畢業(yè)論文汽車貨箱及其傳動軸總成設(shè)計(jì)

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(xiàn)和影響最大的是“行”或“交通”的變化，映像最深的是小

2、時(shí)候趕集進(jìn)城什么的都要走路，但現(xiàn)在都坐車，節(jié)約了非常多的時(shí)間。歷史上正是因?yàn)橛辛岁懧方煌ǎ辛斯湃俗叱鰜淼?“絲綢之路”，才促進(jìn)了東西方的貿(mào)易及科技、文化的交流與發(fā)展；正是因?yàn)橛辛溯喆辖煌üぞ撸茖W(xué)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?yàn)橛辛丝臻g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(shí)現(xiàn)。總之，人類社會的進(jìn)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(yīng)用于農(nóng)村及其周邊地區(qū)的短途運(yùn)輸，由于其噸位比較小，貨車的運(yùn)輸比較方便，而且可以適應(yīng)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(shè)中和人們的平常生活中必將起到關(guān)鍵作用。</p><p>　　本文主要對2T汽車的貨箱及其傳動軸總成設(shè)計(jì)。貨箱作為汽車運(yùn)輸?shù)闹饕d體，在運(yùn)輸過程中發(fā)揮著重要作用，由于其運(yùn)

4、輸?shù)穆窙r可能比較復(fù)雜，在運(yùn)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(gè)主要部件均屬于焊接件，對其焊接及其上漆有相關(guān)的技術(shù)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(jìn)過程中，將動力傳遞到后橋上，所以對其結(jié)構(gòu)跟強(qiáng)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(yùn)輸工具，在現(xiàn)實(shí)運(yùn)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(zhǔn)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(jìn)入20世紀(jì)后，汽車也進(jìn)入了快速發(fā)展階段，而在此期間因?yàn)檩d重的需要載重汽車也逐漸進(jìn)

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(fù)雜的發(fā)展過程，因?yàn)楝F(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(yīng)用于短途運(yùn)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(shè)計(jì)上必須保證其與各個(gè)部件連接的可靠及其連接部位的強(qiáng)度。</p><

8、p>　?。?）.貨箱作為主要的承載部件，在設(shè)計(jì)過程中必須保證其載重質(zhì)量及其承載能力。</p><p>　　1.4 當(dāng)代汽車的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著現(xiàn)代技術(shù)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(yīng)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(shè)計(jì)生產(chǎn)加工的技術(shù)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(shè)計(jì)集中表現(xiàn)在節(jié)能、重視安全環(huán)保。當(dāng)然，平穩(wěn)、舒適、快速及操縱方便、穩(wěn)定，也一直是設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)，尤其是可靠性，始終是作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量最重要的一項(xiàng)指標(biāo)。現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)除已表現(xiàn)出的上述重點(diǎn)和發(fā)展趨勢外，隨著電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，汽車產(chǎn)品也和其他許多領(lǐng)域的產(chǎn)品一樣，也越來越多地引進(jìn)了微處理機(jī)、各種傳感器和調(diào)節(jié)裝置，使汽車產(chǎn)品由單一的機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)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(shè)計(jì)</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(shè)計(jì)中因?yàn)樗笃?/p>

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

12、 貨箱的容積計(jì)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(zhì)量，t；</p><p>　　r—貨物密度，按最常運(yùn)送的貨物密度或密度適中的貨物（表2.1）確定，t/。</p><p>

13、;　　設(shè)計(jì)的汽車廣泛用于農(nóng)村，運(yùn)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(zhì)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(shí)，應(yīng)考慮車廂結(jié)構(gòu)的變形、材料的合理利用、公路情況、操作的方便性、運(yùn)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(guān)系。</p><p><b>　　車廂長度</b></p><p>　　在確定車廂長度時(shí)，應(yīng)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(dāng)減短車廂長度，以減小汽車整車質(zhì)量，提高汽車的機(jī)動性。另外，要考慮邊板的剛度和材料的規(guī)格，當(dāng)長度大于5m時(shí)，應(yīng)加裝“防脹”鏈條，或?qū)⑦叞宸殖蓛啥?，以防止“脹肚”。本次設(shè)計(jì)載重為2T，根據(jù)以上技術(shù)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(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，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(dāng)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(zhì)心，提高汽車的機(jī)動性和穩(wěn)定性。本次貨箱設(shè)計(jì)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(yīng)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(zhì)心升高，從而降低了汽車的穩(wěn)定性，同

