单位代码 ：10452
本科专业职业生涯设计
规划人生方向 实现人生梦想
汽车万向传动轴设计
姓 名
学 号 年 级 专 业
2007级 车辆工程
系 （院） 工学院
指导教师
2011年 4 月 1 日
临沂大学工学院本科专业职业生涯设计
目录
第一部分 ..................................................................................... 4 规划人生方向 实现人生梦想 ...................................................... 4 前 言 .......................................................................................... 4 1 自我分析 ................................................................................. 4 1.1个性特征分析 ..................................................................... 4 1.1.1 性格特征分析 ............................................................... 5 1.1.2 兴趣爱好分析 ............................................................... 5 1.2 个人能力分析 .................................................................... 5 1.2.1 能力优势 ...................................................................... 5 1.2.2 能力弱势 ...................................................................... 5 1.3 价值观分析 ....................................................................... 5 1.3.1 人生价值观分析 ............................................................ 6 1.3.2 职业价值观分析 ............................................................ 6 2 环境分析 ................................................................................. 6 2.1 家庭环境分析 .................................................................... 6 2.2 学校环境分析 .................................................................... 6 2.3 社会环境分析 .................................................................... 7 2.4 临沂环境分析 .................................................................... 7 3 毕业打算及具体计划 ................................................................ 7 3.1 做一公务人员 .................................................................... 7 3.2 考研 .................................................................................. 7 3.3 自主创业 ........................................................................... 7
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4 具体各阶段规划 ....................................................................... 8 4.1 2010年—2013年（短期目标） ......................................... 8 4.2 2014年—2019年（中期目标） ......................................... 8 4.3 2019年—退休 ................................................................... 9 5 最后总结 ................................................................................. 9 第二部分 ..................................................................................... 9 汽车万向传动轴设计 .................................................................... 9 中 文 摘 要 ................................................................................ 9 ABSTRAT ................................................................................. 