汽車設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)

1、二一年十月 第第4 4章章 萬向傳動(dòng)軸萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 萬向傳動(dòng)軸的應(yīng)用萬向傳動(dòng)軸的應(yīng)用 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求 （1）了解萬向節(jié)的分類、工作原理、萬向傳動(dòng)的運(yùn) 動(dòng)和受力分析 （2）了解等速萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)和不等速萬向 節(jié)的結(jié)構(gòu)方案；傳動(dòng)軸的中間支承結(jié)構(gòu)； （3）掌握十字軸萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 計(jì)算；并通過設(shè)計(jì)實(shí)例深入理解和掌握萬向傳動(dòng) 軸的設(shè)計(jì)過程。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)

2、 萬向傳動(dòng)萬向傳動(dòng)概述概述 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 萬向節(jié)的萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 1.1. 中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 第第四四章章 萬向傳動(dòng)軸萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4.1 4.1 萬向傳動(dòng)概述萬向傳動(dòng)概述 一、萬向傳動(dòng)軸的組成與功用 二、萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求 四、萬向節(jié)的分類 三、萬向傳動(dòng)軸的應(yīng)用 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬

3、向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 萬向節(jié)萬向節(jié)(Universal Joint)(Universal Joint)的功用的功用 萬向節(jié)傳動(dòng)用于不同軸線的 兩軸間或在工作過程中相對(duì)位置 不斷變化的兩軸間的動(dòng)力傳遞 （轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。 一、萬向傳動(dòng)軸的組成一、萬向傳動(dòng)軸的組成 汽車上的萬向傳動(dòng)軸主要由萬向節(jié)、傳動(dòng)軸（軸 管及伸縮花鍵）組成，對(duì)長軸距汽車，還加裝有 支撐裝置。 4.1 4.1 萬向傳動(dòng)概述萬向傳動(dòng)概述 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4.1 4.1 萬向傳動(dòng)概述萬向傳動(dòng)概述 二、萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求 （1）保證所連接的兩軸相對(duì)位置在預(yù)定范圍內(nèi) 變動(dòng)

4、時(shí)，能可靠的傳遞動(dòng)力 （2）保證所連接的兩軸盡可能等速旋轉(zhuǎn)。 （3）由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng) 和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi) （4）傳動(dòng)效率高，使用壽命長 （5）結(jié)構(gòu)簡單，容易維修。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 三、萬向傳動(dòng)軸的應(yīng)用三、萬向傳動(dòng)軸的應(yīng)用 （a a）變速器和主減速器之間）變速器和主減速器之間 的萬向傳動(dòng)軸的萬向傳動(dòng)軸 （b b）變速器和分動(dòng)器輸出軸）變速器和分動(dòng)器輸出軸 與驅(qū)動(dòng)橋間的萬向節(jié)與驅(qū)動(dòng)橋間的萬向節(jié) （c c）用于離合器與變速器連）用于離合器與變速器連 接的萬向傳動(dòng)軸接的萬向傳動(dòng)軸 （d d）轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中采用的等）轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)

5、橋中采用的等 速萬向傳動(dòng)軸速萬向傳動(dòng)軸 （e e）后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)楠?dú)立懸架是）后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)楠?dú)立懸架是 采用萬向傳動(dòng)軸采用萬向傳動(dòng)軸 （f f）用于方向盤和轉(zhuǎn)向器連）用于方向盤和轉(zhuǎn)向器連 接的萬向節(jié)接的萬向節(jié) 4.1 4.1 萬向傳動(dòng)概述萬向傳動(dòng)概述 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4.1 4.1 萬向傳動(dòng)概述萬向傳動(dòng)概述 四、分類四、分類 萬萬 向向 節(jié)節(jié) 剛性萬向節(jié)剛性萬向節(jié) 柔柔 性性 萬萬 向向 節(jié)節(jié) 等速萬向節(jié)等速萬向節(jié)不等速萬向節(jié)不等速萬向節(jié)準(zhǔn)等速萬向節(jié)準(zhǔn)等速萬向節(jié) 十十 字字 軸軸 式式 雙雙 聯(lián)聯(lián) 式式 球球 面面 滾滾 輪輪 式式 凸凸 塊塊