17、時(shí)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(yīng)不大于1.8m。本次貨箱為低欄板車廂，設(shè)計(jì)取高度為500mm。</p><p>　　2.2.3 底座的受力情況</p><p>　　底座主要應(yīng)用于連接上部貨箱及其車架，并保證貨箱的支撐。在本次設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)算 F=2800N。 滿足要求。&

19、lt;/p><p>　　2.3 低欄板貨箱的結(jié)構(gòu)要求</p><p>　　2.3.1 貨箱的結(jié)構(gòu)</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(zhì)結(jié)構(gòu)、全金屬結(jié)構(gòu)、鋼木混合結(jié)構(gòu)。也可以按結(jié)構(gòu)分為有縱梁和無縱梁兩種結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　全木質(zhì)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(gè)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(zhì)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(cè)，還裝有防止邊板碰到刮的木質(zhì)護(hù)條，并在木質(zhì)護(hù)條的外側(cè)再加鋼板包條。此種結(jié)構(gòu)剛性差，使用壽命短，這里不考慮采用。</p><p>　　全金屬結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，通常底板是由木材制成，或采用鋼、木間隔，或燕尾形結(jié)構(gòu)，其余部分為鋼結(jié)構(gòu)。</p><p>　　全木質(zhì)車廂的主要優(yōu)點(diǎn)是易于制造和修理，但是用壽命短；全金屬機(jī)構(gòu)車廂雖然具有是用壽命長、可節(jié)約木材等優(yōu)點(diǎn)，但在汽車行駛中噪音較大。不同車廂結(jié)構(gòu)的對比和應(yīng)用情況見表2.2。</p><p>　　表

22、2.2 不同車廂結(jié)構(gòu)對比</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的是全金屬結(jié)構(gòu)，他有著質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)簡單，裝配容易，剛性大等優(yōu)點(diǎn)。車廂結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱與剛度大小與懸架性能和車架結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，若懸架的減震性能好，車架扭轉(zhuǎn)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(dá)到3.5-4.0g，為保證車廂由足夠的剛度，因此后部結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，橫梁布置密些。</p><p>　　2.3.2 低欄板車廂的

23、結(jié)構(gòu)及要求</p><p>　　在一般貨車上，應(yīng)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(yīng)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(xiǎn)架總成、車廂鉸鏈、車廂栓、車廂附件等組成。</p><p><b>　　底架結(jié)構(gòu)</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(jié)構(gòu)</p><p>　　邊板和后板大致有3中結(jié)構(gòu)。如圖2.3a）所示

25、的是全金屬結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是由木板外加剛包皮組成，如圖2.3c）所示。</p><p><b>　　（3） 前板結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　前板結(jié)構(gòu)可分為無保險(xiǎn)架和有保險(xiǎn)架結(jié)構(gòu)，保險(xiǎn)架又可分為用角鋼焊接的結(jié)構(gòu)和沖壓

