潍坊科技学院学士学位论文毕业设计轿车传动轴的设计与校核2012年5月摘要传动轴是组成机器零件的主要零件之，一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动，传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接。

这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不承受弯矩。

应该使传动轴具有足够的刚度和高临界转速，在强度计算中，由于所取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴工艺设计方法，并根据现行规范增添了些表面处理的方式比如表面发兰。

提出一种三点接触沟道截面形式的球笼式等速万向节，其钟形壳外沟道的沟道截面形式为圆弧沟道，星形套内沟道的沟道截面形式为椭圆沟道或双心弧沟道。

对其内、外沟道结构进行设计，并利用 H e r t z 接触理论进行接触应力的计算。

结果表明，三点接触沟道能减小内、外沟道接触应力，改善其内部接触状况。

关键词：球笼式等速万向节；三点接触沟道；接触应力；计算ABSTRACTDrive shaft is composed of the main parts of the machine parts, all do rotary movement of the transmission parts (such as: gear, worm gear, etc.) must be installed on the shaft to movement and power transmission, driving shaft is often used in the connection between the transmission and drive axle. The shaft is longer than the general, and high speed, can withstand the torque under bending moment. Should make the shaft has enough stiffness and high critical speed, the strength calculation, due to take the safety coefficient is larger, so that the size of the shaft is too big, this article discusses the transmission process design method, and according to the current specification adds some surface treatment way, such as hair surface.Put forward a three-point contact channel cross section form of ball cage patterned constant speed universal joint, the bell-shaped shell outside the channel cross section form of the channel is a circular arc channel, stars form within the set of channel of the channel or dual channel cross section form of ellipse arc channel. Was carried out on the inside and outside channel structure design, and using the theory of t H e r z contact for the calculation of contact stress. Results show that three contact channel can reduce the contact stress, the internal and external channel to improve the internal contact condition.Key words:Birfield ball-joint; 3 contact channel; Contact stress; Calculation目录引言........................................................ 错误!未定义书签。

第一章传动轴................................................. 错误!未定义书签。

第二章球笼等速万向节的设计 (4)2.1 建立约束条件 (4)2.2 万向传动的计算载荷 (5)2.3 星形套和钟形壳的结构设计 (6)2.4 万向节受力分析 (12)2.5 沟道设计 (16)2.6其它参数的设计........................................... 错误!未定义书签。

7 2.7 接触应力计算. (17)2.8万向节寿命计算 (19)第三章花键轴设计 (19)第四章零件的工艺分析 (21)4.1零件表面加工方法的选择 (21)4.2孔加工方案 (21)4.3加工方案的选择 (22)4.4确定毛坯 (22)4.5工艺规程设计 (23)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)引言：球笼式等速万向节是目前应用最为广泛的等速万向节，作为前置前驱动轿车的关键部件，等速万向节的性能和寿命与接触应力密切相关，万向节疲劳破坏的特征是常在沟道表面造成剥落和点蚀。