6、 式式 三三 銷銷 軸軸 式式 球球 叉叉 式式 球球 籠籠 式式 圓圓 弧弧 槽槽 滾滾 道道 型型 直直 槽槽 滾滾 道道 型型 伸伸 縮縮 型型 Rzeppa Rzeppa 型型 Birfield型型 萬向節(jié)萬向節(jié)聯(lián)軸器聯(lián)軸器按其在扭轉(zhuǎn) 方向是否有明顯的彈性變 形，可以分為剛性萬向節(jié) 和柔性萬向節(jié)。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 萬萬 向向 節(jié)節(jié) 剛性萬向節(jié)剛性萬向節(jié) 柔柔 性性 萬萬 向向 節(jié)節(jié) 等速萬向節(jié)等速萬向節(jié)不等速萬向節(jié)不等速萬向節(jié)準(zhǔn)等速萬向節(jié)準(zhǔn)等速萬向節(jié) 十十 字字 軸軸 式式

7、雙雙 聯(lián)聯(lián) 式式 球球 面面 滾滾 輪輪 式式 凸凸 塊塊 式式 三三 銷銷 軸軸 式式 球球 叉叉 式式 球球 籠籠 式式 圓圓 弧弧 槽槽 滾滾 道道 型型 直直 槽槽 滾滾 道道 型型 伸伸 縮縮 型型 Rzeppa型型 Birfield型型 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 一、單十字軸（不等速 ）萬向節(jié) 組成組成 特點(diǎn)特點(diǎn) 3. 軸向定位方式軸向定位方式 4. 潤滑與密封潤滑與密封 ( Cross Type UJ ) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)

8、 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 一、單十字軸萬向節(jié)（不等速） 1.組成：由主動(dòng)叉、從動(dòng)叉、十字軸、滾針軸承、 軸向定位件和橡膠密封件組成 2.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)度高、耐久性好、傳動(dòng)效率 高、成本低，但夾角不宜過大。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 一、十字軸萬向節(jié) 3.3.軸向定位方式軸向定位方式 十字軸軸頸通過滾針軸承裝在萬向節(jié)叉的孔中，由于滾 針軸承不能承受軸向力，所以在結(jié)構(gòu)上要采取軸向定位措 施。為延長壽命，要進(jìn)行潤滑。 常見的滾針軸承軸向定位方式： 蓋板式、 卡環(huán)式、 瓦蓋固定式 塑料環(huán)定位式 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方

9、案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 塑料環(huán)定位結(jié)構(gòu)塑料環(huán)定位結(jié)構(gòu) 彈性蓋板定位結(jié)構(gòu)彈性蓋板定位結(jié)構(gòu) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 一、十字軸萬向節(jié) 4.潤滑與密封： 徑向密封徑向密封 端面密封端面密封 一次潤滑的一次潤滑的 多刃油封多刃油封 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 雙刃口復(fù)合油封雙刃口復(fù)合油封 十字軸式萬向節(jié)的損十字軸式萬向節(jié)的損 壞常常是以十字軸軸壞常常是以十字軸軸 頸和滾針軸承的磨損頸和滾針軸承的磨損 為標(biāo)志的，因此潤滑為標(biāo)志的，因此潤滑 和密封直接影響萬向和密封直接影響萬向 節(jié)的使用壽命。節(jié)的使用壽命。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)

10、院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 滾針軸承定位、潤滑與密封 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 二、準(zhǔn)等速萬向節(jié) 1. 雙聯(lián)式萬向節(jié)雙聯(lián)式萬向節(jié) 2. 凸塊式萬向節(jié)凸塊式萬向節(jié) 3. 三銷軸式萬向節(jié)三銷軸式萬向節(jié) 4. 球面滾輪式萬向節(jié)球面滾輪式萬向節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 二、準(zhǔn)等速萬向節(jié) 1. 雙聯(lián)式萬向節(jié) 特點(diǎn)：雙聯(lián)式萬向節(jié)實(shí)際上是由兩個(gè)十字軸萬向節(jié)組 合而成。允許兩軸間

11、的夾角較大（可達(dá)50）。 軸承密封性能好，效率高， 工作可靠；不需特殊的工藝設(shè) 備；但外形尺寸較大，零件數(shù) 目多，傳遞的轉(zhuǎn)矩受滾針軸承 許用擠壓應(yīng)力的限制。 用途：多用于軍用越野轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 2. 凸塊式萬向節(jié) 特點(diǎn)：凸塊式萬向節(jié)相當(dāng)于一種雙聯(lián)式萬向節(jié)。 工作可靠，加工簡單， 允許的夾角較大（50）； 工作面為全滑動(dòng)摩擦， 傳遞轉(zhuǎn)矩大，效率低， 易磨損，對(duì)密封和潤 滑要求高。 用途：多用于中型以上越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。 二、準(zhǔn)等速萬向節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工

