传动轴介绍.

万向传动轴2008.4.28一.组成二.用途三.设计要求四.使用范围五.分类（万向节）六.十字轴式万向节(分析)一.组成万向传动轴由万向节、轴管及其伸缩花键等组成，对于长轴距的汽车有时还加装中间支承。二.用途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。11234561.十字轴万向节2.传动轴管3.平衡片4.伸缩花键5.防尘罩6.十字轴传动轴管由低碳钢板卷制壁厚均匀、壁薄(1.5-3.0mm）、管径较大、易质量平衡、扭转强度大、弯曲刚度大、适用高速旋转的电焊钢管制成。三.设计要求1）保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠而稳定地传递动力。2）保证所连接的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的范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。3）传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。四.使用范围万向传动轴在汽车上的应用比较广泛。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段距离，考虑到它门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。十字轴式刚性万向节因其结构简单,工作可靠,传动效率高,且允许相邻两传动轴之间有较大的交角(一般为150-200),故普遍应用于各类汽车的传动系统中。五.分类根据在扭转方向上是否有明显的弹性，万向节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，又分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节；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，但平均角速度相等的万向节。准等速万向节是指在设计角度下以相等的瞬时角速度传递运动，而在其他角度下以近似相等的瞬时角速度传递运动的万向节。输出轴和输入轴以始终相等的瞬时角速度传递运动的万向节，称之为等速万向节。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十字轴式双联式球叉式球笼式凸块式圆弧槽滚道型伸缩型三销轴式直槽滚道型Birfield型球面滚轮式Rzeppa型挠性万向节及其橡胶件的典型结构挠性万向节依靠橡胶弹性元件的弹性变形来保证在相交两轴间传动时不发生干涉。弹性元件可以是橡胶盘、橡胶金属套筒、铰接块、六角环行橡胶圈等多种形状。挠性万向节能减小传动系的扭转振动、动载荷和噪声,结构简单,使用中不需润滑,一般用于两轴间夹角不大(一般为30－50)和有很小轴向位移的万向传动场合,如它常在乘用车三万向节传动中,被用来作为靠近变速器的第一万向节,或在载质量较大的商用车中用于发动机与变速器之间、变速器与分动器之间,以消除制造安装误差和车架变形对传动的影响。用于橡胶金属套筒结构的橡胶应具有的力学特性为:抗拉强度不小于15MPa；相对伸长率不小于350%;肖氏硬度65-75HＳ；最大挤压应力为7.5－8.0MPa；切变模量Ｇ＝0.85MPa；工作温度为-45－800Ｃ。（准等速）双联式万向节实际上是由两个十字轴万向节组合而成。在军用越野车的转向驱动桥中用的相当广泛。优点:允许两轴间的夹角较大（可达500）,轴承密封性好,传动效率高，工作可靠，制造方便。缺点：外形尺寸较大，零件数目较多，结构较复杂，传递转矩有限。等角速度万向节传动原理：主、从动轴的角速度在两轴之间的夹角变动时仍然相等的万向节称为等速万向节。其等角速原理可用右图所示的一对大小相等的圆锥齿轮传动为例来说明。若两齿轮的轴线交角为α。接触点P位于轴间夹角的平分线上，由点P到两轴线的距离相等并等于r。在P点处两齿轮的圆周速度是相等的，因而两齿轮的角速度相等。多数等速万向节工作时的特点是，所有的传力点总是位于两轴夹角的等分面上，这样，被万向节所联结的两轴的角速度就永远相等。球面滚轮式万向节装在一个轴端的3个销轴上的球面滚轮可沿与另一轴相联的筒状体的3个轴向槽移动。起着伸缩花键的作用，3个球面滚轮与筒状体的槽壁之间传递转矩。其结构应保证沿圆周等分的3个球面滚轮的轴线始终位于或近球面滚轮式万向节似位于万向节两轴夹角的等分面上，1.5万向节轴；2简状体的轴向槽；其工作夹角可达430，加工也容易。3销轴；4球面滚轮是一种得到广泛应用的近似等速万向节。六十字轴式万向节普通的十字轴式万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。十字轴万向节的磨损形式为十字轴轴颈和滚针轴承的磨损、工作表面的压痕和剥落。通常认为当磨损或压痕超过0.25mm时就应报废。分析：1、单十字轴万向节传动当十字轴万向节的主、从动轴之间的夹角为α时，主、从动轴的角速度、之间存在如下关系12=（4-1）式中,1为主动叉转角，定义为万向节主动叉所在平面与万向节主、从动轴所在平面的夹角。由于cos1是周期为2π的周期函数，所以也为同周期的周期函数。当ψ1为0、π时，达最大值，=；当ψ1为、时，达最小值，＝。因此，当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快、时慢，此即为普通十字轴万向节传动的不等速性。