26、結(jié)構(gòu)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?zhǔn)怯身摪搴洼S銷組裝成的，鉸鏈應(yīng)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)</p><p>　　1-本體；2-上邊框；3-立柱；4下邊框</p><p><b>　?。?） 車廂栓結(jié)構(gòu)</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(shí)承受通過箱板傳來的貨物張力。對它的性能要求是開關(guān)方便、靈活，還應(yīng)設(shè)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(shí)，由于貨物張力，以及邊板和后板重力的回轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhì)量大，一個(gè)人開關(guān)很費(fèi)力，為此近年來在邊板上設(shè)置了助力器。邊板助力器除了對關(guān)閉邊板時(shí)起助力作用外，同時(shí)在開啟邊板時(shí)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(gè)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(gè)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(shí)。</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(jìn)零件里，但這兩個(gè)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(jī)床夾具上用的最多，形狀特殊，頭部兩側(cè)要切掉。地腳螺栓，用于機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)備緊密連接起來的零件,通過內(nèi)側(cè)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(jī)械必須用的一種元件。螺母根據(jù)材質(zhì)的不同,分為碳鋼、高強(qiáng)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(jié)合和擴(kuò)散，從而造成永久性連接的工藝過程。在這個(gè)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(jié)晶后便會變成材料之間的連接。在這個(gè)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(jì)之前，只有出現(xiàn)過古時(shí)鐵匠用的金屬鍛焊這種焊接工藝。19世紀(jì)末，弧焊和氧燃?xì)夂傅南嗬^出現(xiàn)，標(biāo)志著早期現(xiàn)代焊接技術(shù)的開始，稍后又出現(xiàn)了電阻焊。20世紀(jì)出，世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，極大的促進(jìn)了焊接技術(shù)的發(fā)展。焊接通過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)以廣泛的應(yīng)用于原子能、造船、航空航天、海洋工程、電子工程、建筑、交通運(yùn)輸

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

36、減輕質(zhì)量，對交通運(yùn)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(jié)構(gòu)，適用于制造各類容器；</p><p>　　4、焊接板厚限制少。大于50mm時(shí)，鉚接將非常困難，而焊接的單層壁厚可以達(dá)到300mm以上；</p><p>　　5、設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，不比鑄造或鍛造，對工件

37、形狀有很多要求。</p><p>　　6、制造時(shí)間少、成本低廉，性價(jià)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(shí)間。易于實(shí)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(shù)能把不同金屬連接起來，材料利用率大大提高。</p><p>　　當(dāng)然焊接也存在一些缺點(diǎn)，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(yīng)力，易產(chǎn)生裂紋等。焊接的檢測技術(shù)也比較艱難，很容易引起結(jié)構(gòu)的實(shí)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(yàn)中發(fā)生脆性斷裂，事故分別是由于焊接工藝不當(dāng)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(yàn)中發(fā)生脆性斷裂，裂源均在焊接接頭處，是消除應(yīng)力退火處理時(shí)產(chǎn)生的裂紋。</p><p>　　大量事故證明：控制焊接的質(zhì)量，是保證化工機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量的關(guān)鍵。只有在焊接時(shí)嚴(yán)格把關(guān)，焊后嚴(yán)格檢測，才能大大降低事故發(fā)生率，保證

40、設(shè)備安全、可靠地運(yùn)行。</p><p>　　由于焊接時(shí)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(diǎn)，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(shí)，母材熔化，兩種被焊接件之間原子或分子在接頭處結(jié)合或擴(kuò)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(yīng)，破壞焊接過程?？諝鈿庵械牡?、水元素等也進(jìn)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(yán)重破壞焊縫質(zhì)量跟焊后性能。為了避免這中情況發(fā)生，科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)提出了很多保護(hù)方法。例如，氣體保護(hù)電焊、渣保護(hù)焊、真空焊等。氣體保護(hù)焊就是用惰性或二氧化碳等不易于焊接材料發(fā)生反應(yīng)的氣體隔絕孔氣，以保護(hù)焊接時(shí)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(yīng)的鈦鐵粉進(jìn)行除氧，就可以保護(hù)焊接材料中有益元素不被氧化而進(jìn)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(shí)現(xiàn)原子間結(jié)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(diǎn)。由于壓焊是固態(tài)下原子結(jié)合，被焊接件沒有熔化，因而不會有有益合金元素?zé)龘p、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(zhì)量。同時(shí)由于壓焊加熱溫度比較低、加熱時(shí)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(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)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(shí)母材不熔化，而是用熔點(diǎn)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(diǎn)、低于被焊接件熔點(diǎn)的溫度，利用熔化的材料填充接口間隙并與被焊接件實(shí)現(xiàn)原子間的相互結(jié)合或擴(kuò)散，從而獲得焊縫的方法。 &l