12、程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 二、準(zhǔn)等速萬向節(jié) 3. 三銷軸式萬向節(jié) 三銷軸式萬向節(jié)由2個(gè)偏心軸叉、2個(gè)三銷軸和6個(gè)滾針 軸承組成。 特點(diǎn)：三銷軸式萬向節(jié) 所允許的最大夾角為45， 外形尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 毛坯需精鍛。 用途：少數(shù)中、重型軍用越野車 為獲得較小的轉(zhuǎn)彎直 徑，提高汽車的機(jī)動(dòng)性，在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋采用。 原理圖原理圖 允許相鄰兩軸有較大的交角，最大允許相鄰兩軸有較大的交角，最大 可達(dá)可達(dá)45o 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 二、準(zhǔn)等速萬向節(jié) 4. 球面滾輪式萬向節(jié) 特點(diǎn)：球面滾輪式

13、萬向節(jié)所允許的最大夾角為43， 加工較為容易。 用途：較廣泛。 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4. 球面滾輪式萬向節(jié) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 準(zhǔn)等速準(zhǔn)等速萬向節(jié)萬向節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 三、等速萬向節(jié) 1. 球叉式萬向節(jié)球叉式萬向節(jié) 2.球籠式萬向節(jié)球籠式萬向節(jié) Rzeppa型型 伸縮型伸縮型 Birtleld型型 圓弧槽式和直槽式圓弧槽式和直槽式 等速傳動(dòng)原理

14、 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 三、等速萬向節(jié) 錐齒輪傳動(dòng)原理 兩個(gè)同樣的錐齒輪相互兩個(gè)同樣的錐齒輪相互 嚙合傳動(dòng)，從動(dòng)齒輪與主嚙合傳動(dòng)，從動(dòng)齒輪與主 動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速必然是相同動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速必然是相同 的。的。球籠式萬向節(jié)和球叉球籠式萬向節(jié)和球叉 式萬向節(jié)就屬于這一種。式萬向節(jié)就屬于這一種。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 三、等速萬向節(jié) 1. 球叉式萬向節(jié) 根據(jù)其鋼球滾道的形狀可分為圓弧槽式和直槽式。 n

15、 圓弧槽型球叉式圓弧槽型球叉式 傳動(dòng)夾角小于傳動(dòng)夾角小于 3 32 2，磨損快，用，磨損快，用 于輕中型越野車轉(zhuǎn)于輕中型越野車轉(zhuǎn) 向驅(qū)動(dòng)橋向驅(qū)動(dòng)橋 當(dāng)萬向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心轉(zhuǎn)動(dòng)任何角度時(shí)， 傳力鋼球中心始終在滾道中心線兩圓的交點(diǎn)兩圓的交點(diǎn)上， 從而保證輸出軸與輸入軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)等速轉(zhuǎn)動(dòng)。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 三、等速萬向節(jié) 1. 球叉式萬向節(jié) n直槽滾道型球叉式直槽滾道型球叉式 傳動(dòng)夾角小于傳動(dòng)夾角小于2020，兩叉兩叉 間允許間允許一定量的滑動(dòng)一定量的滑動(dòng)，用，用 于斷開式驅(qū)動(dòng)橋于斷開式

16、驅(qū)動(dòng)橋 在許多轎車上的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，該萬向節(jié)可補(bǔ)償 半軸在擺動(dòng)時(shí)的長度變化，而不需要滑動(dòng)花鍵。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 三、等速萬向節(jié) 2.球籠式萬向節(jié) 球籠式萬向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種等速萬 向節(jié)，可分為帶分度機(jī)構(gòu)和不帶分度機(jī)構(gòu)兩種。 主要有Rzeppa型、Birtleld型和伸縮型等三種球 籠式萬向節(jié)。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 三、等速萬向節(jié) 2.球籠式萬向節(jié) （1）Rzeppa型

17、等速萬向節(jié) 鋼球由球籠保持在同一平面內(nèi)。當(dāng)萬向節(jié)兩軸間的夾角變化時(shí)， 靠分度桿撥動(dòng)導(dǎo)向盤，并帶動(dòng)球籠使6個(gè)鋼球處于軸間夾角的平分面上 萬向節(jié)6個(gè)鋼球全部傳遞轉(zhuǎn)矩，兩軸間的最大夾角可達(dá)3537 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 三、等速萬向節(jié) 2.球籠式萬向節(jié) （2）Birfield型球籠等速萬向節(jié) Rzeppa型的改進(jìn)形式 取消了分度桿，球形殼 和星形套的滾道做得不 同心，使其圓心對(duì)稱地 偏離萬向節(jié)中心。 這樣，即使軸間夾角為0， 靠內(nèi)、外子午滾道的交叉 也能將鋼球定在正確位置。 RF節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)

