第四章 萬向傳動軸設計

第一節概述第二節萬向節結構方案分析第三節萬向傳動的運動和受力分析第四節萬向節設計第五節傳動軸結構分析與設計第四章 萬向傳動軸設計

第一節

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.

由于萬向節夾角的存在而產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傳動軸中間支承三 分類

1.

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

萬向節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遭受破壞。

3.撓性萬向節：兩軸之間通過橡膠盤、橡膠金屬套筒、鉸接塊、六角環形橡膠圈等之一的彈性元件來實現連接。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。第三節萬向傳動的運動和受力分析

一、單十字軸萬向節傳動

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

將（2）式對時間求導數，得到角速度ω：

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

∵是周期為180°的函數，∴也是周期為180°的周期函數。

若=常數，則每轉一周變化兩次。

分析：

1.當時

則 （4）

∴為最大值，若常數，

則

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

用轉速不均勻系數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；二、雙十字軸萬向節傳動

若只有一個萬向節傳動軸，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

萬向節設計

一、計算載荷Ts其中：

Temax——為發動機最大轉矩()；n——為計算驅動橋數；——為變速器一檔傳動比；——為發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；——為滿載狀態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； ——為輪胎與路面間的附著系數；——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，對于轎車，對于貨車；

——為日常平均牽引力(N)；

——為分動器傳動比；

——為猛接離合器所產生的動載系數。

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；Z——為每列中的滾針數。～

5.材料三、球籠式萬向節設計

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提供的經驗數據確定

第五節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發生在Lc/2處

r/min 使用時傳動軸可能產生的最大轉速若是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