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1、1,第五章万向节与传动轴设计,主要内容,重点与难点,万向传动轴设计的基本要求和万向节的基本结构形式；“十字轴”万向节的运动和受力分析及其强度计算；传动轴的结构方案与强度计算。,重点：“十字轴”万向节的运动和受力分析及其强度计算，“球笼式”万向节的传动及设计原则。难点：“十字轴”万向节的运动和受力分析。,2,第五章万向节与传动轴设计,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,3,第一节 概述,一、组成 万向节、传动轴（中间支承）,功用：在相对位置变化的轴间传递转矩、旋转运动,4,二、设计要求1.保证所连接的两轴在一定的轴
2、间夹角变化范围内，能可靠地传递动力2.保证所连接的两轴尽可能等速运转3.万向节产生的附加载荷振动和噪声应在允许范围内4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造维修容易,5,三、万向节的应用,1.变速器与驱动桥之间,6,2.多轴驱动的汽车的分动器与驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间,7,3.发动机与变速器之间（由于车架的变形造成轴线间相互位置变化的两传动部件）,8,4.采用独立悬架的汽车差速器之间,9,5.转向驱动车桥的差速器与车轮之间,10,6.转向操纵机构中,11,四、万向节的分类,12,第二节万向节结构方案分析,特点：结构简单、传动可靠，效率高，应用较为普遍,1.十字轴万向节,13,十字轴万向
3、节构造,万向节叉 十字轴、套筒、轴承盖,万向节叉,十字轴,套筒,14,当叉轴1以等角速度1旋转，A点的瞬时线速度可求：A=1r=2rcos 21,速度特性,当叉轴1转过900后，B点的瞬时线速度可求：B=1rcos=2r 2 1,不等速性,15,不等速性曲线图,16,准等速万向节,双联叉相当于两个在同一平面内的万向节叉 欲使两轴角速度相等，应保证1=2,2.双联式万向节,特点：允许有较大的轴间夹角，轴承密封性好、效率高、制造工艺简单、加工方便、工作可靠，但外形尺寸大。多用于越野汽车。,17,3.三销轴式万向节,准等速万向节,由双联式万向节演变而来特点：允许相邻两轴间有较大的夹角，但外形尺寸大，
4、零件形状复杂，多用于一些越野车的转向驱动桥。,4.凸块式万向节,特点：工作可靠、加工简单、允许的万向节夹角较大，但效率低，多用于中型以上越野车的转向驱动桥。,18,等速万向节,5.球叉式万向节,等速原理,保证万向节在工作过程中的传力点永远位于两轴交角的平分面上,特点：结构简单，在夹角小于32-33的条件下能正常工作，但磨损较快，多用于轻、中型越野车的转向驱动桥。,19,等速万向节,6.球笼式万向节,特点：工作可靠、传动效率高、结构紧凑，但制造精度要求高，成本高，广泛应用于独立悬架的转向驱动桥。,20,第三节 万向传动的运动和受力分析,由机械原理知识可以得到：,一、单十字轴万向节传动1、转速关系
5、,21,2、不等速性分析（假设主动轴等速转动）,当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，这就是十字轴万向节传动的不等速性。用转速不均匀系数K来表示：,越大，K越大，转动越不均匀,22,3.从动轴转矩T2,若忽略摩擦损失，则输入、输出轴上的功应相等：,假设输入轴转矩T1不变，则：,当T1与一定时，T2在最大值与最小值之间变化，且每转一转变化两次,23,4.附加弯曲力矩,当十字轴万向节具有夹角时，除主动轴驱动转矩T1、从动轴反转矩T2之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力矩T1、从动叉平面的弯曲力矩T2,T1、T2 呈周期性变化，每转一周变化两次,24,T2使从动叉轴支承受周期性变化的径向载荷,附加