44、t;/p><p>　　焊接接頭，應(yīng)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(gè)焊接結(jié)構(gòu)中是一個(gè)關(guān)鍵性部位，其性能之優(yōu)劣直接影響整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和使用安全性。根據(jù)加熱時(shí)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(gè)區(qū)域：焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)和熱應(yīng)變翠化區(qū)。焊縫是兩被焊接件被焊的接頭；在焊縫的兩側(cè)在焊接時(shí)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(zhì)量，可以采取焊前可以對焊件接口處預(yù)熱、焊時(shí)保溫和焊后熱處理等措施。 </p><p>　　焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過程，焊接時(shí)總是要產(chǎn)生焊接變形和應(yīng)力的。焊接時(shí)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(yīng)力和變形的根本原因。焊件中產(chǎn)生的隨時(shí)間而變化的變形和內(nèi)應(yīng)力分別稱為瞬時(shí)變形和焊接接觸瞬時(shí)應(yīng)力。焊

46、后剩的應(yīng)力稱為焊后殘余應(yīng)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(yīng)力。</p><p>　　幾類焊接接頭的優(yōu)缺點(diǎn)：</p><p>　　對接接頭受力均勻，焊接時(shí)容易保證質(zhì)量，因此常用于重要的構(gòu)建中。</p><p>　　搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡單，裝配方便，焊接變形和殘余應(yīng)力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。。 </p&g

47、t;<p>　　由于結(jié)構(gòu)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(dú)使用，只有在焊透時(shí)，或在內(nèi)外均有角焊縫時(shí)才有所改善，多用于封閉形結(jié)構(gòu)的拐角處。</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，化工機(jī)械行業(yè)一方面要推出新技術(shù)和新的焊接結(jié)構(gòu)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(diǎn)向著高質(zhì)量、

48、高壽命和大型化的方向發(fā)展，這種化機(jī)焊接機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢對焊接技術(shù)提出了更高的要求：一方面要研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性； 另一方面要提高焊接機(jī)械化和自動化水平。推廣、擴(kuò)大數(shù)控的焊接機(jī)械手和焊接機(jī)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(shè)計(jì)貨箱各個(gè)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(shè)計(jì)</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(shí)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(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。萬向傳動軸設(shè)計(jì)應(yīng)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(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動時(shí)，能可靠地傳遞動力。</p><p>　　2)保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　3)傳動效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易等。</p><p>　　萬向傳動軸在汽車上應(yīng)用比較廣泛。在發(fā)動機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)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(qū)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(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，內(nèi)、外半軸之間的夾角隨行駛需要而變，這時(shí)多采用等速萬向傳動軸。當(dāng)后驅(qū)動橋?yàn)楠?dú)立懸架時(shí)，也必須采用萬向傳動軸。</p><p>　　萬向節(jié)按扭轉(zhuǎn)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?zhǔn)竭B接傳遞動力的，可分成不等速萬向節(jié)(如十字軸式)、準(zhǔn)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(shí)，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動，但平均角速度比為1的萬向節(jié)。準(zhǔn)等速萬向節(jié)是指在設(shè)計(jì)角度下工作時(shí)以等于1的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動，而在其它角度下工作時(shí)瞬時(shí)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(shí)角速度比傳遞運(yùn)

53、動的萬向節(jié)，稱之為等速萬向節(jié)。</p><p><b>　　萬向節(jié)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(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(shí)將彈性蓋板6點(diǎn)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(yù)壓力，以免高速轉(zhuǎn)動時(shí)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(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、零件少和質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn)。瓦蓋固

56、定式結(jié)構(gòu)(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(gè)整體，而是分成兩半用螺釘聯(lián)接起來。這種結(jié)構(gòu)具有拆裝方便、使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，但加工工藝較復(fù)雜。塑料環(huán)定位結(jié)構(gòu)(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(dāng)滾針軸承動配合裝入萬向節(jié)叉到正確位置時(shí)，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(shí)，表明塑料已充滿環(huán)槽。這種結(jié)構(gòu)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(shí)，在個(gè)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙刃口復(fù)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(dāng)向十字軸內(nèi)腔注入潤滑油時(shí)，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(shí)，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(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)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(dāng)夾角由4°增至16°時(shí)，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(fù)合刃口油封；b）多刃口油封</p><p><b>　　準(zhǔn)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(gè)

