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第四章万向传动轴设计第一节概述第二节万向节结构方案分析第三节万向传动的运动和受力分析第四节万向节设计第五节传动轴结构分析与设计第六节传动轴中间支承第一节概述组成：万向节、传动轴、中间支承作用：实现一些轴线相交或相对位置经常变化的转轴之间的动力传递设计基本要求可靠传递动力尽可能保证等速运转传动效率高万向传动装置的应用发动机前置后轮驱动汽车多轴驱动汽车采用独立悬架的汽车动力输出装置转向驱动桥转向操纵机构第一节概述◎按扭转方向有无明显弹性分：刚性万向节挠性万向节◎刚性万向节不等速万向节(如十字轴式)准等速万向节(如双联式、凸块式、三销轴式等)等速万向节(如球叉式、球笼式等)。万向节分类第一节概述第二节万向节结构方案分析一、十字轴万向节CardanUniversaljoint1、结构：一个十字轴两个万向节叉四个滚针轴承2、滚针轴承的轴向定位方式1）.盖板式（普通盖板、弹性盖板）2）.卡环式（外卡、内卡）3）.瓦盖固定式（类似于轴瓦）4）.塑料环固定式3、滚针轴承的润滑密封方式1）.毛毡油封2）.双刃口油封3）.多刃口油封二、准等速万向节NearConstantVelocityUniversalJoint1.双联式(越野车转向驱动桥）2.凸块式（中重型汽车转向驱动桥）3.三销轴式（中重型越野车转向驱动桥）4．球面滚轮式万向节凸块式和三销式都是由双联式演变而来。十字轴可认为是四销轴，三销轴实际上是将十字轴中的一个轴去掉后的结构。三、等速万向节ConstantVelocityUniversalJoint球笼式球叉式伸缩式球笼万向节四、挠性万向节FlexibleUniversalJoint组成：橡胶件主、被动轴弹性变形：3～5度的小角度和微轴向位移吸振、无需润滑12212cossin1cosϕααωω−=2211ωωTT=11222coscossin1TTαϕα−=αcos1max2TT=αcos1min2TT=第三节万向节传动的运动和受力分析一、单十字轴万向节传动主动叉由初始位置转过φ1，从动叉转过φ2：tgφ1=tgφ2cosα十字轴万向节的附加弯矩分析1222coscossin1TTαϕα−=αcos1max2TT=αcos1min2TT=φl=0和πT2′=Tlsinaφl=π/2和3π/2Tl′=Tltana附加弯矩使主、从动叉轴支承承受周期性变化的径向载荷:F2j＝T2′/L2=Tlsina/L2F2c＝T1′/L2cosa=Tltana/L2cosa为限制附加弯矩，应避免两轴间的夹角过大。二、双十字轴万向节传动组成：两个十字轴、一根传动轴第一万向节主动叉由初始位置转过φ1，第一万向节从动叉即传动轴或第二万向节主动叉转过φ2；第二万向节被动叉即驱动桥输入轴转过φ4：tgφ1=tgφ2cosα1tgφ4=tgφ2cosα2若α1＝α2，则φ4＝φ1双十字轴式万向节等速传动条件1）传动轴两端万向节叉处于同一平面内；2）第一万向节两轴间夹角α1与第二万向节两轴间夹角α2相等。附加弯矩对传动轴的作用αcos1max2TT=αcos1min2TT=附加弯矩的画法：1）平行于主动轴画出主动轴传递的T1；2）平行于被动轴接着T的尾部画出被动轴的阻力转矩T2；3）根据主被动叉的位置，判断出附加弯矩的方向和大小；4）形成封闭的矢量三角形。附加弯矩对传动轴的作用αcos1max2TT=αcos1min2TT=三、准等速万向节传动摆动中心间的距离保持不变，AB＝A‘B’=a+b根据正弦定理实现等角速传动，应使α1＝α2,即对于结构已确定的双联式万向节，a和b值是确定的值，则α1,α2只在某一转角下才能相等，因此双联式万向节在不同转角下只能实现近似等角速传动。四、等速万向节传动球笼式万向节等速原理外滚道中心点A与内滚道中心点B分别位于万向节中心O的两边，且与O等距。AC=BC,AO=BO,CO=CO当主动轴与从动轴处于任意夹角α时，C点都处于主动轴与被动轴夹角的平分线上。球叉式万向节等速原理第四节万向节设计nikiTkTfedseη1max1=niikiTkTofedse21max2η=mmorssiirmGTηϕ'221=mmrssirmGTηϕ2'112=niirFTmmortsfη=1nirFTmmrtsfη22=按日常平均使用转矩来确定按驱动轮打滑来确定按发动机最大转矩和一挡传动比来确定用于转向驱动桥中用于变速器与驱动桥之间位置计算方法一、万向传动的计算载荷T1万向传动轴因布置位置不同，计算载荷是不同的有三种计算方法。静强度计算，计算载荷T1取Tsel和Tssl的最小值或取Tse2和Tse2的最小值，即T1=min[Tsel，Tssl]或T1=min[Tse2，Tse2]；疲劳寿命计算，计算载荷T1取Tsfl或Tsf2。3ifdifg/2ifd/32ifgifg/2ifd/36X62ifdifgifd/21ifgifgifd/24X4nif高挡传动比ifg与低挡传动比ifd的关系车型◎驱动桥数n与分动器传动比if选取)195.0161001maxeaTgm−（16195.0max〈eaTgm16195.0max≥eaTgm◎性能系数fj的选取0◎动载系数kd与传动形式及性能系数有关fj=二、十字轴万向节设计◎滚针对十字轴轴颈作用力的合力F：αcos21rTF=[]wwddFsdσπσ≤−=)(3242411◎十字轴轴颈根部的弯曲应力及剪切应力满足：[]τπτ≤−=)42221ddF（第五节传动轴结构分析与设计一、传动轴与驱动轴二、传动轴设计1、传动轴的结构形式实心－用于转向驱动桥的半轴空心－用于FR传动系的万向传动轴2、传动轴的参数长度、夹角：由总布置确定（不脱落，不顶死）临界转速：由传动轴尺寸确定传动轴的临界转速问题n:临界转速；d1，d2：传动轴内外径；L：传动轴长度提高临界转速的办法：1）缩短传动轴长度；2）总长度不变的情况下，将传动轴分成几段；3）将传动轴做成空心的。（无缝钢管或1.5～3mm厚的薄钢板卷焊）三、传动轴的动平衡问题传动轴两端点焊平衡片第六节传动轴中间支承6×6越野车，中间支承安装在中驱动桥上(中桥为非贯通桥)。由于中间支承要承受传动轴滑动花键伸缩所引起的方向变化的轴向力，同时要平衡万向节附加弯矩，大多采用两个滚锥轴承。中间支承的固有频率的确定f0：中间支承的固有频率(Hz)；CR：中间支承橡胶元件的径向刚度(N/mm)；m：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。mCfRπ210=应合理选择橡胶弹性元件的径向刚度CR，使固有频率f0对应的临界转速n=60f0(r/min)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。练习题4-1万向节、传动轴有何功用？4-2什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？4-3万向传动轴计算载荷如何确定？4-4什么样的转速是传动轴临界转速？有何影响因素？4-5解释十字轴万向节连接的两轴间夹角不宜过大的原因。