18、電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 （2 2）BirfieldBirfield型球籠等速萬向節(jié)型球籠等速萬向節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 BirfieldBirfield萬向節(jié)萬向節(jié)滾道截面滾道截面 （2）Birfield型球籠等速萬向節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 （2）Birfield型球籠等速萬向節(jié) 特點(diǎn)：承載

19、能力和耐沖擊能力強(qiáng)，效率高，結(jié) 構(gòu)緊湊，安裝方便，應(yīng)用廣泛；但是滾道的制造精 度高，成本較高。 主要用于獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋靠近轉(zhuǎn)向輪一側(cè)。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 三、等速萬向節(jié) 2.球籠式萬向節(jié) （3）伸縮型球籠等速萬向節(jié) 外滾道為直槽，可伸縮， 省去滑動(dòng)花鍵，結(jié)構(gòu)簡 單，效率高 這種萬向節(jié)允許的最大 工作夾角為20 用于獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng) 橋靠近主減速器一側(cè) VL節(jié)節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案

20、分析 （3 3）伸縮伸縮型球籠等速萬向節(jié)型球籠等速萬向節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 四、撓性萬向節(jié) 撓性萬向節(jié)依靠橡膠盤、橡膠金屬套筒、鉸接塊、 六角環(huán)形橡膠圈等多種形狀和類型橡膠彈性元件的彈性 變形，來保證在相交兩軸(兩軸夾角不大或有一定軸向 位移)間傳動(dòng)時(shí)不發(fā)生干涉(可省去伸縮花鍵 )。 (a) 具有球面對(duì)中機(jī)構(gòu)的撓性萬向節(jié)具有球面對(duì)中機(jī)構(gòu)的撓性萬向節(jié) (b) 具有軸向變形的撓性萬向節(jié)具有軸向變形的撓性萬向節(jié) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-

21、4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 四、撓性萬向節(jié) 六角環(huán)形橡膠圈六角環(huán)形橡膠圈 所用橡膠的所用橡膠的 力學(xué)特性：力學(xué)特性： 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 相對(duì)收縮率相對(duì)收縮率 肖氏硬度肖氏硬度 擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力 切變模量切變模量G 工作溫度工作溫度 。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 四、撓性萬向節(jié) 特點(diǎn)： q靠彈性零件傳遞動(dòng)力，能減小扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、動(dòng) 載荷、噪聲 q結(jié)構(gòu)簡單，不用潤滑 q用于兩軸間夾角不大于（35），且軸向 位移小的場合 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬

22、向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-2 2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 四、撓性萬向節(jié) 用途： q轎車三萬向節(jié)傳動(dòng)中的靠近 變速器的第一節(jié) q重型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之 間 q越野車變速器與分動(dòng)器之間， 以消除制造安裝誤差和車架 變形對(duì)傳動(dòng)的影響 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、 單十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng) 2. 轉(zhuǎn)矩變化 1. 轉(zhuǎn)速變化 3. 附加彎曲力矩 二、 普通十字軸式雙萬向節(jié)傳動(dòng) 三、 普通十字軸式多萬向節(jié)傳動(dòng) 作業(yè)與思考題作業(yè)與思考題 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)

23、計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) A 普通十字軸萬向節(jié)的主動(dòng)軸 與從動(dòng)軸轉(zhuǎn)角間的關(guān)系式為 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、 單十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng) costantan 21 OQ QA tan 1 1 OQ QA tan 1 2 cos 1 1 QA QA 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 所以，在所以，在保持不變的條件下，保持不變的條件下，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速比速比也是周期為也是周期為180的周期性函的周期性函 數(shù)數(shù) 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、 單十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng) 設(shè)萬向節(jié)夾角保持不變，

24、將上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，并 且把 用 表示，則得 2 1 1 22 1 2 cossin1 cos （不等速性） tansin 1 min2max2 k 1. 轉(zhuǎn)速變化轉(zhuǎn)速變化 轉(zhuǎn)速不均勻性系數(shù)轉(zhuǎn)速不均勻性系數(shù) 1 2 cos 是周期為是周期為180的周期性函數(shù)的周期性函數(shù) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、 單十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng) 2.轉(zhuǎn)矩變化 如不計(jì)萬向節(jié)內(nèi)的摩擦損失，應(yīng)該保持功率平衡，即： 2211 TT cos cossin1 1 22 11 2 1 2 TTT 當(dāng) 21 /最大時(shí)，從