12122cossin1cos122max2cos12232min21cos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==（4-2）如不计万向节的摩擦损失，主、从动轴转矩T１和T２与各自相应的角速度有T１＝T２的关系，这样有T２=T１（4-3）显然，当最小时，从动轴上的转矩为最大值，T2max=;当最大时，从动轴上的转矩为最小值，T2min=T1当T1与一定时，T2在其最大值与最小值之间每一转变化两次。1min2max2tansin12coscossin112212cos1T12cos具有夹角的十字轴万向节，由于其主、从动叉轴上的转矩T1、T2作用在不同的平面上，因此仅在主动轴驱动转矩和从动轴反转矩的作用下是不能平衡的。在不计万向节惯性力矩时，主、从动叉轴上的转矩T1、T2的矢量互成一角度而不能自行封闭，此时在万向节上必然还作用有另外的力矩。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矩，除主动轴驱动转矩T1之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力矩。同理，从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩T2和作用在从动叉平面的弯曲力矩。在这四个力矩的作用下，使十字轴万向节得以平衡。下面仅讨论主动叉在两特殊位置时，附加弯曲力矩的大小及变化特点。当主动叉处于=0和位置时（图4-10a），由于T1作用在十字轴轴线平面上，故必为零；而T2的作用平面与十字1T2T11T轴不共平面，必有存在，且矢量垂直于矢量T2，合矢量+T2指向十字轴平面的法线方向，与T1大小相等，方向相反。这样，从动叉上的附加弯矩=T1。当主动叉处于1=和位置时（图4-10b），同理可知为零，从动叉上的附加弯矩=T1。L2T1T24-10a)ψ１＝０.πT14-10b)ψ１＝.T2L2cosα2T2T2T2Tsin2232T1Ttan2T1T223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，变化周期为，即每一转变化两次。使从动叉轴支承承受周期性变化的径向载荷为：F2j＝＝（4-4）式中，为万向节中心至从动叉轴支承间的距离。此时，万向节也承受与上述力大小相等、方向相反的力。与此方向相反的反作用力矩则由主动叉轴的支承承受。同样，使主动叉轴支承承受周期性变化的径向载荷，万向节也承受与其大小相等、方向相反的力。在从动轴支承和万向节上造成大小相等、方向相反的侧向载荷为F2c＝（4-5）附加弯矩可引起与万向节相连零部件的弯曲振动，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1T2T2T22LT21sinLT2L1Tcostan21LT激起支承处的振动，使传动轴产生附加应力和变形，从而降低传动轴的疲劳强度。因此，为了控制附加弯矩，应避免两轴之间的夹角过大。如果十字轴万向节的主动叉轴转速不变，则从动叉轴周期地加速、减速旋转，产生的惯性力矩为T2G＝J2（4-6）式中，J2为从动叉轴旋转质量的转动惯量；为从动叉轴的角加速度，可通过对式（4-1）求导得出＝可见，当输入轴转速很高，且输入、输出轴之间夹角较大时，由于从动叉轴旋转的不均匀加剧所产生的惯性力矩，可能会超过结构许用值。应采取有效方法降低此惯性力矩。222)cossin1(2sinsincos1221221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是不等速旋转的。为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，但必须保证与传动轴相连的两万向节叉布置在同一平面内，且使两万向节夹角与相等（图a、c）121122)a)b)c)dFF在双万向节传动中，直接与输入轴和输出轴相连的万向节叉所受的附加弯矩分别由相应轴的支承反力平衡。当输入轴与输出轴的轴线平行时（图a）直接连接传动轴的两万向节叉所受的附加弯矩彼此平衡，传动轴发生如(图b)中双点划线所示的弹性弯曲，从而引起传动轴的弯曲振动。当输入轴与输出轴的轴线相交时（图c）传动轴两端万向节叉上所受的附加弯矩方向相同，不能彼此平衡，传动轴发生如（图d）中双点划线的弹性弯曲，因此对两端的十字轴产生大小相等、方向相反的径向力。此径向力作用在滚针轴承碗的底部，并在输入轴与输出轴的支承上引起反力，3、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的计算公式与单万向节相似，可写成：＝（4-7）式中，为多万向节传动的当量夹角；为主动叉的初相位角；为主动轴转角。式（4-7）表明，多万向节传动输出轴与输入轴的运动关系，如同具有夹角为，而主动叉具有初相位的单万向节传动一样。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，则当量夹角为＝（4-8）式中，、、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)(2sin412ee1e2ee232212123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＝０万向节传动输出轴与输入轴的转角差会引起动力总成支承和悬架弹性元件的振动，还能引起与输出轴相连齿轮的冲击和噪声及驾驶室内的谐振噪声。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的不大于30。另外，对多万向节传动输出轴的角加速度幅值应加以限制。对于乘用车，≤350rad/s2;对于商用车，≤600rad/s2。eee122e122e122e谢谢大家