接的两轴夹角不宜过大,当夹角由4增至16时,十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的14。图 3.2 滚针轴承油封a) 双复合刃口油封;b)多刃口油封2.1.1 准等速万向节1双联式万向节双联式万向节(图3.3)是由两个十字轴万向节组合而成。为了保证两万向节连接的轴工作转速趋
15、于相等,可设有分度机构。偏心十字轴双联式万向节取消了分度机构,也可确保输出轴与输入轴接近等速。五分度杆的双联式万向节,在军用越野车的转向驱动桥中用得相当广泛。此时采用主销中心偏离万向节中心103. 5mm的方法,使两万向节的工作转速接近相等。该设计方案的主要优点是允许输入轴与输出轴间的夹角较大(一般可达50,偏心十字轴双联式万向节可达60),轴承密封性好,效率高,工作可靠,制造方便,不需要特殊的工艺设备。但这种方案外形尺寸较大,零件数目多,结构也比较复杂。同时由于双联式万向节滚针轴承的挤压应力受到限制,因此它传递的转矩也有一定的惯性。当应用于转向驱动桥时,由于这种结构轴向尺寸较大,为使接地印迹
16、中心偏离不大,就必须用较大的主销内倾角。2凸块式万向节对于凸块式万向节(图3.4),就运动副来看也是一种双联式万向节。它主要由两个万向节叉1和4以及两个特殊形状的凸块2和3组成。两凸块相当于双联万向节装置中两端带有位于同一平面上的两万向节叉的中间轴及两十字销,因此可以保证输入轴与输出轴近似等速。这种结构工作可靠,加工简单,允许的万向节夹角较大(可达50)。但是由于工作面全为滑动摩擦,所以效率低,摩擦表面易磨损,且对密封和润滑要求较高。它主要用于中型以上越野车的转向驱动桥。图 3.3 双联式万向节 图 3.4 凸块式万向节1- 左万向节叉;2-左凸块;3-右凸块; 4-右万向节叉2.1.2 等速
17、万向节1. 球叉式万向节球叉式万向节按其钢球滚道形状不同可分为圆弧槽和直槽两种形式。圆弧槽滚道型的球叉式万向节(图3.5a)由两个万向节叉、四个传力钢球和一个定心钢球组成。两球叉上的圆弧槽中心线是以O1和O2为圆心而半径相等的圆,O1和O2到万向节中心O的距离相等。当万向节两轴绕定心钢球中心O转动任何角度时,传力钢球中心始终在滚道中心两圆的交点上,从而保证输出轴与输入轴等速转动。这种球叉式万向节结构较简单,可以在夹角不大于3233的条件下正常工作。由于四个钢球在单向传动中只有两个传递动力,故单位压力较大,磨损较快。另外,这种万向节只有在传力钢球与滚道之间具有一定的预紧力时,才能保证等角速传动。
18、预紧力用选择不同尺寸级别的传力钢球来保证。在使用中,随着磨损的增加,预紧力逐渐减小以至消失,这时两球叉之间便发生轴向窜动,从而破坏了传动的等速性,严重时会造成钢球脱落。图 3.5 球叉式万向节a) 圆弧槽滚道型;b)直道滚道型直槽滚道型球叉式万向节(图 3.5b),两个球叉上的直槽与轴的中心线倾斜相同的角度,彼此对称。在两球叉间的槽中装有四个钢球。由于两球叉中的槽所处的位置是对称的,这便保证了四个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。这种万向节加工比较容易,允许的轴间夹角不超过20,在两叉间允许有一定量的轴间滑动。圆弧槽型球叉式万向节主要应用于轻、中型越野车的转向驱动桥中。直槽型球叉式万向节主要应
19、用于断开式驱动桥中,当半轴摆动时,用它可补偿半轴的长度变化而省去滑动花键。圆弧槽型球叉式万向节作为转向驱动桥的传力构件时,万向节旋转轴线应与车桥的轴线相重合,以避免发生万向节的摆动现象。为了不至于在万向节转角接近最大值时,放置传力钢球的主、从动叉的交叉槽趋于平行位置导致钢球无法约束而自动散开,造成万向节装配关系的破坏,在设计时应使两叉的最大夹角大于车轮的最大转角,同时万向节中心应位于转向主销轴线上。另外,应保证在万向节处于最大转角时,各传力钢球与定心钢球之间不接触,至少使传力钢球与定心钢球在此情况下的间隙不小于5mm,且使各钢球与万向节轴头均匀地预紧在一起,使得在任意方向旋转时能通过万向节的两
20、个传力钢球来传递转矩,避免靠一个钢球来传递,从而防止产生过载现象。2球笼式万向节球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。早期的Rzeppa 型球笼式万向节(图3.6a)是带分度杆的,球形壳1 的内表面和星形套3 的球表面上各有沿圆周均匀分布的六条同心的圆弧滚道,在它们之间装有六个传力钢球2,这些钢球由球笼4 保持在同一平面内。当万向节两轴之间的夹角变化时,靠比例合适的分度杆6 拨动导向盘5,并带动球笼4 使六个钢球2 处于轴间夹角的平分面上。经验表明,当轴间夹角较小时,分度杆是必要的;当轴间夹角大于11时,仅靠球图 3.11 万向节叉受力简图万向节叉与十字轴组成连接支承,在力F的作用下产生
21、支承反力,在与十字轴轴孔中心线组成的的B-B截面处,万向节叉承受弯曲和扭转载荷,其弯曲应力和扭应力应满足式中:W、分别是B-B截面处的抗弯截面系数和抗扭截面系数,矩形截面W=b/6、=kh,椭圆形截面W=b/10、=h /16;h、b分别为矩形截面的高和宽或椭圆形截面的长轴和短轴;k是与h/b有关的系数,按表3.3选取;上式中的e、a如图3.11所示。表 3.3 系数k的选取h/b1.01.51.752.02.53.04.010k0.2080.2310.2390.2460.2580.2670.2820.312万向节叉一般采用35、40、45中碳钢或中碳钢合金40CrNiMoA,经调质处理,硬度
22、为HRC1833。万向节叉弯曲应力的许用值为5080MPa,扭应力的许用值为80160MPa。根据设计要求,本次万向节叉取矩形截面,a取26mm,e取52mm,b取25mm,h取62mm。由h/b=62/25=2.48,取k=0.258。MPa50MPaMPa80MPa故设计满足要求。3.4 传动轴结构分析与设计3.5.1 传动轴结构分析 传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键,以实现传动长度的变化。为了减小滑动花键的轴向滑动阻力和磨损,有时对花键齿进行磷化处理或喷涂尼龙层;有的则在花键槽中放入滚针、滚柱或滚珠等滚动元件,以滚动
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