(2.18)--14万向传动轴设计汽车设计.pdf

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1、第四章 万向传动轴设计一概述二 万向节结构方案分析三 万向传动的运动和受力分析四 万向节的设计计算五 传动轴结构分析与设计万向传动轴设计应知应会万向传动轴设计应知应会1.掌握掌握万向节结构方案的分析。万向节结构方案的分析。2.熟悉万向传动的运动和受力分析。熟悉万向传动的运动和受力分析。3.掌握掌握万向节的设计计算。4.掌握掌握传动轴结构方案的分析。传动轴结构方案的分析。4万向节的分类万向节刚性万向节挠性万向节不等速万向节准等速万向节等速万向节5准等速万向节准等速万向节双联式凸块式三轴销式球面滚轮式样(三球销万向节)6等速万向节等速万向节球叉式球笼式十字轴式万向节滚针轴承的定位方式中没有轴向窜动

2、的是()普通盖板式A弹性盖板式B瓦盖固定式C塑料环定位式D提交单选题1分准等速万向节包括():双联式A球叉式B凸块式C球面滚轮式D提交多选题1分Birfield型球笼式万向节(RF节),用于独立悬架转向驱动桥靠近主减速器一侧。伸缩型球笼式万向节用于独立悬架转向驱动桥靠近转向轮一侧。()正确A错误B提交单选题1分在传递扭矩时,可以沿轴向相对移动的万向节有()。凸块式万向节A球面滚轮式万向节B伸缩型球笼式万向节C直槽滚道型球叉式万向节D提交多选题1分三、万向节传动的运动和受力分析三、万向节传动的运动和受力分析1.单十字轴万向节传动单十字轴万向节传动2.双十字轴万向节传动双十字轴万向节传动3.多十字

3、轴万向节传动多十字轴万向节传动1.单十字轴万向节传动单十字轴万向节传动转速变化转速变化由机械原理知，此时万向节两轴由机械原理知，此时万向节两轴(主、从动轴主、从动轴)是不是不等速转动的，其转角关系为等速转动的，其转角关系为cos21tgtg1.单十字轴万向节传动单十字轴万向节传动转转速速变变化化12212cossin1cos1.单十字轴万向节传动单十字轴万向节传动转转速速变变化化360,180,0)11当时cos1121max2cos1即时当270,90)21cos121min2cos即1.单十字轴万向节传动单十字轴万向节传动当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，当主动轴以等角速度转动时，

4、从动轴时快时慢，这就是十字轴万向节传动的不等速性。这就是十字轴万向节传动的不等速性。用转速不均匀系数用转速不均匀系数K来表示（来表示（a 越大，越大，K越大，越大，转动越不均匀）转动越不均匀）tgKsin1min2max21.单十字轴万向节传动单十字轴万向节传动假设输入轴转矩假设输入轴转矩T1不变，则：不变，则：当当T1与与一定时，一定时，T2在最大值与最小值之在最大值与最小值之间每转变化两次。间每转变化两次。减少减少角或采用挠性万向节可以减小角或采用挠性万向节可以减小T2的振的振幅。幅。cos1max2TTcos1min2TT2.双十字轴万向节传动双十字轴万向节传动对于双万向节传动轴，若要使

5、输入轴和输出轴等速对于双万向节传动轴，若要使输入轴和输出轴等速旋转，需满足以下条件：旋转，需满足以下条件：传动轴两端的万向节叉位于同一平面内；传动轴两端的万向节叉位于同一平面内；两万向节夹角相等，即两万向节夹角相等，即1=2。3.多十字轴万向节传动多十字轴万向节传动334232121coscoscostgtgtgtgtgtg21314coscoscostgtg213coscoscos3.多十字轴万向节传动多十字轴万向节传动多万向节传动的从动叉相对主动叉的转角差多万向节传动的从动叉相对主动叉的转角差(rad)的计算公式与单万向节相似，可写成的计算公式与单万向节相似，可写成为多万向节传动的当量夹角

6、。为多万向节传动的当量夹角。假如多万向节传动的各轴轴线均在同一平面，且各传动轴两假如多万向节传动的各轴轴线均在同一平面，且各传动轴两端万向节叉平面之间的夹角为零或端万向节叉平面之间的夹角为零或/2，则当量夹角，则当量夹角为为)(2sin412eee3.多十字轴万向节传动多十字轴万向节传动232221e式中，式中，1、2、3等为各万向节的夹角。等为各万向节的夹角。式中的正负号这样确定：当第一万向节的主动叉处在各轴式中的正负号这样确定：当第一万向节的主动叉处在各轴轴线所在的平面内，在其余的万向节中，如果其主动叉平面与轴线所在的平面内，在其余的万向节中，如果其主动叉平面与此平面重合定义为正，与此平面

