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SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
董鵬宇
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛7班
指導(dǎo)教師姓名
姚佳巖
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
輕型貨車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、研究現(xiàn)狀
在本世紀(jì)初，萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸在機(jī)械工程和汽車工業(yè)的發(fā)展中起到了及其重要的作用，與此同時(shí)為滿足日益增長(zhǎng)的需求，首批專業(yè)制造廠家將他們的注意力轉(zhuǎn)向這一領(lǐng)域。在質(zhì)量方面，他們對(duì)效率、強(qiáng)度、耐久性和噪聲性能法方面的改進(jìn)達(dá)到了一個(gè)新的程度，使萬(wàn)向傳動(dòng)軸成為一種重要的工程部件。1950年后，傳動(dòng)軸的產(chǎn)量達(dá)到了數(shù)以百萬(wàn)計(jì)。1984年主要由于汽車工業(yè)的增長(zhǎng)，萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸的生產(chǎn)數(shù)量就已經(jīng)達(dá)到數(shù)億。
在現(xiàn)代汽車的總體布置中，發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速箱連成一體固裝在車架上，而驅(qū)動(dòng)橋則通過(guò)彈性懸架與車架連接。由此可見(jiàn)，變速器輸出軸軸線與驅(qū)動(dòng)橋的輸入軸軸線不在同一平面上。當(dāng)汽車行駛時(shí)，車輪的跳動(dòng)會(huì)造成驅(qū)動(dòng)橋與變速器的相對(duì)位置(距離、夾角)不斷變化，故變速器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋的輸入軸不可能剛性連接，必須安裝有萬(wàn)向傳動(dòng)裝置.
萬(wàn)向傳動(dòng)裝置可分為閉式和開(kāi)式兩種閉式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置采用單萬(wàn)向節(jié),傳動(dòng)軸被封閉在套管中,套管與車架做球鉸連接,而與驅(qū)動(dòng)橋固定連接.其最大特點(diǎn)是:傳動(dòng)著外殼作為推力管來(lái)傳遞汽車的縱向力,從而時(shí)傳動(dòng)軸外殼起到了懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中縱向擺臂的作用,這對(duì)于其后懸架拆用螺旋彈簧作為彈性元件是十分必要的. .開(kāi)式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,現(xiàn)代汽車廣泛應(yīng)用開(kāi)式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置
萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸的缺點(diǎn)是金屬用量大,容易振動(dòng),可靠性不夠高,消除上述缺點(diǎn)的最根本辦法是用聚合材料代替金屬。國(guó)外許多汽車公司的經(jīng)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。例如,美國(guó)格蘭策、斯帕賽爾(Glanzer Spicer)公司準(zhǔn)備用合成材料的管子生產(chǎn)傳動(dòng)軸,先用在4×4轎車上。蘇聯(lián)汽車研究所也研制成轎車或貨車用的這種傳動(dòng)軸系列。
汽車的萬(wàn)向傳動(dòng)軸是由傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)兩個(gè)主要部件聯(lián)接而成，在長(zhǎng)軸距的車輛中還要加裝中間支承。萬(wàn)向傳動(dòng)軸主要用于工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在本世紀(jì)初萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的發(fā)明與使用，在汽車工業(yè)的發(fā)展中起到了極其重要的作用。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車對(duì)萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的效率、強(qiáng)度、耐久性和噪聲等性能方面的設(shè)計(jì)及計(jì)算校核要求也越來(lái)越嚴(yán)格。本畢業(yè)設(shè)計(jì)將依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型(CA1041)的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型。在給定整車主要技術(shù)參數(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等主要總成安裝位置確定的條件下，對(duì)整車結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，確定了傳動(dòng)軸布置方案，采用兩軸三萬(wàn)向節(jié)帶中間支承的布置形式。在確定了傳動(dòng)方案后，對(duì)傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)總成、中間支承總成進(jìn)行設(shè)計(jì)，使該總成能夠在正常使用的情況及規(guī)定的使用壽命內(nèi)不發(fā)生失效。
十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)是各類車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件, 實(shí)現(xiàn)角度變化的同時(shí)并傳遞轉(zhuǎn)矩。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 低幅磨損小, 傳遞功率大的特點(diǎn)。