球笼式等速万向节接触应力与其沟道截面形式有着很大的关系，因此，沟道设计和制造的能力直接影响万向节的工作能力和使用寿命…。

目前，球笼式等速万向节内部沟道截面形式主要为圆弧形、椭圆形和双心弧形，且其内、外沟道都采用相同的截面形式。

但内沟道的接触应力要比外沟道的接触应力大得多，且内沟道的接触疲劳、点蚀破坏程度高于外沟道。

而在相同的尺寸大小、经受相同转矩及转速的前提下，椭圆形与双心弧形内沟道的接触应力要比圆弧形的小，而圆弧形外沟道的接触应力要比椭圆形与双心弧形的小。

在此前提下，提出了一种三点接触沟道截面形式的球笼式等速万向节，以期改善其内部接触情况。

一．传动轴球笼式等速万向节（亦称球笼式万向联轴器），是一类容许两相交轴间有较大角位移的联轴器，它是目前应用最为广泛的等速万向节。

球笼式等速万向节主要由钟形壳、星形套、钢球和保持架（亦称球笼）构成。

钟形壳的内径球面与保持架的外径球面组成一个转动定心球面副；保持架的内径球面与星形套的外径球面也组成一个转动定心球面副。

两个球面副的球心重合于两轴轴线的交点。

钢球一般为六个，相应地，保持架有六个周向腰鼓形槽，以在其轴向方向夹持六个钢球。

在钟形壳的内径球面上，周向等分地开有六个环面内槽；在星形套的外径表面上，也周向等分地开有六个窝面外槽。

它们分别与六个钢球共轭接触，以传递运动和扭矩。

钟形壳一般通过螺栓与驱动轴（或被驱动轴）连接；星形套通过花键与被驱动轴（或驱动轴）相连接。

环面的轴线偏离两轴轴线的交点（球面副的球心），钟形壳、星形套环面的轴线偏心量应相等。

环面的素线是一段圆弧。

环面的母线是不完整的半椭圆曲线。

因为在传递扭矩过程中，钢球既和钟形壳相接触又同时和星形套接触，同一个钢球的角速度ω相等，因此ω钟 =ω球 =ω星，就是说固定端具有同步等速性。

这种等速万向节无论转动方向如何，六个钢球全都传递转矩，它可在两轴之间的夹角达35°～37°的情况下工作。

图 1-7 球笼式等速万向节1.钟形壳2.星形套3.钢球4.保持架二、球笼式万向节设计 2.1 建立约束条件2.1.1传动轴应有足够高的临界转速临界转速：当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有频率，即出现共振现象，所以通常将其弯曲固有频率对应的轴的速度称为临界转速。

若固有频率为f （Hz ） 则: k n =2πf rad/s=60 f r/minJ －抗弯惯性矩m kf π21=ρπLd D m ⋅-=)422（代入f 式，代入k n =60 f 整理后得2228102.1Ld D n k +⨯=设计传动轴时通常取0.2~2.1max=n n kn max －传动轴最高转速 max 222228353.152102.1n d D Ld D n k ⋅≤+=+⨯=δ …………②δ—临界安全系数 2.1.2传动轴应有足够的扭转强度设传动轴传递的最大转矩为Ts ，则截面上最大剪切应力[]τπτ≤-=⋅=)(16244max d D T D DI T s P s …………………………③ I p －极惯矩 32)(44d D I P -=π35384LEJ k =)(6444d D D J -=π[]τ——许用应力，;2.1.3 传动轴应满足空心轴扭转失稳条件要求按最大扭转应力验算：2/3max )(292.0Dd D E -≤τ……………………………………④E —传动轴材料的弹性模量，25/101.2mm N E ⨯= 2.1.4 传动轴应满足制造工艺条件要求2.3≥-d D …………………………………………⑤ 2.1.5 传动轴外径尺寸不能过大可设 100≤D …………………………………………⑥ 根据以上的各条约束条件以及①式，可建立以下数学优化模型： []TTx x x d D S X 321,,,=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=，)4)(min 22d D x f S -==（πmax 222228353.152102.1n d D L d D n k ⋅≤+=+⨯=δ[]τπτ≤-=⋅=)(16244max d D T D DI T s P s 2/3max )(292.0Dd D E -≤τ 2.3≥-d D100≤D 、2.2万向传动的计算载荷万向传动轴因布置位置不同，计算载荷是不同的。

计算载荷的计算方法主要有三种， 见下表表4—1各式中，Temax 为发动机最大转矩；n 为计算驱动桥数，取法见表4—2；i1为变速器一挡传动比；η为发动机到万向传动轴之间的传动效率；k 为液力变矩器变矩系数，k=[(ko—1)／2]十1，ko 为最大变矩系数；G2为满载状态下一个驱动桥上的静载荷(N)；m2′为汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数，轿车：m2′=1．2～1．4，φ为轮胎与路面间的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，在良好的混凝土或沥青路面上，φ可取0．85，对于安装防侧滑轮胎的轿车，φ可取1．25，rr为车轮滚动半径(m)；i。