7、垂直定义为负。此平面重合定义为正，与此平面垂直定义为负。为使多万向节传动的输出轴与输入轴等速旋转，应使为使多万向节传动的输出轴与输入轴等速旋转，应使=0。e3.多十字轴万向节传动多十字轴万向节传动因此，在设计多万向节传动时，总是希望其当量夹角因此，在设计多万向节传动时，总是希望其当量夹角尽可能小。一般设计时，应使空载和满载两种工况下尽可能小。一般设计时，应使空载和满载两种工况下的的不大于不大于3。另外，对多万向节传动输出轴的角。另外，对多万向节传动输出轴的角加速度幅值加速度幅值应加以限制。对于乘用车，应加以限制。对于乘用车，350rad/s2；对于商用车；对于商用车，600rad/s2。ee2

8、12e212e3.多十字轴万向节传动多十字轴万向节传动应用举例：应用举例：1=1.5、2=3.5、3=4.5最高转速为最高转速为3000rpm，a、b布置方案那个满足要求？布置方案那个满足要求？ab四、万向节的设计计算四、万向节的设计计算位置位置 计算方法计算方法 用于变速器与用于变速器与 驱动桥之间驱动桥之间 用于转向驱动桥用于转向驱动桥 按按 来来 确确 定定 按驱动轮打滑按驱动轮打滑来确定来确定 按日常平均使按日常平均使用转矩来确定用转矩来确定 1max,iTenikiTkTfedse1max1niikiTkTfedse201max2mmrSSiirmGT0221mmr112SSi2rm

9、GTniirFTmm0rt1SFni2rFTmmrt2SFnikiTkTfedse1max1为发动机最大转矩；n为计算驱动桥数，取法见表4-2；i1变速器一挡传动比；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，kd为猛接离合器所产生的动载系数，对于液力自动变速器，kd=1对于具有手动操纵的机械变速器的高性能赛车，kd=3对于性能系数fj=0的汽车(一般货车、矿用汽车和越野车)，kd=1对于性能系数fj0的汽车,kd=2或由经验确定maxeT2)1(0kk1=22 0G2为满载状态下转向驱动桥上的静载荷(N)；m2为汽车最大加速度时的前轴负荷转移系数,乘用车0.8-0.85，商用车

10、为0.75-0.9；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，可取0.85；对于安装防侧滑轮胎的轿车，可取1.25；于越野车，变化较大，一般取1；为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比；，日常平均牵引力日常平均牵引力30.009.009.005.008.0:035.0020.0020.0015.0015.0010.0:)(HRHRjHRatfffffffGGF越野车货车轿车均爬坡能力系数汽车正常使用时的平道路滚动阻力系数）挂计算载荷应用：计算载荷应用：静强度计算时，计算载荷静强度计算时，计算载荷TS取取TSe1和和TSS1（或（或TSe2和和TSS2）较

11、小值；）较小值；进行疲劳寿命计算时，计算载荷进行疲劳寿命计算时，计算载荷TS取取TSF1或或TSF2四、万向节的设计计算四、万向节的设计计算 2.十字轴万向节设计十字轴万向节设计（1）损坏方式）损坏方式 十字轴轴颈十字轴轴颈、滚针轴承磨损；滚针轴承磨损；十字轴轴颈、滚针轴承碗表面出现压痕和剥落；十字轴轴颈、滚针轴承碗表面出现压痕和剥落；十字轴轴颈根部断裂十字轴轴颈根部断裂。四、万向节的设计计算四、万向节的设计计算（2）轴颈根部强度计算）轴颈根部强度计算作用于十字轴轴颈中点的力：作用于十字轴轴颈中点的力：T1为计算转矩；为计算转矩；为主、从动叉轴的最大夹角。为主、从动叉轴的最大夹角。12 cos

12、TFr四、万向节的设计计算四、万向节的设计计算轴轴颈根部的弯曲应力颈根部的弯曲应力:=250350MPa 轴颈根部的剪切应力轴颈根部的剪切应力:=80120MPa 1441232()wwd Fsdd22124()Fdd四、万向节的设计计算四、万向节的设计计算 滚针轴承接触强度滚针轴承接触强度Lb为为滚针工作长度滚针工作长度(mm)，L为滚针总长度为滚针总长度(mm)Fn为一个滚针所受的最大载荷为一个滚针所受的最大载荷(N)；i为为滚针列数；滚针列数；Z为为每列中的滚针数。每列中的滚针数。bnjLFdd)11(272010(0.151.00)bLLdZiFFn6.4四、万向节的设计计算四、万向节

13、的设计计算 万向节叉强度计算万向节叉强度计算万向节叉在与十字轴联接处，产生支承反力；万向节叉在与十字轴联接处，产生支承反力；与十字轴轴孔中心线成与十字轴轴孔中心线成45B-B截面处为危险截面；截面处为危险截面；弯曲应力弯曲应力=5080MPa扭转应力扭转应力=80160MPa.wwF eW.tF aW四、万向节的设计计算四、万向节的设计计算 万向节叉强度计算万向节叉强度计算万向节叉在与十字轴联接处，产生支承反力；万向节叉在与十字轴联接处，产生支承反力；与十字轴轴孔中心线成与十字轴轴孔中心线成45B-B截面处为危险截面；截面处为危险截面；弯曲应力弯曲应力=5080MPa扭转应力扭转应力=8016