25、動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩最大cos/ 1max2 TT 21 /最小時(shí)，從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩最小cos 1min2 TT 當(dāng) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、 單十字軸式萬向節(jié)傳動(dòng) 3. 附加彎曲力矩的大小及變化特點(diǎn) 時(shí)當(dāng), 0 1 時(shí)當(dāng) 2 3 , 2 1 sin 1 2 TT 從動(dòng)叉上附加彎矩 tan 1 1 TT 主動(dòng)叉上附加彎矩 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、 單十字軸式萬向節(jié)

26、傳動(dòng) 3. 附加彎曲力矩的大小及變化特點(diǎn) 附加彎矩的一般式 1 42 1 222 2 121 2 2 2 1 2 S cossincossin21tancos2TTTTTT 當(dāng)當(dāng)T T1 1和和一定時(shí)，附加彎矩的變化周期為一定時(shí)，附加彎矩的變化周期為，即每，即每 一轉(zhuǎn)變化兩次，一轉(zhuǎn)變化兩次， 它可激起與萬向節(jié)相連機(jī)件的彎曲振動(dòng)，如在主從 動(dòng)軸支承上引起周期性變化的徑向載荷（振動(dòng)）。 1 42 1 222 2 121 2 2 2 1 2 S cossincossin21tancos2 TT TTTT 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3 萬向

27、傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 如果主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速1不變，則從動(dòng)叉軸周期性加速、減速旋 轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的慣性力矩為 當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速很高，且輸入、輸出軸之間夾角較大時(shí)，由 于從動(dòng)叉軸旋轉(zhuǎn)的不均勻加劇所產(chǎn)生的慣性力矩可能會(huì)超過 結(jié)構(gòu)許用值，應(yīng)采取有效方法降低慣性力矩。 222 JT c /rad1000 cossin1 2sinsincos 角加速度從動(dòng) 2 1 22 1 22 1 2 s 叉軸 180003on時(shí)，當(dāng) 3. 附加彎曲力矩的大小及變化特點(diǎn) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析

28、%)6.9120( 4 | o 2 max12max 時(shí)，誤差不大于當(dāng) 4. 單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的最大轉(zhuǎn)角差 當(dāng)傳動(dòng)軸夾角較小時(shí)，單萬向節(jié)的最大轉(zhuǎn)角差 簡化公式： costan1 cos1tan tantan1 tantan tantan 2 2 2 21 22 12 對(duì)此式求導(dǎo)，并使其為零， 得轉(zhuǎn)角差的極值。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 二、雙萬向節(jié)傳動(dòng)(普通十字軸式萬向節(jié)) 為克服單萬向節(jié)傳動(dòng)代來的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了雙萬向節(jié)傳動(dòng)， 要使得處于同一個(gè)平面內(nèi)的輸出軸與輸入軸處于同一個(gè)平面

29、內(nèi)的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn) ，需 滿足如下條件： (1) 與傳動(dòng)軸相連的兩個(gè)萬向節(jié)叉布置在同一平面內(nèi)。 (2) 兩萬向節(jié)與傳動(dòng)軸的夾角相等 1 2 1 3 cos cos tg tg Z形布置形布置W形布置形布置 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 二、雙萬向節(jié)傳動(dòng)(普通十字軸式萬向節(jié)) Iveco 前轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋（非獨(dú)立懸架） 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-3 3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 二、 雙萬向節(jié)傳動(dòng)(普

30、通十字軸式萬向節(jié)) 在雙萬向節(jié)傳動(dòng)中，直接與輸入軸和輸出軸相連的萬向 節(jié)叉所受的附加彎矩分別由相應(yīng)軸的支承反力平衡。 圖圖4-6 附加彎矩對(duì)傳動(dòng)軸的作用附加彎矩對(duì)傳動(dòng)軸的作用 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 三、 多萬向節(jié)傳動(dòng)（普通十字軸式萬向節(jié)） 建立在單萬向節(jié)運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上建立在單萬向節(jié)運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上 （各軸線在同一平面內(nèi)）（各軸線在同一平面內(nèi)） 1III costantan 2IIIII costantan 3IIIIV costantan 32 1 IV I coscos cos tan tan I II