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(zhuǎn)速趨于相等，可設(shè)有分度機(jī)構(gòu)。偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)取消了分度機(jī)構(gòu)，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(zhuǎn)向驅(qū)動橋中用得相當(dāng)廣泛。此時(shí)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(zhuǎn)速接近相等。該設(shè)計(jì)方案的主要優(yōu)點(diǎn)是允許輸入軸與輸出軸間的夾角較大(一般可達(dá)50°，偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)可達(dá)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(shè)備。但這種方案外形尺寸較大，零件數(shù)目多，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。同時(shí)由于雙聯(lián)式萬向節(jié)滾針軸承的擠壓應(yīng)力受到限制，因此它傳遞的轉(zhuǎn)矩也有一定的慣性。當(dāng)應(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋時(shí)，由于這種結(jié)構(gòu)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(yùn)動副來看也是一種雙聯(lián)式萬向節(jié)。它主要由兩個(gè)萬向節(jié)叉1和4以及兩個(gè)特殊形狀的凸塊2和3組成。兩凸塊相當(dāng)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(jié)構(gòu)工作可靠，加工簡單，允許的萬向節(jié)夾角較大(可達(dá)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(zhuǎn)向驅(qū)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(gè)萬向節(jié)叉、四個(gè)傳力鋼球和一個(gè)定心鋼球組成。兩球叉上的圓弧槽中心線是以O(shè)1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(dāng)萬向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心O轉(zhuǎn)動任何角度時(shí)，傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點(diǎn)上，從而保證輸出軸與輸入軸

65、等速轉(zhuǎn)動。這種球叉式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)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(gè)鋼球在單向傳動中只有兩個(gè)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(yù)緊力時(shí)，才能保證等角速傳動。預(yù)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(yù)緊力逐漸減小以至消失，這時(shí)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(yán)重時(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(yīng)用于輕、中型越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中。直槽型球叉式萬向節(jié)主要應(yīng)用于斷開式驅(qū)動橋中，當(dāng)半軸擺動時(shí)，用它可補(bǔ)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(zhuǎn)向驅(qū)動橋的傳力構(gòu)件時(shí)，萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線應(yīng)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(zhuǎn)角接近最大值時(shí)，放置傳力鋼球的主、從動叉的交叉槽趨于平行位置導(dǎo)致鋼球無

68、法約束而自動散開，造成萬向節(jié)裝配關(guān)系的破壞，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使兩叉的最大夾角大于車輪的最大轉(zhuǎn)角，同時(shí)萬向節(jié)中心應(yīng)位于轉(zhuǎn)向主銷軸線上。另外，應(yīng)保證在萬向節(jié)處于最大轉(zhuǎn)角時(shí)，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(yù)緊在一起，使得在任意方向旋轉(zhuǎn)時(shí)能通過萬向節(jié)的兩個(gè)傳力鋼球來傳遞轉(zhuǎn)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(yīng)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(gè)傳力鋼球2，這些鋼球由球籠4 保持在同一平面內(nèi)。當(dāng)萬向節(jié)兩軸之間的夾角變化時(shí)，靠比例合適的分度桿6 撥動導(dǎo)向盤5，并帶動球籠4 使六個(gè)鋼球2 處于軸間夾角的平分面上。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)軸間

70、夾角較小時(shí)，分度桿是必要的；當(dāng)軸間夾角大于11°時(shí)，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(zhuǎn)動方向如何，六個(gè)鋼球全都傳遞轉(zhuǎn)矩，可在兩軸之間的夾角達(dá)35°～37°的情況下工作。</p><p>　　目前結(jié)構(gòu)較為簡單、應(yīng)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(dāng)軸間夾角為0’時(shí)，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(diǎn)和球心的連線與過球心的徑向線成45‘角，橢圓在接觸點(diǎn)處的曲率半徑選為鋼球半徑的1．03～1．05倍。當(dāng)受載時(shí)，鋼球與滾道的接觸點(diǎn)實(shí)際上為橢圓形接觸區(qū)。由于工作時(shí)球的每個(gè)方向都有機(jī)會傳遞轉(zhuǎn)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(yīng)給予足夠的重視。潤滑劑的使用主要取決于傳動的轉(zhuǎn)速和角度。在轉(zhuǎn)速高達(dá)1500r／min時(shí)，一般使用防銹油脂。若轉(zhuǎn)速和角度都較大時(shí)，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(yīng)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(dá)42°。由于傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)六個(gè)鋼球均同時(shí)參加工作，其承載能力

