第四章 萬向節(jié)設計

第四章 萬向傳動軸設計

第一節(jié)概述第二節(jié)萬向節(jié)結構方案分析第三節(jié)萬向傳動的運動和受力分析第四節(jié)萬向節(jié)設計第五節(jié)傳動軸結構分析與設計第四章 萬向傳動軸設計

第一節(jié)

概述一、萬向傳動軸應滿足的基本要求 1.

所連接的兩軸，在一定的軸間夾角變化范圍內，能可靠地傳遞動力; 2.

保證所連接的兩軸能均勻運轉； 3.

由于萬向節(jié)夾角的存在而產(chǎn)生的附加載荷振動和噪聲應在允許范圍內。 4.

傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造維修容易。二、萬向傳動軸的組成萬向傳動軸由三部分組成萬向節(jié)傳動軸中間支承三 分類

1.

萬向節(jié)分類2.傳動軸分類※獨立懸架不能傳遞縱向力時，用閉式萬向節(jié)，萬向節(jié)傳動軸包在管內，由管傳遞縱向力到車架或車身。一、萬向節(jié)結構方案分析第二節(jié)

萬向節(jié)結構方案分析繼上表繼上表①夾角由4°增至16°，滾針軸承壽命降至原來的25%②工作面為滑動摩擦∴η低，且易磨損壽命短③只有傳力鋼球與滾道之間有預緊力作用時，才能保證等角速傳動。當磨損↑后，預緊力消失，兩球叉可軸向竄動，破壞了傳動等速性。 二、十字軸萬向1.組成主、從動叉十字軸滾針軸承滾針軸承的軸向定位件橡膠密封件 2.滾針軸承的軸向定位方式（圖4-1）※有軸向竄動將使傳動軸的動平衡狀態(tài)遭受破壞。

3.撓性萬向節(jié)：兩軸之間通過橡膠盤、橡膠金屬套筒、鉸接塊、六角環(huán)形橡膠圈等之一的彈性元件來實現(xiàn)連接。主要特點有：1)能減少傳動系的扭轉振動；2)能減少傳動系的動載荷；3)能減少的噪聲；4)無需潤滑；5)

結構簡單；6)適用于軸間夾角不大（3°～5°）和有很小的軸向移動處。如變速器與分動器之間等。第三節(jié)萬向傳動的運動和受力分析

一、單十字軸萬向節(jié)傳動

研究運動學的目的：

求得保證所連接的兩軸能夠均勻等速運轉的條件是什么？

由機械原理可知：

（1）

由（1）式得：

（2）

假設：

α=常數(shù)

將（2）式對時間求導數(shù)，得到角速度ω：

——主動軸角速度——從動軸角速度∴又∵α=常數(shù)∴cosα，sinα皆為常數(shù)，則

∵是周期為180°的函數(shù)，∴也是周期為180°的周期函數(shù)。

若=常數(shù)，則每轉一周變化兩次。

分析：

1.當時

則 （4）

∴為最大值，若常數(shù)，

則

2.當時則∴為最小值，則 將從動軸轉動的角速度時快、時慢現(xiàn)象，稱之為運動的不等速性。

用轉速不均勻系數(shù)K來表示不等速性：∴只要知道，就可求得K3.從動軸上力矩M2的變化

忽略摩擦損失后，輸入、輸出軸上的功應相等：將（3）式代入上式，得：（5）

設不變，則為。

當最小時，達：

當最大時，達：∴從動軸的轉矩變化范圍如下：結論：

當與一定時，在最大值與最小值之間每轉一轉變化兩次，其振幅依賴角不同而變化。

不希望存在上述扭轉振動力矩，為了減少這個附加載荷，要求：

1)

減少角；

2)

采用撓性萬向節(jié)；二、雙十字軸萬向節(jié)傳動

若只有一個萬向節(jié)傳動軸，由可知：

1)主動軸等速轉動，則從動軸為不等速轉動；

2)

愈大，轉動的不等速性愈大。

與和關系如下圖所示：

圖中表明：

1)

從～時，為負值，即從動軸比主動軸轉的快；

2)

從～時，為正值，即從動軸比主動軸轉的慢；

3)