傳動(dòng)軸普遍采用具有較高的強(qiáng)度的薄鋼板卷焊而成的空心軸，超重型貨車的傳動(dòng)軸則直接采用無(wú)縫鋼管制成。近年來(lái)由于對(duì)汽車低能耗，低成本的要求越來(lái)越高，汽車必須輕量化，汽車變得更易產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。因此對(duì)傳動(dòng)系重要組成部分萬(wàn)向節(jié)振動(dòng)特性必須進(jìn)行分析[2]。目前國(guó)內(nèi)外都將以NVH(噪音，振動(dòng)，嘯聲)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，為了滿足這類要求，汽車制造廠對(duì)該總成的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越嚴(yán)格。隨著Matlabl軟件的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)對(duì)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)己從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)向模糊可靠性設(shè)計(jì)發(fā)展?；痉椒ㄊ前褌鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)公式中的參量看作隨機(jī)變量，進(jìn)行概率計(jì)算，從中找出規(guī)律，得出合理的校核強(qiáng)度和截面參數(shù)。汽車和工程機(jī)械用傳動(dòng)軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生彎曲振動(dòng)。因此導(dǎo)致共振現(xiàn)象使傳動(dòng)軸斷裂.尤其是高速軸。為避免共振產(chǎn)生應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)計(jì)算。確定其臨界轉(zhuǎn)速.常規(guī)優(yōu)化設(shè)計(jì)是為了使傳動(dòng)軸在工作時(shí)不出現(xiàn)共振現(xiàn)象.使傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速盡量避開(kāi)其實(shí)際最高轉(zhuǎn)速。因載荷的隨機(jī)性及切削加下時(shí)下件表而凹凸不平及材料軟硬不均。臨界轉(zhuǎn)速具有離散性。它不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)區(qū)域。而模糊可靠性設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于具有振動(dòng)的傳動(dòng)軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，提出傳動(dòng)軸的模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，建立了在滿足給定模糊可靠要求設(shè)計(jì)條件下優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。傳動(dòng)軸模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中，既考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性和模糊性，又能進(jìn)行多參數(shù)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方案最優(yōu)，且在設(shè)計(jì)后能預(yù)測(cè)新產(chǎn)品的可靠度[3]。這是可靠性和最優(yōu)化設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合。
萬(wàn)向節(jié)是實(shí)現(xiàn)萬(wàn)向傳動(dòng)的關(guān)鍵，萬(wàn)向節(jié)性能的優(yōu)劣直接影響到整車的行駛性能、動(dòng)力性、舒適性。從19世紀(jì)初虎克式萬(wàn)向節(jié)在汽車上應(yīng)用以來(lái)，經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展己經(jīng)有十幾種形式?？煞譃殄幮匀f(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)。剛性萬(wàn)向節(jié)又可分為不等速萬(wàn)向節(jié)、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)和等速萬(wàn)向節(jié)。等速萬(wàn)向節(jié)因其加工制造精度高、難度大，需成套引進(jìn)國(guó)外專用加工生產(chǎn)設(shè)備，且投資費(fèi)用大、價(jià)格高，已成為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵問(wèn)題之一。由于等速萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸應(yīng)是用橡膠護(hù)套來(lái)密封的，橡膠護(hù)套的壽命從很大程度上決定了傳動(dòng)軸總成的使用壽命，因此橡膠護(hù)套設(shè)計(jì)和考核試驗(yàn)也成了等速萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。由于近年來(lái)Pro/E、CATIA、Matlab等軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，國(guó)內(nèi)的企業(yè)、科研單位也致力于基于CATIA、Matlab等的模糊、仿真設(shè)計(jì)，從而大大提高了我國(guó)對(duì)萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)、制造水平。
綜合以上國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和相關(guān)書(shū)籍可以看出：隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展、各種計(jì)算機(jī)輔助軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，如:Pro/E、CAD、CATIA等以及有限元分析等設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，必然會(huì)給萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)、研發(fā)帶來(lái)日新月異的進(jìn)展，萬(wàn)向節(jié)及傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)己逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，集成化，智能化。
2. 目的和意義
在汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型多樣化、個(gè)性化的今天，人們對(duì)汽車舒適性，使用性能的要求日益提高，而傳動(dòng)軸及萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)裝配不良將產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，增添未能估算在內(nèi)的符加動(dòng)載荷，還可能導(dǎo)致傳動(dòng)系不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)和早期破壞，萬(wàn)向傳動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系的重要組成部件之一[1]。傳動(dòng)軸選用與設(shè)計(jì)的合理與否直接影響傳動(dòng)系的傳動(dòng)性能。選用、設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)給傳動(dòng)系增添不必要的和設(shè)計(jì)未能估算在內(nèi)的附加負(fù)荷，可能導(dǎo)致傳動(dòng)系不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此該總成設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。本題是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)和主減速器安裝位置等條件下，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，著重設(shè)計(jì)計(jì)算萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
擬解決的主要問(wèn)題：
通過(guò)對(duì)汽車萬(wàn)向傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)特性，技術(shù)難題，制造工藝，使用壽命影響因素，失效形式進(jìn)行深入系統(tǒng)的分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免振動(dòng)，傳動(dòng)動(dòng)軸斷裂，十字軸折斷，及滾針軸承過(guò)早損壞等問(wèn)題。運(yùn)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法完成對(duì)傳動(dòng)軸的計(jì)算校核，傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算。萬(wàn)向節(jié)叉及十字軸的計(jì)算校核。利用相關(guān)書(shū)籍資料完成對(duì)十字軸滾針軸承的設(shè)計(jì)及校核，傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵和萬(wàn)向節(jié)的潤(rùn)滑方案的選擇與設(shè)計(jì)以及通過(guò)CAD軟件完成圖紙繪制
基本內(nèi)容：
（1） 充分利用圖書(shū)館及現(xiàn)有的資源收集資料，調(diào)研了解萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的組成、功用，掌握CAD制圖的規(guī)范及要求，了解國(guó)內(nèi)外萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的發(fā)展?fàn)顩r
（2） 到生產(chǎn)車間及實(shí)驗(yàn)室了解萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的構(gòu)造，各零部件的裝配位置
（3） 編寫(xiě)課題研究大綱和開(kāi)題報(bào)告
（4） 選擇基本參數(shù)并對(duì)各參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算
（5）萬(wàn)向傳動(dòng)軸的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
（6）校核萬(wàn)向傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速
（7）完成十字軸萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)
（8）完成傳動(dòng)軸中間支撐等主要零件的設(shè)計(jì)
（9）完成零件圖和裝配圖
三、技術(shù)路線（研究方法）
收集資料、可行性分析
萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析
萬(wàn)向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析
萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算
傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)計(jì)
設(shè)計(jì)
中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
完成零件圖、裝配圖
完成計(jì)算說(shuō)明書(shū)
四、進(jìn)度安排
（1）收集資料，調(diào)研，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 第一周
（2）周四交開(kāi)題報(bào)告，實(shí)習(xí)了解萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的構(gòu)造 第二周
（3）完成各參數(shù)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核工作，至少應(yīng)有裝配圖的草圖 第三周~第七周
（4）中期檢查，畫(huà)裝配圖和零件圖 第八周
（5）畫(huà)裝配圖和零件圖，編寫(xiě)說(shuō)明書(shū) 第九周~第十一周
（6）交畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和裝配圖、零件圖，修改 第十二周
（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師審核 第十三周
（8）畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第十四周
(9)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱或預(yù)審 第十五周
(10) 畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第十六周
(11)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第十七周
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日