31、 III IV 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 三、 多萬向節(jié)傳動(dòng) 多萬向節(jié)傳動(dòng)的從動(dòng)叉相對(duì)主動(dòng)叉的轉(zhuǎn)角差 (rad)的 計(jì)算公式可寫成 假如多萬向節(jié)傳動(dòng)的各軸軸線均在同一平面，且各傳動(dòng) 軸兩端萬向節(jié)叉平面之間的夾角為0或 /2，則當(dāng)量夾角為 式中的正負(fù)號(hào)的確定：當(dāng)?shù)谝蝗f向節(jié)的主動(dòng)叉處在各軸軸線所 在的平面內(nèi)，在其余的萬向節(jié)中，如果其主動(dòng)叉平面與此平面重 合定義為正，與此平面垂直定義為負(fù)。 )(2sin 4 1 2 e 222 e123 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 思考

32、題思考題 n4.14.1 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足哪些基本要求萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足哪些基本要求? ? n4.24.2 ( (作業(yè)作業(yè)) ) 什么叫不等速萬向節(jié)？什么叫準(zhǔn)等速萬什么叫不等速萬向節(jié)？什么叫準(zhǔn)等速萬 向節(jié)？什么叫等速萬向節(jié)？向節(jié)？什么叫等速萬向節(jié)？ n4.34.3 十字軸式萬向節(jié)，雙聯(lián)式萬向節(jié)，球叉式萬向節(jié)，十字軸式萬向節(jié)，雙聯(lián)式萬向節(jié)，球叉式萬向節(jié)， 球籠式萬向節(jié)球籠式萬向節(jié)各自的特點(diǎn)及適用場合各自的特點(diǎn)及適用場合？ n4.44.4 何謂普通十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性？何謂普通十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性？ n4.54.5 簡述單十字軸式萬向節(jié)受力特點(diǎn)。簡述單十字軸式萬向節(jié)受力特點(diǎn)。 n

33、4.64.6 雙十字軸式萬向節(jié)等速條件是什么？雙十字軸式萬向節(jié)等速條件是什么？ 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、一、萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷 二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 三三、球籠球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、一、萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷 1. 萬向傳動(dòng)軸因布置不同，計(jì)算載荷也不同，計(jì)算方法主要計(jì)算方法主要 有三種，見表有三

34、種，見表4-1 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 載系數(shù)猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng) 分動(dòng)器傳動(dòng)比力，日常行駛時(shí)的平均牽引 靜載荷滿載時(shí)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋上的 效率輪之間的傳動(dòng)比、傳動(dòng)主加速器從動(dòng)齒輪到車、 主減速器傳動(dòng)比車輪的滾動(dòng)半徑， 數(shù)輪胎與路面間的附著系 后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)最大加速度時(shí)的前軸、 的靜載荷滿載時(shí)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上 液力變矩器變矩系數(shù) 動(dòng)效率發(fā)動(dòng)機(jī)到傳動(dòng)軸間的傳變速器一擋傳動(dòng)比， 取法見表計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩， d ft 1 mm 0r 2 1 2 0 1 max 12/ ) 1( )24( k iF

35、 G i ir mm G kkk i nTe 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 為汽車滿載質(zhì)量式中， 時(shí)當(dāng) 時(shí)當(dāng) a e a e a e a m T gm T gm T gm f 16195. 00 16195. 0195. 016 100 1 max maxmax j 一、一、萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷 2 汽車的性能系數(shù)汽車的性能系數(shù) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、一、萬向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷萬

36、向傳動(dòng)軸的計(jì)算載荷 3. 對(duì)十字軸萬向節(jié)對(duì)十字軸萬向節(jié) 需計(jì)算需計(jì)算 十字軸、萬向節(jié)叉、十字軸、萬向節(jié)叉、 凸緣、十字軸軸承凸緣、十字軸軸承 和緊固件和緊固件 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 十字軸的損壞形式主要有十字軸軸頸和滾珠軸承的磨損， 主要失效形式是軸頸根部斷裂，所以在設(shè)計(jì)十字軸萬向節(jié)時(shí)， 應(yīng)保證十字軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 二、

37、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 設(shè)滾針對(duì)十字軸軸頸的作用力合力為 cos2 1 r T F 十字軸軸頸根部的彎曲 應(yīng)力和剪切應(yīng)力為 w 4 2 4 1 1 w 32 dd Fsd 4 2 4 1 4 dd F 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力為 合力F 作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷(N) 萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，彎曲應(yīng)力和扭應(yīng)力應(yīng) 滿足 2 b 2 w 4 L F dd n 1 j ) 11 (272 iZ F F 6 . 4 n ww Fe W bb t Fa W