14、0MPa.wwF eW.tF aW五、传动轴结构分析与设计五、传动轴结构分析与设计传传动轴结构动轴结构 由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。动长度的变化。为了减小滑动花键的轴向滑动阻力和磨损，对花键齿进为了减小滑动花键的轴向滑动阻力和磨损，对花键齿进行磷化处理或喷涂尼龙层。行磷化处理或喷涂尼龙层。五、传动轴结构分析与设计五、传动轴结构分析与设计传动轴结构传动轴结构 在花键槽中放入滚针、滚柱或滚珠等滚动元件，以滚动摩在花键槽中放入滚针、

15、滚柱或滚珠等滚动元件，以滚动摩擦代替滑动摩擦，提高传动效率。擦代替滑动摩擦，提高传动效率。对于有严重冲击载荷的传动，采用弹性传动轴。对于有严重冲击载荷的传动，采用弹性传动轴。花键应有润滑及防尘措施，花键齿与键槽间隙不宜过大，花键应有润滑及防尘措施，花键齿与键槽间隙不宜过大，且应按对应标记装配，以免装错破坏传动轴总成的动平衡。且应按对应标记装配，以免装错破坏传动轴总成的动平衡。传动轴的分类 实心传动轴实心传动轴 与等速万向节相连的转向驱动桥半轴与等速万向节相连的转向驱动桥半轴 断开式驱动桥的摆动半轴断开式驱动桥的摆动半轴 空心传动轴空心传动轴 传动系的万向传动轴传动系的万向传动轴转向驱动桥半轴断

16、开式驱动桥传动轴设计要点 长度最大时长度最大时花键套与花键轴有足够的配合长度。长度最小时候长度最小时候花键套与花键轴不应顶死。夹角不宜过大。夹角不宜过大。传动轴设计要点 伸缩花键一段不应靠近后驱动桥，应靠近变速器或者中间支撑减小轴向阻力和磨损。足够的强度。足够高的临界转速。五、传动轴结构分析与设计五、传动轴结构分析与设计 传动轴临界转速传动轴临界转速 当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频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率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴有折断危险的转速，它决定于传动引起传动轴有折断危险的转速，它决定于传动轴的尺

17、寸、结构及支承情况。轴的尺寸、结构及支承情况。五、传动轴结构分析与设计五、传动轴结构分析与设计2c2c2c8kLdD102.1nmax1.2 2.0kKnn在设计传动轴时，取安全系数在设计传动轴时，取安全系数k=1.2-2.0，精确动平，精确动平衡、高精度的伸缩花键及万向间隙比较小时取衡、高精度的伸缩花键及万向间隙比较小时取k=1.2五、传动轴结构分析与设计五、传动轴结构分析与设计中中间支承间支承 在长轴距汽车上，为了提高临界转速、避免共振及考在长轴距汽车上，为了提高临界转速、避免共振及考虑整车总体布置上的需要，常将传动轴分段；虑整车总体布置上的需要，常将传动轴分段；在乘用车中为了提高传动系的

18、弯曲刚度、改善传动系在乘用车中为了提高传动系的弯曲刚度、改善传动系弯曲振动特性、减小噪声，也将传动轴分段。弯曲振动特性、减小噪声，也将传动轴分段。当传动轴分段时，需要加设中间支承。当传动轴分段时，需要加设中间支承。五、传动轴结构分析与设计五、传动轴结构分析与设计 中间支承的位置中间支承的位置 通常安装在车架横梁上或车身底架上，以补偿传动轴通常安装在车架横梁上或车身底架上，以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差以及汽车行驶过程中由于轴向和角度方向的安装误差以及汽车行驶过程中由于发动机窜动或车架变形等所引起的位移。发动机窜动或车架变形等所引起的位移。五、传动轴结构分析与设计五、传动轴结构分析与设计中

19、间支承的典型结构形式中间支承的典型结构形式 橡胶弹性中间支承，中间采用单列滚珠轴橡胶弹性中间支承，中间采用单列滚珠轴承。承。橡胶元件能吸收振动、降低噪声。橡胶元件能吸收振动、降低噪声。橡胶中间支承不能传递轴向力，主要承受传动轴不平衡、橡胶中间支承不能传递轴向力，主要承受传动轴不平衡、偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。起的径向力。小结万向节传动的运动和受力万向节传动的运动和受力分析分析万向节的设计计算万向节的设计计算传动轴结构分析与设计传动轴结构分析与设计思考题1.解释什么样的万向节是不等速万向节、准等速万向节和等速万向节?2.十字轴式万向节的优点是什么？十字轴式万向节连接的两轴夹角不宜过大的原因是什么？双十字轴万向节等速传动的条件是什么？3.何谓传动轴临界转速及提高传动轴临界转速的方法。