万向轴传动设计

第四章万向传动轴设计第一节概述概述组成：万向节和传动轴，有时还加装中间支承。功用：主要用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。概述如：①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。②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，也必须采用万向传动轴。万向传动轴设计要求：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。万向节分类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。（一）刚性万向节：是靠零件的铰链式连接传递动力的。①不等速万向节(如十字轴式)②准等速万向节(如双联式、凸块式、三销轴式等)③等速万向节(如球叉式、球笼式等)。万向节分类（二）挠性万向节：是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。①不等速万向节：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。万向节分类②准等速万向节：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。③等速万向节：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。第四章万向传动轴设计第二节万向节结构方案分析一、十字轴万向节十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低。但所连接的两轴夹角不宜过大，当夹角由4°增至16°时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1／4。二、准等速万向节双联式万向节在军用越野车的转向驱动桥中应用相当广泛。凸块式万向节它主要用于中型以上越野车的转向驱动桥。三销轴式万向节三销轴式万向节目前用于个别中、重型越野车的转向驱动桥。三、等速万向节I.球叉式万向节圆弧槽型球叉式万向节主要应用于轻、中型越野车的转向驱动桥中。直槽型球叉式万向节主要应用于断开式驱动桥中。三、等速万向节II.球笼式万向节球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。Rzeppa型球笼式万向节以前主要应用于转向驱动桥中,目前应用较少。Birfield型球笼式万向节和伸缩型球笼式万向节被广泛地应用在具有独立悬架的转向驱动桥中，在靠近转向轮一侧采用Birfield型万向节，靠近差速器一侧则采用伸缩型球笼式万向节，以补偿由于前轮跳动及载荷变化而引起的轮距变化。伸缩型万向节还被广泛地应用到断开式驱动桥中。四、挠性万向节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3°～5°)和很小轴向位移的万向传动场合。如它常在轿车三万向节传动中，被用来作为靠近变速器的第一万向节，或在重型汽车中用于发动机与变速器之间，越野汽车中用于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。第四章万向传动轴设计第三节万向传动的运动和受力分析一、单十字轴万向节传动12212cossin1cos11222coscossin1TT二、双十字轴万向节传动第四章万向传动轴设计第四节万向节设计一、万向传动计算载荷万向传动轴计算载荷nikiTkTfedse1max1niikiTkTofedse21max2mmorssiirmGT'221mmrssirmGT2'112niirFTmmortsf1nirFTmmrtsf22位置计算方法用于变速器与驱动桥之间用于转向驱动桥中按发动机最大转矩和—挡传动比来确定按驱动轮打滑来确定按日常平均使用转矩来确定二、十字轴万向节设计设各滚针对十字轴轴颈作用力的合力为F，则十字轴轴颈根部的弯曲应力σw应满足十字轴轴颈的切应力τ应满足式中，[τ]为切应力τ许用值，为80～120MPa。cos2rTFSwwddFsd)(3242411)42221ddF（第四章万向传动轴设计第五节传动轴结构分析与设计传动轴结构分析与设计传动轴的临界转速为：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。2228102.1CcCkLdDn传动轴结构分析与设计轴管的扭转切应力τc应满足≤[τc]式中，[τc]为许用扭转切应力，为300MPa；其余符号同前)(1644cCSCcdDTD第四章万向传动轴设计第六节中间支承结构分析与设计中间支承结构分析与设计中间支承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车辆行驶过程中由于发动机窜动或车架等变形所引起的位移。中间支承结构分析与设计这种弹性中间支承不能传递轴向力，它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起的径向力。当这些周期性变化的作用力的频率等于弹性中间支承的固有频率时，便发生共振。中间支承结构分析与设计中间支承的固有频率可按下式计算式中，fo----为中间支承的固有频率(Hz)；CR----为中间支承橡胶元件的径向刚度(N／mm)；m---－为中间支承的悬置质量(kg)，它等于传动轴落在中间支承上的一部分质量与中间支承轴承及其座所受质量之和。mCfR210中间支承结构分析与设计使固有频率fo对应的临界转速n=60fo尽可能低于传动轴的常用转速范围，以免共振，保证隔振效果好。一般许用临界转速为1000--2000r／min，轿车取下限。当中间支承的固有频率依此数据确定时，由于传动轴不平衡引起的共振转速为1000～2000r／min，而由于万向节上的附加弯矩引起的共振转速为500～1000r／min。思考题1.万向节传动轴的功用？2.万向节的分类？各自的适用场合？3.万向传动轴计算载荷如何确定？4.传动轴的临界转速为？5.中间支承的固有频率如何计算？