10 1概论 ....................................................................................... 11 2华利微型客车TJ6350汽车原始数据及设计要求 ...................... 12 3 万向传动轴的结构特点及基本要求 ......................................... 13 4 万向传动轴结构方案的分析 .................................................... 15 4.1 基本组成的选择 ............................................................... 15 4.2 万向传动轴的计算载荷 .................................................... 17 5 万向传动的运动和受力分析 .................................................... 18 5.1 单十字万向节传动 ........................................................... 19 5.1.1运动分析 ..................................................................... 19 5.1.2 附加弯曲力偶矩的分析 .............................................. 20 5.2 双十字轴万向节传动 ........................................................ 21 6 万向传动轴的选择 ................................................................. 23 6.1 传动轴管的选择 ............................................................... 23 6.2 伸缩花键的选择 ............................................................... 23
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7 传动轴的计算与强度校核 ....................................................... 24 7.1 传动轴的临界转速 ........................................................... 24 7.2 传动轴计算转矩 ............................................................... 24 7.3 传动轴长度选择 ............................................................... 24 7.4 传动轴管内外径确定 ........................................................ 24 7.5 传动轴扭矩强度校核 ........................................................ 25 8 十字轴总成尺寸的确定与强度校核 ......................................... 27 8.1 十字轴万向节尺寸的确定与强度校核 ................................ 27 8.2 传动轴的花键 .................................................................. 29 8.3 十字万向节的轴承 ........................................................... 30 9结论 ....................................................................................... 33 10展望 ..................................................................................... 33 参考文献 ................................................................................... 34 谢 辞 ...................................................................................... 36
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第一部分
规划人生方向 实现人生梦想
前 言
职业生活是整个生活的重要组成部分，作为一名即将离开学校走向社会的大四生，马上就要面临人生中的一个重大转折——由一个学生向一个职业者的蜕变。
在当今社会就业压力大，就业形势极其严峻的情况下，对于我们这些稚气未脱的学生来讲更是一个巨大的挑战，那么怎样才能为自己寻求一个合适的好工作呢？这就需要我们提前为自己的人生规划一个前进的方向，不至于在茫茫的社会大流中迷失了航向。因为一个可行的计划是成功的一半，有了计划就有了努力的方向和前进的动力，只有这样我们才能脚踏实地地冲着自己的理想前进，才能实现自己人生的梦想。
1 自我分析 1.1个性特征分析
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1.1.1 性格特征分析
<1>性格属内向偏外型，说话直爽，待人热情，乐于助人。 <2>与人很容易相处，能迁就别人，而且为人真诚。 <3>上进心很强，做事勤奋、认真，有很强的责任心。 <4>吃苦耐劳，凡事都很有耐心，脾气相当好。 1.1.2 兴趣爱好分析
<1>喜欢看书：读书可以使我的知识不断地增长，使我学到很多经历者的经验，使我懂得一些人生的道理。
