车辆工程毕业设计41基于有限元分析的汽车万向传动装置设计

椭圆形截面：W=bh210，Wt??hb216；

h，b分别为矩形截面的高和宽或椭圆截面的长轴和短轴，k是与h有关的

b系数，查表3.2选取

取b?20mm,h?68mm,k?0.267,a?25mm,e?42mm

表3.2 系数k的选取

h bk 1.0 0.208 1.5 0.231 1.75 0.239 2.0 0.246 2.5 0.258 3.0 0.267 4.0 0.282 10 0.312 e，a如图3.3所示，弯曲应力的许用值??w?为50~80MPa，扭应力的许用值

??b?为80~160MPa。

图3.3 万向节受力简图

截面B—B处为矩形，所以

W?bh2/6?20?682/6?15413.3.3mm3

Wt?khb2?0.267?68?202?7262.4mm3

?w?F?eW?2605.35?4215413.33?72.22MPa???w??50~80MPa

?t?F?aWt?2605.35?25/7262.4?89.69MPa???t??80~160MPa

因此，万向节叉的强度满足设计要求。

3.5 传动轴的设计计算

汽车传动轴的基本参数包括传动轴长度及变化范围，主动轴与从动轴之间的夹角，传动轴的临界转速及滑键的尺寸。在确定这些参数时，应注意保证传动

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轴在任何条件下工作可靠、寿命长。

传动轴经常处于高速旋转状态下，所以轴的材料查机械零件手册选取40CrNi，适用于很重要的轴，具有较高的扭转强度。

传动轴管由低碳钢板卷制的电焊钢管制成，轴管外径及壁厚(或内径)是根据所传最大转矩、最高转速及长度按有关标准YB242-63选定，并校核临界转速及扭转强度

[13]

。

电焊钢管参数应按冶金部标准YB242-63选取。表4.3给出外径Dc?60~95毫米的标准资料，以供设计时参考。

表3.3 6095mm毫米的电焊钢管(YB242-63)

外径（mm） 60 63.5 70 75 83 89 95 钢管厚度（mm） 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、 4.0、4.2、4.5 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、 4.0、4.2、4.5 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、 4.0、4.2、4.5、4.8 1.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、 4.0、4.2、4.5、4.8

3.5.1 传动轴的临界转速

长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的临界转速（r/min）为，安全系数k取2.0，适用于一般精度的伸缩花键。

最大转速 nmax=nw/?0?3518.30/81.3%?3012.05r/min

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式中 为发动机转速

?0为超速挡传动比，取为0.813 安全系数k k =

= 2.0

3.5.2 传动轴长度和内外径确定

根据两万向节中心距2186mm传动轴分为两段，L1?800mm,L2?1386mm 由临界转速

=1.2

= 6024.10

= 2.0 = 6024.10

得 Dc?dc = 9299.82mm 又 1.5 mm

3 mm

根据电焊钢管外径6095mm的标准资料（从冶金部标准YB24263中选取）

初选 Dc = 70 mm ，则

dc = 66.3 mm

其中Lc为传动轴长度(mm)，即两万向节中心的距离Dc和dc分别为传动轴轴管的外、内径(mm) 3.5.3 传动轴的校核

万向传动轴的断面尺寸除应满足临界转速的要求外，还应保证有足够的扭转强度。传动轴的最大扭转应力?(MPa)可按下式计算：

??Temaixg1kd/Wr

x发动机的最大转矩，N?mm； 式中： Tema—

ig1—变速器的一档传动比；

kd—动载系数； Wr—抗扭截面系数。

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对于传动轴管，上式又可表达为

?c?16DcT1?(Dc4?dc4)

式中：T1—传动轴的计算转矩，T1?max?Tse,TSS?=2605.35N?mm

Dc,dc—传动轴管的外径和内径，mm。

按上式计算得出的传动轴管扭转应力?不应大于300MPa。 传动轴扭转强度为：

16?70?2605.35?103?c???198.23MPa???c??300MPa?704?66.34?(Dc4?dc4)

16DcT1??传动轴材料为40CrNi，许用应力为300MPa，因此本设计的传动轴满足扭转强度的要求。

3.6 花键轴的设计计算

3.6.1 花键轴初选尺寸

滑动花键连接套为了后桥跳动时补偿传动轴长度变化而设置的。花键轴头应压入管口进行焊接。传动轴带花键的一端，为静止时位置较高的一端

[14]

。

传动轴花键的尺寸按表4.2推荐的数值进行初定，结合国家标准选取，最后进行强度校核。目前国产汽车的传动轴花键一般为矩形齿，它以内径或侧面定心，保证传动轴运转平稳可靠。国外也有根据用户要求使用渐开线花键的。

取安全系数2.27，则

?h??c2.27?300MPa

?h?16T1?300MPa?dh3

dh?316?2605350?35.37mm3.14?300

?h——为许用扭转应力

K?——为花键转矩分布不均匀系数，取1.3 Dh——花键外径

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