6、弯矩会激起支撑处的振动，使传动轴产生应力、变形，从而降低传动轴的疲劳强度,5.附加弯曲力矩的影响,T1使主动叉轴支承受周期性变化的径向载荷,应避免两轴之间夹角过大,25,二、双十字轴万向节传动,倘若主动轴等速转动，则从动轴不等速转动，且愈大，转动的不等速性愈大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：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1=2,26,附加弯矩引起的变形,两万向节叉所受的附加弯矩彼此平衡，使传动轴发生弹性弯曲，从而引起传动轴的弯曲振动,两万向节叉所受的附加弯矩方向相同，不能平衡，传动轴发生弹性弯曲，对两端十字轴产生大小相等、方向相反的径向
7、力,27,第四节 万向节设计计算,一、计算载荷Ts,静强度计算时，计算载荷TS取TSe1和TSS1（或TSe2和TSS2）的较小值；进行疲劳寿命计算时，计算载荷TS取TSF1或TSF2。,28,二、十字轴万向节设计,1、损坏、失效形式：十字轴轴颈、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根部断裂（失效）,第四节 万向节设计计算,2、轴颈根部强度计算作用于十字轴轴颈中点的力：轴颈根部的弯曲应力:=250-350MPa 轴颈根部的剪切应力:=80-120MPa,29,3、十字轴滚针轴承的接触应力 其中：Lb 为滚针工作长度(mm)，L为滚针总长度(mm)Fn为单个滚针所受的最
8、大载荷(N)i滚针列数；Z每列中的滚针数。许用接触应力j=30003200MPa,30,4、万向节叉的强度计算,危险截面：与十字轴轴孔中心线成45的BB截面处弯曲应力=5080MPa扭转应力=80160MPa,5、十字轴万向节的传动效率,通常约为97%99,31,三、球笼式万向节设计Rzeppa型球笼式万向节设计假定六个传力钢球均匀受载，则钢球的直径可按下列经验公式确定：d为钢球直径（mm）T1计算转矩（N.mm）计算钢球直径应圆整并取最接近国家标准的直径。,32,其他零件尺寸的确定,当钢球的直径d确定后，其中的球笼、星形套等零件及有关结构尺寸，可按如下关系确定：,1)钢球中心分布圆半径 R=
9、1.71d2)星形套宽度 B=1.8d3)球笼宽度 B1=1.8d4)星形套滚道底径 D1=2.5d5)万向节外径 D=4.9d6)球笼厚度 b=0.185d7)球笼槽(孔)宽度 b1=d8)球笼槽(孔)长度 L=(1.33-1.8)d(普通型取下限，长型取上限)9)滚道中心偏置距 h=0.18d10)轴颈直径 d1.4d11)星形套花键外径 D21.55d12)球形壳外滚道长度 L1=2.4d13)中心偏移角 6,33,3.挠性万向节设计 盘式挠性万向节橡胶盘的拉应力和挤压应力应满足Tmax为万向节静强度计算转矩，i为一个万向节叉上的螺栓数，R为橡胶盘平均半径，R1、R2为橡胶盘外、内半径，
10、b为橡胶盘厚度，d0为螺栓孔直径许用拉应力12-15MPa，许用挤压应力8MPa。,34,第五节 传动轴结构分析与设计,由传动轴及其两端焊接的花键和万向节叉组成。传动轴中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。,1.传动轴总成,2.传动轴的结构形式,实心用于转向驱动桥、断开式驱 动桥、微型车万向传动装置空心用于FR传动系的万向传动轴,35,3.传动轴的参数,长度、夹角：长度最大时不脱落；最小时不顶死 夹角影响传动效率、旋转不均匀性、寿命临界转速：发生共振时的工作转速共振：质量不均衡引起的离心力使传动轴剧烈振动,临界转速,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1.53mm厚的薄钢板卷焊）,36,应保证有足够的扭转强度，轴管的扭转切应力应满足,扭转强度,提高传动轴动平衡的方法,传动轴两端点焊平衡片,37,38,