<2>喜欢音乐：音乐可以陶冶情操，喜欢舒缓优美的英文歌曲，同时可以帮助英语的学习。
<3>喜欢运动：运动可以使自己保持健康的身体，尤其喜欢台球，它可以培养一种沉稳、运筹帷幄的个性。
<4>喜欢制作：仅仅指制作些小东西，可以培养一种创新的能力。
1.2 个人能力分析
1.2.1 能力优势
<1>自小家庭并不富裕，所以有很强的吃苦能力和很强的适应力，相信这会使我更容易适应社会这个大集体。
<2>积极乐观，遇到困难总会向好的方面去想，相信一切困难都将被解决，一直这么认为每次困难都是对我的恩赐，因为每次的困难都会让我懂得一个解决问题的方法。
<3>对朋友百分百的真诚，所以身边有很多真正的朋友，虽不善言谈，但一旦跟我相处过就会感受到我的真诚。
<4>不为小事斤斤计较，处处为别人着想。
<5>心怀理想，有男生的野心，所以具有勇往直前的干劲，不害怕失败。 <6>做事讲原则，在原则内的事情一定去做，原则外的事绝对不会做。 1.2.2 能力弱势
<1>不善于跟人交际，为人处事还不到位，有点稚气未脱的孩子气。 <2>处事易冲动，头脑一发热就会做一些冲动的事情。 <3>不够机智，有时有点迂腐，很容易被他人利用。 <4>对新事物的好奇心和探索欲望不强。
<5>太容易轻信他人，对别人的话不假思索就认为是真实的。
1.3 价值观分析
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1.3.1 人生价值观分析
一直坚信凭自己的刻苦努力，一定会实现人生的理想，走向成功。除此之外，我一直在追寻一种人生的意义，一直觉得这种追求自我成功的生活不是我真正想要的，找不到这种生活真正的意义何在。
人这一生并不漫长，短短几十年而已。而这几十年，如果碌碌无为而过也许会变得漫长遥远；如果奋力拼搏，为追寻所谓的功成身就而过也未免太过乏味平凡；对于我，一直在追寻一种意义，存在的意义，不是企业家的大起大落，生活刺激，也不是普通小市民的简简单单，生活安稳。
我将一直继续去探寻自己人生的价值，一种有意义的价值… 1.3.2 职业价值观分析
喜欢一种自由自在的工作氛围，做些自己喜欢的感兴趣的工作，比如设计方面的工作。当然即使是做了自己并不感兴趣的工作，我也会认真负责地去做好，因为在其位谋其职嘛，况且我有那种对工作的责任心。
具体想从事的职业，有两类：管理（我绝不是为了现在教师的优厚待遇）和设计师。
为什么当管理：因为适合，也有这个兴趣，同时觉得可以胜任。我觉得管理是最神圣的职业，必须要具备很强的责任心，对管理方面称号的负责，对员工负责，甚至要对国家负责。我觉得自己够格，并一定能做好。
为什么当设计师:主要因为自己喜欢，很热爱这种工作。我觉得设计师需要的是拿自己的灵魂去设计，必须有自己独特的风格，必须有一种狂热的感觉。我觉得自己很想尝试去当这样一名灵魂的设计师。除此之外，我喜欢设计师那种安静的工作氛围，一个人静静的思考空间。
2 环境分析 2.1 家庭环境分析
父母都是从贫苦生活一步一步走过来的，既不是什么名门大户，也不是什么显赫世家，但经过父母的打拼已经成为一个幸福之家。
家庭十分和睦，父母都从事个体经营，哥妹现在也找到了一份很满意的行业，所以对我而言，没有太多来自家庭的压力。
2.2 学校环境分析
临沂大学是临沂唯一一所以本科教育为主、学科专业较为齐全、办学条件优良的多科性普通本科院校。所以临沂市政府也相当重视对学校的建设。也许，在全国，它并不是一所有如清华大学一样家喻户晓的名牌大学，但它却一天天在迅
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速成长，相信在不久的将来会走进全国考生的视线。
现在正在进行临沂大学的建设，其教育资源、设施以及教师队伍也将不断的壮大起来。而我们工学院更是在不断的成长，学校不惜重金为我们建设一流的汽车实训实验室，聘请外教，老师更是不辞劳苦地为我们联系企业单位，增强我们的动手能力，使我们不仅学到了书本上的理论知识，更有工厂里的工人们教给我们的实践动手能力，从而可以理论加实践，对知识更好地进行吸收和消化。
2.3 社会环境分析
当今的中国，经济增长模式的改变、人口的增长以及经济全球化和中国入世带来的压力使得就业成为日益严重的社会问题，就业压力也越来越大，对于我们大学生来说同样面临着就业的严峻形势。
对于我们学车辆工程的所面临的社会形势，也是很严峻的。受全球性的金融危机的影响，世界汽车工业受到了巨大的冲击，从北美的汽车巨头通用、福特、克莱斯勒走向破产的边缘，到亚洲汽车业老大丰田汽车出现71年来的首次亏损……，全球汽车正面临着前所未有的剧烈震荡。
现在，虽然一切都正在复苏，但汽车行业已经受到了不小的打击。
2.4 临沂环境分析
临沂是一个很有潜力的城市，最近几年的发展速度十分迅速，汽车行业也是蓬勃兴旺，囊括汽车行业的各个领域，从小小的汽车美容、汽车维修小店到大型的汽车城，时不时也来一场车展，虽不比北京、上海的大型车展来得抢眼，但也是很受临沂市民所喜爱的。这就说明，随着社会发展，人们也开始关注并开始重视汽车行业的发展了。这对于我们是个好消息。
3 毕业打算及具体计划 3.1 做一公务人员
努力中……
3.2 考研
对考研不感兴趣，在读研的三年时间里，不仅是知识的积累，更要为三年之后做好打算，不要大学毕业找不到好工作，研究生之后也没有太多改变。所以在校期间也要与社会有所联系，更要抓住锻炼的机会，尽早能够适应社会生活。
读完研究生之后，选择的机会也就会更多，可以到相关公司去应聘，也可以选择去高校任教，等等。自我感觉自己还是比较适合去高校任教，继续第一个选择，只不过要到高校去当教师。
3.3 自主创业
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我这人有野心，想做一番不一样的事情，闯出自己的一片天地之后再简简单单地过生活。
因为爱玩，所以曾经想过毕业之后开一家集娱乐、健身和运动于一体的场所。当然，一开始并不可能做到，可以从小做起。一件一件地来做，并积累资金。
最初，先开一家小型的台球室，因为发现越来越多的人开始打台球，不管是年青人还是中年人都喜欢这项运动，甚至有些家庭是集体一起出去打。而自己也爱好打台球，而且技术也还不错。这样既能满足自己的爱好，也能作为一份事业去做，何乐而不为呢！如果生意好，就逐渐加大一些规模。
当资金积累的可以了，就可以再加一些内容了，比如乒乓球室、羽毛球室、保龄球室等等。因为越来越多的人开始将金钱花在运动上，这是一种健康的消费，将会被更多人所推崇。