73、和耐沖擊能力強(qiáng)，效率高，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與一般球籠式相近，僅僅外滾道為直槽。在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，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(jié)構(gòu)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(shí)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(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中， 目前應(yīng)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(yīng)用在具有獨(dú)立懸架的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，在靠近轉(zhuǎn)向輪一側(cè)采用Birfield型萬向節(jié)，靠近差速器一側(cè)則采用伸縮型球籠式萬向節(jié)，以補(bǔ)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(yīng)用到斷開式驅(qū)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(dǎo)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(shí)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(jié)構(gòu)，并用金屬零件加固。在撓性萬向節(jié)裝配時(shí)，通常使纖維層依次錯開，以便于當(dāng)撓性盤變形時(shí)，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(jié)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(shí)，為了保證高速轉(zhuǎn)動時(shí)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(shè)專門機(jī)構(gòu)保證對正中心。圖3.7a為具有球面對中機(jī)構(gòu)的環(huán)形撓性萬向節(jié)。這種結(jié)構(gòu)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(dāng)?shù)念A(yù)緊力。為使萬向節(jié)有必要的壽命，總是設(shè)法使其軸向位移引起的軸向力、側(cè)向位移引起的側(cè)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(zhuǎn)矩。有的結(jié)構(gòu)允許有一定的軸向變形(圖3.7b)。當(dāng)這種環(huán)形撓性萬向節(jié)的軸向變形量滿足使用要求時(shí)，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(zhuǎn)振動、動載荷和噪聲，結(jié)構(gòu)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(shè)法使其軸向位移引起的軸向力、側(cè)向位移引起的側(cè)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(zhuǎn)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(jī)構(gòu)；b）具有軸向變形</p><p>　　3.3 萬向傳動的運(yùn)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(gè)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(zhuǎn)動，使主、從動軸的角速度周期性地不等。當(dāng)兩軸存在一定夾角α 時(shí)，主動軸的角速度與從動軸的角

80、速度之間存在如下關(guān)系：</p><p>　　式中，φ1為主動軸轉(zhuǎn)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(dāng)φ1為0、π時(shí)，ω2達(dá)最大值ω2max。且為ω1／cosα； 當(dāng)φ1為π／2、3π／2時(shí)， ω2有最小值ω2min。且為ω1 cosα。所以，單個(gè)十字軸萬向節(jié)傳動的

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

82、ω1最大時(shí)，從動軸上的轉(zhuǎn)矩為最小T2min=T1cosα。當(dāng)Tl與α一定時(shí)，T2在其最大值與最小值之間每一轉(zhuǎn)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(qū)動轉(zhuǎn)矩和從動軸反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平衡的。這是因?yàn)檫@兩個(gè)轉(zhuǎn)矩作用在不同的平面內(nèi)，在不計(jì)萬向節(jié)慣性力矩時(shí)，它們的矢量互成一角度而不能自行封閉，此時(shí)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(guān)系分析可知，主動叉對十字軸

83、的作用力偶矩，除主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩T2和作用在從動叉平面的彎曲力偶矩T2′。在這四個(gè)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(shí)，附加彎曲力偶矩的大小及變化特點(diǎn)。</p><p>　　當(dāng)主動叉φl 處于0 和π 位置時(shí)(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(dāng)主動叉φl 處于π／2和3π／2位置時(shí)(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(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)速關(guān)系可以看出，當(dāng)輸入軸與輸出軸之間有一定夾角時(shí)，單十字萬向節(jié)的兩軸是不等速旋轉(zhuǎn)的，這樣給汽車傳動帶來了很大的麻煩，為了實(shí)現(xiàn)等速傳動，汽車傳動系中常采用雙萬向節(jié)傳動的設(shè)計(jì)方案(圖3.9)，圖中a)、c）共同特點(diǎn)是：兩萬向節(jié)叉應(yīng)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(yīng)軸的支承反力平衡。當(dāng)輸入軸與輸出軸平