38、 二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 中碳鋼（中碳鋼（5080MPa） 中碳鋼中碳鋼（80160MPa） 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)效率 與軸間夾角、十字軸 的支撐結(jié)構(gòu)和材料、加工和裝配精度及潤滑條件 等有關(guān)。 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 o 1 0 25 tan2 1 當(dāng) r d f 二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 十字軸常用材料 20CrMnTi、20Cr、20MnVB， 12CrNi3A等低碳合金鋼，軸頸表面滲碳淬火處理 萬向節(jié)叉常用材料 35、40、45中碳或中碳合金鋼 40

39、CrNiMoA，調(diào)質(zhì)處理 滾珠軸承碗材料 一般采用GCr15 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-4 4萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 球籠球籠式萬向節(jié)式萬向節(jié)的失效的失效 形式形式 主要是鋼球與接觸主要是鋼球與接觸 滾道表面滾道表面 的的疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕。 特殊情況下，因熱處理不特殊情況下，因熱處理不 當(dāng)、潤滑不良或溫度過高也當(dāng)、潤滑不良或溫度過高也 會(huì)因磨損而損壞。會(huì)因磨損而損壞。 Rn T P 作用于鋼球的圓周力 三三、球籠球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)式萬向節(jié)設(shè)計(jì) Rzeppa球籠球籠 萬向節(jié)受力圖萬向節(jié)受力圖 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程

40、系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-5 5傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-5 5 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-5 5 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)與其所連接的萬向節(jié)結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常由中 間部分、滑動(dòng)花鍵和端部組成。 傳動(dòng)軸的長度和夾角及它們的變化范圍，由由汽車總布置設(shè) 計(jì)確定。 傳動(dòng)軸中的滑動(dòng)

41、花鍵實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)長度的變化，傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)保 證在傳動(dòng)軸最大長度時(shí)，花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長度， 而在最短時(shí)兩者不頂死。 傳動(dòng)軸的夾角大小影響十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動(dòng) 效率和轉(zhuǎn)速不均勻性。 概概 述述 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-5 5 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 臨界轉(zhuǎn)速 由于傳動(dòng)軸壁厚不均勻，制造誤差，裝 配誤差，造成質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸中心不重合，導(dǎo)致 離心慣性作用，使傳動(dòng)軸產(chǎn)生彎曲振動(dòng)。當(dāng) 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速等于它的彎曲振動(dòng)固有頻率時(shí)， 發(fā)生共振，導(dǎo)致折斷，此轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì)

42、第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-5 5 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) n傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是選擇傳動(dòng)軸長度和斷面尺寸。在 選擇傳動(dòng)軸長度和斷面尺寸時(shí)，要著重考慮使傳動(dòng)軸有足 夠高的臨界轉(zhuǎn)速、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 n所謂傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速是指旋轉(zhuǎn)軸失去穩(wěn)定性的最低轉(zhuǎn)速。 假設(shè)傳動(dòng)軸為斷面均勻一致，兩端自由支承自由支承的彈性梁(簡 支彈性梁)，則離心力為： )( 2 yemF 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-5 5 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 與離心力相平衡的彈性力為 又因?yàn)?故有 認(rèn)為在達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速的角速度時(shí)傳動(dòng)軸將破壞， 即

43、，則有 對(duì)于傳動(dòng)軸管，有 cyP yemF 2 22 /mcemy 0 2 mcc c m 22 0.25 ()mDdL y cyP 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-5 5 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 最終得傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速 為 傳動(dòng)軸軸管的斷面尺寸除應(yīng)滿足臨界轉(zhuǎn)速的要求外，還應(yīng)保證 有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 應(yīng)滿足 對(duì)于傳動(dòng)軸上的花鍵軸，通常以底徑計(jì)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(MPa)。 傳動(dòng)軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力 (MPa)應(yīng)滿足 2 22 8 c 102 . 1 L dD n cc 44 16 () DT Dd h 3 h 16