除此，还可以增设健身房、茶餐厅、KTV，等等。
这条路可能会很艰辛，更可能面临失败，但凡事不去尝试，谁都不知道最终结果是怎样的。如果趁着年轻不去闯，将来老了，想去闯也没那份精力了。
总之，有很多的选择，很多条路可以走，每一条路都不容易，不要去想着走捷径。
4 具体各阶段规划
4.1 2010年—2013年（短期目标）
<1>踏实工作，尽力做到最好，充分发挥出自己的才干，熟练专业技能争取早日得到认可，进而向上攀登。
<2>通过各种渠道，关注国家政策、新闻动态、行业信息、掌握行业动向，便于作出及时的调整。
<3>继续对所学知识进行巩固地学习，同时在实践中及时进行不足知识的补充。
<4>加强人际沟通，建立良好的人际关系，在同事中树立一个友善的形象，以便自己在以后的升职过程中，得到更多同事的支持。
4.2 2014年—2019年（中期目标）
<1>在原来的基础之上，进一步扩展自己的专业理论知识以及实践经验，提高自己的综合素质，掌握多方面、多行业知识并多渠道了解国家政策以及行业发展方向。
<2>在工作和生活中，多与自己的同事进行沟通并尽力为他们提供帮助，达到相互理解、彼此信任。
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<3>生活中多与自己的家人进行心灵的沟通，注重工作与家庭的关系，保证家庭和睦，特殊情况下还需要他们的支持，为自己提供动力。因为家庭生活也是自己人生不可缺少的部分。
4.3 2019年—退休
为自己来之不易的成就，继续踏实努力的工作。
退休之后，开一家小小的饭店，看夕阳西下，看花开花落。回首往事，感概万千。
5 最后总结
在职业生涯的道路上，难免会有这样那样的不顺心、不如意，因为人生本来就是这样的，充满了未知。假如人生道路上缺少这样那样的不顺心、不如意，那么，我们的人生将是多么平淡无奇，然而面对这些，我们不能一味地妥协，我们应该正视它，掌握主动权，并且明确自己的方向，只有这样，自己才不会在人生沼泽中愈陷愈深。
人生也不能完全按着自己的规划进行，计划不如变化快，要用发展的眼光看待问题。
最后，愿每一个人的人生都称心如意。
第二部分
汽车万向传动轴设计
中 文 摘 要
万向传动装置在汽车上有很多应用，结构也稍有不同，但其功用都是一样的，即在轴线相交且相互位置经常发生变化的两转轴之间传递动力。与其它的齿轮传动、带传动、链传动机构相比，万向节传动机构有着独特的、其它机构不能代替的优点，当需要将一根轴上的扭矩或传动以较大的轴间夹角传到相距较远、且角度可能变化的另一根轴时，往往只能选择万向节传动机构来实现。其作用在航空航天、机床、机械、尤其是汽车领域非常重要。随着汽车工业100多年的发展历史，万向传动轴的设计形式也得到了很快的发展。
关键词：万向节,传动轴，强度，轴承，校核，
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ABSTRAT
Universal transmission device in cars have many applications, the structure also slightly different, but its function is the same, namely, the axis intersection and mutual position often changes between the two power axis passed. And other gear transmission, compared with transmission, chain institutions, universal has a unique drive mechanism, other agencies cannot replace advantages, when need to plug a shaft torque or transmission with the larger axial Angle reached between far apart, and another Angle may change when the shaft, often can only choose gimbal transmission mechanism to realize. Its role in aerospace, machine tool, machinery, especially the automobile field is very important. Along with the development of automobile industry more than 100 years history, the universal shafts design forms to also get fast development.
Key words: Universal joint, Transmission shaft, Strength, Bearing, Check
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1概论
万向传动轴由万向节和传动轴组成，有时还加装中间支承。它主要用来在工作过程中相
对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。万向传动轴设计应满足如下基本要求：
1)保证所连接的两轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。 2)保证所连接两轴尽可能等速运转。由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。
3)传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。万向传动轴在汽车上应用比较广泛。在发动机前置后轮或全轮驱动的汽车上，由于弹性
悬架的变形，变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴的轴线相对位置经常变化，所以普遍采用十字轴万向传动轴。在转向驱动桥中，内、外半轴之间的夹角随行驶需要而变，这时多采用等速万向传动轴。当后驱动桥为独立悬架时，也必