主動軸轉一周，從動軸有兩次比它快，兩次比它慢；

4）角愈大，在同一個值時，其之差也愈大。

雙十字軸萬向節(jié)如下圖所示：

主動軸Ⅰ轉過角，軸Ⅱ轉過角，則有：

（6）

同時軸Ⅲ轉過角，則有：

（7）

用式（7）除以式（6）得：∴若

則結論：滿足雙萬向節(jié)傳動軸等速旋轉的條件是：1)

；2）傳動軸上兩端叉子應位于同一平面內。

第四節(jié)

萬向節(jié)設計

一、計算載荷Ts其中：

Temax——為發(fā)動機最大轉矩()；n——為計算驅動橋數(shù)；——為變速器一檔傳動比；——為發(fā)動機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)；——為滿載狀態(tài)下一個驅動橋上的靜載荷(N)；——為汽車最大加速度時的后軸負荷轉移系數(shù)； ——為輪胎與路面間的附著系數(shù)；——為車輪滾動半徑(m)；——為主減速器傳動比；

——為主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比；——為主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率；——為滿載狀態(tài)下轉向驅動橋上的靜載荷(N)；

——為汽車最大加速度時的前軸負荷轉移系數(shù)，對于轎車，對于貨車；

——為日常平均牽引力(N)；

——為分動器傳動比；

——為猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)。

應用：1.靜強度計算時，計算載荷取和的最小值，或取和的最小值；2.進行疲勞壽命計算時，計算載荷取或。

二、十字軸萬向節(jié)設計

1.損壞形式： 1)十字軸軸頸，滾針軸承磨損； 2)十字軸軸頸，滾針軸承碗表面出現(xiàn)壓痕和剝落； 3)十字軸軸頸根部處折斷。2.抗彎強度：

設各滾針對十字軸軸頸中點作用力為F則為萬向傳動的最大夾角。3.剪切應力式中，=80～120MPa。4.滾針軸承接觸應力

為一個滾針所受的最大載荷(N)

I——為滾針列數(shù)；Z——為每列中的滾針數(shù)。～

5.材料三、球籠式萬向節(jié)設計

1.失效形式

1)工作表面（鋼球與接觸滾道表面）的疲勞點蝕；

2)磨損損壞。

2.主要尺寸的確定

1)鋼球直徑d

d應符合國家標準

2）其它相關尺寸按P95提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定

第五節(jié)傳動軸結構分析與設計

一、傳動軸結構分析

1.滑動叉和花鍵軸構成滑動花鍵要求：

車橋下落時兩者不脫落

車橋上跳時兩者不頂死

2.為減少花鍵處滑動阻力和磨損要求：

1)對花鍵齒進行磷化處理或噴涂尼龍層；

2)以滾動摩擦代替滑動摩擦，提高傳動效率（在花鍵槽中放入滾針、滾柱或滾珠等滾動元件）；

3)涂潤滑油，并防塵；

4)應按標記裝配，防止破壞動平衡。二、計算

1.計算傳動軸臨界轉速

傳動軸由壁厚1.85～2.50mm左右薄壁鋼管，在兩端焊有接頭制成。

由于：

1)軸管壁厚不均勻，即材料本身質量分布不均勻，使質量質心與轉動中心不重合；

2)制造誤差，如動平衡不好；

3)裝配誤差

使傳動軸質心與轉動中心不重合，于是旋轉著的傳動軸因質量偏心而產(chǎn)生離心慣性力，它并且是引起傳動軸彎曲振動的干擾力。此干擾力頻率與傳動軸的轉速相同。當傳動軸的工作轉速等于它的彎曲振動固有頻率時出現(xiàn)共振，使振幅急劇增加，傳動軸有折斷危險。此轉速稱臨界轉速nk。假設：沿全長傳動軸斷面尺寸相同，兩端自由支承梁的最大撓度ym發(fā)生在Lc/2處

r/min 使用時傳動軸可能產(chǎn)生的最大轉速若是nmax，則設計時要求滿足下述條件：

分析：

1)欲↑nk應縮短Lc，且效果顯著；

2)欲↑nk應增加Dc，dc

經(jīng)驗：

Lc＞1.5m時，應斷開，采用中間支承結構。

2.軸管扭轉應力

3.花鍵軸處扭轉切