44、T d hhhh h0 42 TK DdDd L n (r/min) (MPa) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-6 6 中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 在長軸距汽車上，為提高臨界轉(zhuǎn)速，避免共振以及 考慮整體布置的需要，常將傳動(dòng)軸分段。 乘用車為了提高傳動(dòng)系的彎曲剛度、改善傳動(dòng)系彎 曲振動(dòng)特性，減少噪音常常將傳動(dòng)軸分段。 傳動(dòng)軸分段后需加中間支撐。 中間支承一般安裝在車架橫梁上或車身底架上，以 補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度方向的安裝誤差以及由于動(dòng)力 總成(發(fā)動(dòng)機(jī)+離合器+變速器)彈性懸置和車架等變形 所引起的位移。 概述 中北大學(xué) 機(jī)電

45、工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-6 6 中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 圖圖4-16 橡膠彈性中間支撐橡膠彈性中間支撐 目前廣泛采用的 橡膠彈性支撐 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-6 6 中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 擺臂式中間支撐： 能適應(yīng)中間傳動(dòng)軸 軸線的在縱向平面 的位置變化，改善 軸承的受力狀況， 橡膠襯套可適應(yīng)傳 動(dòng)軸軸線在橫向平 面的少量位置變化 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-6 6 中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中

46、間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 圖圖4-18 越野車傳動(dòng)軸中間支承越野車傳動(dòng)軸中間支承 6X66X6越野車越野車，安裝，安裝 在中驅(qū)動(dòng)橋上的中在中驅(qū)動(dòng)橋上的中 間支撐。采用兩個(gè)間支撐。采用兩個(gè) 滾錐軸承承受滑動(dòng)滾錐軸承承受滑動(dòng) 花鍵伸縮引起的花鍵伸縮引起的 方向變化的軸向力， 同時(shí)平衡萬向節(jié)附 加彎矩。 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-6 6中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 中間支承懸置質(zhì)量 的固有頻率 按下式計(jì)算 在設(shè)計(jì)中間支承時(shí)，應(yīng)合理選擇其彈性元件的徑 向剛度 ，使固有頻率 對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速 (r/min)盡可能低于傳動(dòng)軸的常用轉(zhuǎn)速范圍

47、， 以避免共振，保證隔振效果好。 RRR 111 222 CC gC g f mmgG m R Cf fn60 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4-4-6 6中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) n作業(yè)： n教材 練習(xí)題 4-2、4-3 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) n課后大作業(yè)：一輛輕型載貨汽車總質(zhì)量一輛輕型載貨汽車總質(zhì)量3500kg，整，整 備質(zhì)量備質(zhì)量1560kg，最大車速，最大車速90km/h。根據(jù)以上數(shù)據(jù)以。根據(jù)

48、以上數(shù)據(jù)以 及以前大作業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果，參考成熟車型，為該車的萬及以前大作業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果，參考成熟車型，為該車的萬 向傳動(dòng)裝置進(jìn)行方案分析和選擇，確定結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行方案分析和選擇，確定結(jié)構(gòu)方案，進(jìn) 行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析，設(shè)計(jì)出適用的萬向節(jié)；并行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析，設(shè)計(jì)出適用的萬向節(jié)；并 進(jìn)一步完成傳動(dòng)軸的分析與設(shè)計(jì)。進(jìn)一步完成傳動(dòng)軸的分析與設(shè)計(jì)。 n思考題： n1. 萬向傳動(dòng)軸計(jì)算載荷如何確定？ n2. 中間支承的固有頻率如何計(jì)算？ 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 例題例題1 某商用車萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)某商用車萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) n某商用車總質(zhì)量為14

49、t，采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置 后輪驅(qū)動(dòng) 1 萬向節(jié)方案 總質(zhì)量大、軸距長的商用車: 多采用普通十字軸 萬向節(jié)傳動(dòng) 2 傳動(dòng)軸的形式 傳動(dòng)軸為開式圓管狀，由前/后傳動(dòng)軸和中間支撐 組成 中間支撐為圓錐滾子軸承，以提高壽命 采用組焊套管節(jié)叉（改善工藝性、降低傳動(dòng)噪聲）， 加防塵裝置 中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 車輛與動(dòng)力工程系 汽車設(shè)計(jì) 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 例題例題1 某商用車萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)某商用車萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 3 設(shè)計(jì)依據(jù) (1) 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù) 型號(hào)：EQB210直列六缸柴油機(jī) 最大功率：155kW2500r/min 最大扭矩： 658N.m1600r/min (2)變速器 最小傳動(dòng)比0.8 最大傳動(dòng)比6.938 (3)傳動(dòng)軸布置參數(shù) 前傳動(dòng)軸L1 = 1090mm，后傳動(dòng)軸L2 = 14001450mm 初選軸管外徑90mm，壁厚3.5mm 中北