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须采用万向传动轴。万向节按扭转方向是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式连接传递动力的，可分成不等速万向节(如十字轴式)、准等速万向节(如双联式、凸块式、三销轴式等)和等速万向节(如球叉式、球笼式等)。挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。
不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零时， 输出轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动，但平均角速度比为1的万向节。准等速万向节是指在设计角度下工作时以等于1的瞬时角速度比传递运动，而在其它角度下工作时瞬时角速度比近似等于1的万向节。输出轴和输入轴以等于1的瞬时角速度比传递运动的万向节，称之为等速万向节。
2华利微型客车TJ6350汽车原始数据及设计要求
原始数据：
表2-1 主要参数 Tab.2.1 The main parameter
额定载荷 （kg） 630 最大总质量 （kg） 1450 最高车速 （km/h） 100 最大扭矩 额定功率 [N· m/(r/min)] [kw/(r/min)] 59/3500 29.4/5500 TJ6350 微型货车的一些初定基本参数：
汽车的总长：3200mm 总宽：1400mm 总高；1700mm 货箱的内部尺寸：长1900mm 宽1350mm 高250mm 轴距：1800mm
轮距：前轮1200mm 后轮1180mm
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整车整备质量：820kg 前轴451kg（55%） 后轴369kg（45%） 最大总质量：前轴580kg（40%） 后轴870kg（60%） 设计要求：
设计微型货车的万向传动装置，进行万向传动的运动和受力分析，确定万向传动装置的基本组件的尺寸，进行弯、扭矩的强度校核，画图。
3 万向传动轴的结构特点及基本要求
万向传动轴一般是由万向节、传动轴和中间支撑组成。主要用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化，并实现两轴的等角速传动。一般万向节由十字轴、十字轴承、凸缘叉及轴向定位件和橡胶密封件等组成。
传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，因断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。重型载货汽车根据驱动形式的不同选择不同型式的传动轴。一般来讲4×2驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。6×4驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。6×6驱动形式的汽车不仅有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴，而且还有前桥驱动传动轴。在长轴距车辆的中间传动轴一般设有传动轴中间支承．它是由支承架、轴承和橡胶支承组成。其广泛应用在汽车上，如下图
传动轴是由轴管、伸缩套和万向此它的动平衡是至关重要的。一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行了调整。因此，一组传动轴是配套出厂的，在使用中就应特别注意。其基本结构如下图：
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图3-1 万向传动装置的工作原理及功用
Fig.2.1 The work theory and function of Universal drive shaft
图3-2 变速器与驱动桥之间的万向传动装置
Fig.2.1 Universal drive shaft of Transmission and Drive bridge
基本要求：
1.保证所连接的两根轴的夹角及相对位置在一定范围内变动时，能可靠而稳定地传递动力。
2.保证传动尽可能同步，所连接两轴尽可能等速运转。
3.由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。
4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。
另，万向传动装置有极其广泛的应用，发动机前置后轮或全轮驱动汽车行驶时，由于悬架不断变形，变速器或分动器的输出轴与驱动桥输入轴轴线之间的相对位置经常变化，因而普遍采用可伸缩的十字轴万向传动轴；某些汽车根据总布置要求需将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一端距离，考虑到它们之间很难保证轴与轴同心及车架的变形，所以常采用十字轴万向传动轴或挠性万向传动轴；对于转向驱动桥，左、右驱动轮需要随汽车行驶轨迹变化而改变方向，这时多采用等速万向传动轴。如下图
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图3-3 万向节在汽车上的各种应用 Fig.3.3 All kinds of apply of Cardan in cars
4 万向传动轴结构方案的分析
4.1 基本组成的选择
通过参考我国微型货车的基本设计参数，选定TJ6350 微型货车为前置后驱的布置形式，平头驾驶室。因其用途一般，则轴数根据其特点确定为两轴，驱动形式：4х2，后轮驱动。此种布置的优点有：1.容易发现发动机的故障，维修方便；离合器、变速器等操作机构简单，容易布置；货厢地板低平；2.汽车总长和轴距尺寸短；最小转弯直径小；机动性能良好；不需要发动机罩和翼子板，加上总长缩短等因素的影响，汽车整备质量减小；驾驶员的视野得到明显改善；采用