87、行時(shí)(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(diǎn)劃線所示的彈性彎曲，從而引起傳動軸的彎曲振動。當(dāng)輸入軸與輸出軸相交時(shí)(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(diǎn)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(yùn)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(yīng)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(diǎn)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(shí)，傳力鋼球都位于交角平分面上。此時(shí)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(zhuǎn)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的貨車屬于輕型，且多用于農(nóng)村，結(jié)合在工廠看到的實(shí)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(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　萬向傳動的計(jì)算載荷</b></p><p>　　萬向傳動軸因布置位置不同，計(jì)算載荷是不同的。計(jì)算載荷的計(jì)算方法主要有三種，見表3.1。</p><p>　　表 3.1 萬向傳動軸計(jì)算載荷 （N·m）</p><p>　　表3.1各式中，Temax 為

91、發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；n 為計(jì)算驅(qū)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(jī)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(gè)驅(qū)動橋上的靜載荷(N)；m2′為汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)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?yàn)r青路面上，φ 可取0

92、．85，對于安裝防側(cè)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(zhuǎn)向驅(qū)動橋上的靜載荷(N)；m1′ 為汽車最大加速度時(shí)的前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)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(dāng)時(shí)</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)</b></p><p>　　式中，ma為汽車滿載質(zhì)量(若有掛車，則要加上掛車質(zhì)量)(kg)。</p><p>　　表 3.2 n與選

94、取表</p><p>　　對萬向傳動軸進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，計(jì)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(dāng)對萬向傳動軸進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷TS 取TsFl或TsF2。</p><p>　　本次傳動軸的萬向節(jié)計(jì)算載荷按最大使用扭矩計(jì)算<

95、/p><p>　　式中：動載系數(shù)=1，超載系數(shù)K=1，發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　對十字軸萬向節(jié)的設(shè)計(jì)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(jì)算。其一般過程是，對各零件的主要失效形式進(jìn)行分析并制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，然后根據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則對零部件的主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計(jì)算、校核。十字軸作為傳動部件，必須得保證其強(qiáng)度合理，所以，對傳動軸上部件進(jìn)行強(qiáng)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(dāng)磨損或壓痕超過0．15mm時(shí)，十字軸萬向節(jié)便應(yīng)報(bào)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(shè)計(jì)十字軸萬向節(jié)時(shí)，應(yīng)保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度。</p><p>　　設(shè)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(jì)算轉(zhuǎn)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(yīng)力σw 應(yīng)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(yīng)力許用值，為250～350MPa。</p><p>　　十字軸軸頸的切應(yīng)力τ 應(yīng)滿足</p><p>　　式中，[τ]為切應(yīng)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(shí)，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(shí)，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(yīng)力

100、集中。滾針在軸向的游隙一般不應(yīng)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(yīng)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(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d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(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC 以上時(shí)，許用接觸應(yīng)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(yīng)力最大，所以也應(yīng)對此處進(jìn)行強(qiáng)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(jié)構(gòu)和材料、加工和裝配精

102、度以及潤滑條件等有關(guān)。當(dāng)α ≤25°時(shí)可按下式計(jì)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(jìn)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(zhì)處理，硬度為18～33HRC，滾針軸承碗材料一般采用GCrl5。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)算、校核如下：</p><p><b>　　N</b></p><p>　　十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力：</p><p><b>　　MPa＜[σw]</b></p>

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

106、><p>　　滾針軸承的接觸應(yīng)力為</p><p><b>　　MPa＜[]</b></p><p>　　故滾針強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　　萬向節(jié)叉設(shè)計(jì)計(jì)算：所謂萬向節(jié)，指的是利用球型連接實(shí)現(xiàn)不同軸的動力傳送的機(jī)械結(jié)構(gòu)，是汽車上有一個(gè)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(jī)后輪驅(qū)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(qū)動橋主減速器輸入軸之間；而前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的車輛省略了傳動軸，萬向節(jié)安裝在既負(fù)責(zé)驅(qū)動又負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)載荷，其

108、彎曲應(yīng)力和扭應(yīng)力應(yīng)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(guān)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)