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翻转式驾驶室是能改善发动机及其附件的接近性；汽车面积利用率高。 由于TJ6350 微型货车的轴距不算太长，根据初选为1800mm，且载重量不超过2t，所以不选中间支撑，只选用一根主传动轴，设计此发动机形式为前置后驱，由于悬架不断变形，变速器或分动器输出轴轴线之间的相对位置经常变化,根据货车的总体布置要求，将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一段距离，考虑到它们之间很难保证轴与轴同心及车架的变形，所以采用十字轴万向传动轴，为了避免运动干涉,在传动轴中设有由滑动叉和花键轴组成的伸缩节,以实现传动轴长度的变化。空心传动轴具有较小的质量，能传递较大的转矩，比实心传动轴具有更高的临界转速，所以此传动轴管采用空心传动轴。
在普通汽车传动装置中，因十字轴式刚性万向节结构简单、传动可靠等优点而得到了广泛应用。十字轴式刚性万向节结构简单、强度高、耐久性好，生产性高，生产成本较低，且传动可靠，效率较高，目前允许两传动轴之间的交角一般为15°~20°，在连接角较小时大都使用这种万向节。
十字轴式刚性万向节结构如图
图4-1 十字轴式刚性万向节
Fig.4.1 The cardan of universal joint pin
在TJ6350 微型货车设计中，选定为十字轴式万向传动装置，即采用单节式万向传动轴，其两端用普通万向节分别与变速器和驱动桥连接。装配时，要满足：
1. 传动轴两端的万向节叉在同一平面内 ；
2. 输入轴、输出轴与传 动轴的夹角相等，即如下图
=
。
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图4-2 输入轴与输出轴的夹角
Fig.4.2 The included angle of input axle and export axle
保证满载时，实现等速传动。
综上可确定，TJ6350 微型FR货车的万向传动装置设计为：两个十字轴式万向节和一个传动轴。此时的传动轴不分段，无需加中间支撑。
4.2 万向传动轴的计算载荷
该设计万向传动装置用于变速器与驱动桥之间，则按发动机最大转矩和1挡传动比来确定，即：
其中：
为发动机的最大转矩59N·M n 为驱动桥的数目 n=1
为变速器1挡传动比
=3.996（由变速器设计知）
（4.1）
为发动机到万向传动轴的传动效率 =90%
K 为液力变矩器的变矩系数 k=1
为猛接离合器所产生的动载系数 的汽车（一般货车、矿用汽车和越野车）
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即，对于性能系数
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代入数据，计算得
=212 N·m
5 万向传动的运动和受力分析
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5.1 单十字万向节传动 5.1.1运动分析
如下图5-1所示，设主动叉由初始位置转过
角，从动叉相应转过角，
图5-1 万向节的运动分析
Fig.5.1 The motion analysis of cardan 1-主动叉 2-从动叉 3-十字轴
由机械原理分析可以得出如下关系式
=
(5.1)
当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角时，主动轴角速度从动轴的角速度
之间存在如下的关系
与
(5.2)
由于
0、、时，
是周期为2的周期函数，所以也为同周期函数。当为
达到最大值
且为；当为
、时，
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有最小值且为。因此，主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，即为普通十字轴万向节传动的不等速性。
十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数k来表示 k
(5.3)
如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩和从动轴转矩与各自相应的角速度有关系式
=
因此可得
= (5.4)
5.1.2 附加弯曲力偶矩的分析
具有夹角的十字轴万向节，仅在主动轴驱动转矩和从动轴反作用下是不能
平衡的。从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析可知，主动叉对十字轴的作用力偶矩，除主动轴驱动转矩之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩
。
同理，从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩和作用在从动叉平面的弯曲力偶矩
。在这四个力矩作用下，使十字轴万向节得以平衡。 当主动叉处于0和位置时，由于作用在十字轴平面，作用平面与十字轴不共平面，必有弯矩
=
。
和
位置时，同理可知
=0,主动叉上的附加弯矩
存在，且矢量
必为零；而的
+
垂直于矢量;合矢量
指向十字轴平面的法线方向，与大小相等、方向相反。这样，从动叉上的附加
当主动叉处于
。
分析可知，附加弯矩的大小是在零与上述两最大值之间变化，其变化周期为，即每一圈变化两次。附加弯矩可引起与万向节相连零部件的弯曲振动，可在万向节主、从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷，从而激起支承处的振动。因此，为了控制附加弯矩，应避免两轴之间的夹角过大。（位置如下图示5-2 5-3）
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图5-2 十字万向节的力偶矩(主动叉处于0和位置)
Fig.5.2 The moment of The cross cardan
图5-3 十字万向节的力偶矩(主动叉处于
和
位置)
Fig.5.2 The moment of The cross cardan
5.2 双十字轴万向节传动
当输入轴与输出轴之间存在夹角 时，单个十字轴万向节的输出轴相对于输
入轴时不等速旋转的。为了使处于同一平面的输出轴与输入轴等速旋转，可采用双万向节传动，但必须保证同传动轴相连的两万向节应布置在同一平面内，且使两万向节夹角与
相等。
]，直接连接传动轴的两万向节叉所受
当输入轴与输出轴平行时[见图4-4
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的附加弯矩，使传动轴发生如图4-4传动轴的弯曲振动。
当输入轴与输出轴相对时[见图4-4
中双点划线所示的弹性弯曲，从而引起]，传动轴两端万向节叉上所受的附加
所示中双点划线所示的
弯矩方向相同，不能彼此平衡，传动轴发生如图4-4弹性弯曲
图5-4 附加弯矩对传动轴的作用
Fig.5.4 The effect of The additional bending moment to drive axle 输入轴与输出轴平行； 传动轴发生弹性弯曲；
输入轴与输出轴相交； 相交时传动轴发生弹性弯曲
附表 表5-1 十字轴万向节的允许范围
Tab.4.1 The limits of The cross cardan 万向节安装位置或相联两总成 夹角 不大于 离合器与变速器；变速器与分动器（相联总成均装在车架上） 13 驱动桥 传动轴 汽车满载 静止时 行驶中 极限夹角 一般汽车 越野汽车 一般汽车 短轴距越野汽车 6 12 1520 30 － 22 －
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6 万向传动轴的选择
6.1 传动轴管的选择
传动轴的长度和夹角及它们的变化范围，由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与花键轴有足够的配合长度；而在长度处于最小时，两者不顶死。传动轴夹角大小会影响万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动效率和十字轴的不均匀性。变化范围为3。
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制壁厚均匀、壁薄（1.5～3.0mm）、管径较大、易质量平衡、扭转强度高、弯曲刚度高、适用高速旋转的电焊钢管制成。
6.2 伸缩花键的选择
选择矩形花键，用于补偿由于汽车行驶时传动轴两端万向节之间的长度变化。为减小阻力及磨损，对花键齿磷化处理或喷涂尼龙，外层设有防尘罩，间隙小一些，以免引起传动轴的震动。花键齿与键槽按对应标记装配，以保持传动轴总成的动平衡。动平衡的不平衡度由电焊在轴管外的平衡片补偿。装车时传动轴的伸缩花键一端应靠近变速器，减小其轴向阻力和磨损。其结构图如下:
图 5-1 万向传动轴—花键轴结构简图
Fig.5.1 Universal drive shaft-The structure fig of bloom bond 1-盖子；2-盖板；3-盖垫；4-万向节叉；5-加油嘴；6-伸缩套；
7-滑动花键槽；8-油封；9-油封盖；10-传动轴管
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7 传动轴的计算与强度校核
7.1 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nk（r/min）为，安全系数K取1.2，适用于一般精度的伸缩花键 则有(因TJ6350 微型货车无超速挡，最高档即直接挡) 即
（
为发动机转速） 安全系数k
= = 5500 （7.1）
k =
= 1.2 （7.2）
= 1.2 = 6600
7.2 传动轴计算转矩 =
= 593.996
90% （7.3）
= 212187 N
7.3 传动轴长度选择
根据轴距 1800mm,初选传动轴支承长度LC为（12503.6）mm，花键轴长
度应小于支承长度，满足万向节与传动轴的间隙要求，取花键轴长度为（11002.5）mm 7.4 传动轴管内外径确定
=1.2 = 6600 （7.4）
得 = = 7385.3 （7.5）
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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
= 63.5 mm ，则
= = 58 mm （7.6）
其中 为传动轴长度(mm)，即两万向节中心的距离
和分别为传动轴轴管的外、内径(mm)
7.5 传动轴扭矩强度校核
由于传动轴只承受扭转应力而不承受弯曲应力，所以只需校核扭转强度，根据公式有
= = （7.7）
=13.8 MPa
（
为许用扭转切应力）
= 300 MPa
上式说明设计参数满足扭转强度要求
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附表
表71 6095mm毫米的电焊钢管YB242-63 Tab7.1 The electric soldering steel tube of 60 to 95 millimetre
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
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8 十字轴总成尺寸的确定与强度校核
为便于设计时确定十字轴总成尺寸，表7-1列出了不同吨位载重汽车十字轴按图7-1所示尺寸的范围
表8-1 推荐采用的十字轴总成及花键尺寸 Tab.8.1 The size of cross axle and bloom bond recommend
载重 质量 H 十 字 轴 总 成 十 字 轴 d h 滚 针 L n 11.5 22.5 34 57 810 1525 轴 承 套 C 花键外型 外径 花键工作长度 8.1 十字轴万向节尺寸的确定与强度校核
按表8-1所示，初步确定十字轴万向节的尺寸，然后利用强度校核公式进行其轴颈弯曲应力的校核。(十字轴要素见8-1图)
初步选定 H = 90 mm d = 18 mm h = 16 mm 6 mm；
s = 8 mm r = 37 mm (自图7-2十字轴受力示意图) 十字轴轴颈根部的弯曲应力
应满足
= 20 mm
=
其中 d
= (8.1)
十字轴径，mm
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F = 为万向传动的计算转矩，
r 为合力F作用线到十字轴中心的距离，mm
s
合力F作用线到轴颈根的距离，mm 十字轴油道孔直径，mm
代入数据可得
=
=40.5 MPa 式中
为弯曲应力许用值，为250300MPa。
则可得，十字轴轴颈根部的弯曲应力满足要求。
图8-1 十字轴尺寸要素 Fig8.1 The size of The cross axle
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十字轴轴颈的切应力应满足
(8.2)
= =
=12.7MPa 式中
为切应力 的许用值，为80120MPa。
则，十字轴轴颈的切应力满足要求。
图8-2 十字轴受力示意图 Fig.8.2 The Fig of The cross axle strengthed
8.2 传动轴的花键
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
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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。
传动轴花键的尺寸按表7-1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。
初步确定花键的尺寸 其中
= 35 mm
= 26 mm = 10
= 99
花键外径，mm 花键内径，mm 花键的齿数 花键键齿的有效长度
对于传动轴花键，主要计算花键的挤压应力。在硬度大于HRC35时，传动伸缩花键的许用挤压应力为2550 MPa 。
即 =
(8.3)
其中 T 传动轴的计算转矩
代入数据可得 = = 3.1 MPa
即，传动轴花键的尺寸符合要求。
8.3 十字万向节的轴承
万向节轴承可以认为是由滚针、密封及轴承套所组成。轴承以总成方式把万向节叉连接起来，轴承套用钢制作，其硬度大于HRC60。轴承应具有易于装入万向节叉的外形。
万向节轴承常用的滚动体是滚针。当轴承套的尺寸一定时，应选用小直径滚针配用较粗的轴颈，同时增加滚针数目，以降低滚针与轴颈间的接触应力，但滚针直径不得小于1.6 mm，以免压碎，而且差别要小，否则会加重载荷在滚针间分配的不均匀性，一般控制在0.003mm以内。滚针轴承径向间隙过大时，承受载荷的滚针数减少，有出现滚针卡住的可能性；间隙过小时，有可能出现受热卡住或因赃物阻滞卡住，合适的间隙为0.0090.095mm，滚针轴承的周向总间隙以
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0.080.30mm为好。理论上滚针越长，万向节的承载能力越高，但滚针过长时其歪斜带来的不良影响亦越大，故其长度不宜超过十字轴轴颈，使其具有较高的承载能力，又不至因滚针过长发生歪斜而造成应力集中，滚针在轴向的游隙一般不超过0.20.4mm。
则经参考表7-1，另根据国家标准，初定十字万向节轴承的尺寸为 滚针尺寸 = 3 mm
= 14 mm n = 22
轴承套尺寸 = 32 mm C = 4 mm
其中 滚针的直径，mm
滚针的长度，mm
n 滚针的数目
轴承套的外径，mm
C 轴承套的厚度，mm 滚针轴承的接触应力为
= 272 其中
在合力F的作用下一个滚针所受的最大载荷，N
= 其中 滚针列数，此处取 = 1 ,
将数据代入上面两式，得
= 272
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(7.4) (8.5)
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= 1110.7 MPa 式中
为滚针的许用接触应力，当其表面硬度在58HRC以上时，许用接触应
力为30003200MPa 。
十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角加工和装配精度以及润滑条件等有关。当
、十字轴支承结构和材料、时可按下式计算
式中 f
= 1- (8.6)
十字轴万向节传动效率
轴颈与万向节叉的摩擦因数，滑动轴承，f=0.150.20，滚针轴承，
f=0.050.10；其它符号意义同前。 代入数据得，
=
。
等低碳合金钢，轴颈表面进
,表面硬度
。
,轴颈端面硬度
通常情况下,十字轴万向节传动效率约为
十字轴常用材料为行渗碳淬火处理，渗碳层深度为不低于理，硬度
，芯部硬度为
、
、
。万向节叉一般采用45中碳钢，调质处
,滚针轴承碗材料一般采用
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9结论
毕业设计是大学生涯一个必不可少的环节，对于个人也是一个相当重要的经历。我在亲自着手查阅资料，进行实体模型分析，更进一步地计算、设计全过程，学会了许多，也吸取了教训，使自己有了一个全面的发展，不再局限于书本知识，注重的是实际动手能力。
随着大型软件的开发，再加上计算机速度的提高，人们对汽车方面的设计工作要求越来越高。此次的设计任务是万向传动装置的设计，主要进行万向节、传动轴等元件的计算与分析。在根据已知数据得前提下，查阅足够的资料，进行充分的计算，最后才能得出符合实际要求的尺寸。在绘图中，利用三维制图软件UG，完成实体建模与工程图的工作。通过积极地与老师沟通，与同学进行交流， 充分体会到了团结的力量，在各方面的努力下，终于在规定日期完成了设计任务。 此次设计的完成，是我大学生活中一次难忘的经历，一个令我终生难忘的经验，是一笔宝贵的财富，也算是一次岗前的实习吧。通过对万向传动轴的设计过程，充分了解到了万向传动轴的重要应用，及其广泛的发展前景。对设计工作有了一个深刻的认识，相信对以后从事设计方面的工作有极大地帮助。
10展望
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万向传动轴是汽车的关键部件之一，也是汽车国产化技术难度较大的部件之一，没有高技术的设备是很难达到要求的。它是汽车前后动力的传动装置，是汽车正常行驶不可或缺的一部分。目前，国内只有少数合资企业能够具备这样的生产能力，多数国内企业是在根据国外的样件进行开发生产，基本上没有自主的设计开发能力。本文认为，在万向传动装置的设计工作中，应充分克服传动效率低、传动部件寿命过短等方面的缺点，吸取在以往设计工作中的教训，大胆开阔视野，充分发挥我们的设计创新能力，利用现有的先进设备，并争取引进更先进的硬件与软件技术，努力与国际接轨，争取开发一条能耗低、低成本、高效率、可靠性高的研究路线。
参考文献
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