吉林大學(xué)汽車設(shè)計(jì)課件第四章

第四章萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)第一節(jié)概述第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算第五節(jié)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)第六節(jié)中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)第四章萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)第一節(jié)概述1第一節(jié)概述功用：相對位置變化的軸間傳遞轉(zhuǎn)矩、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)要求1.

保證所連接的兩軸在一定的軸間夾角變化范圍內(nèi)，能可靠地傳遞動(dòng)力;2.

保證所連接的兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn);3.

萬向節(jié)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，結(jié)構(gòu)簡單，制造維修容易。第一節(jié)概述功用：第一節(jié)概述萬向節(jié)的應(yīng)用(a）變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間

(b)多軸驅(qū)動(dòng)的汽車的分動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)橋之間或驅(qū)動(dòng)橋與驅(qū)動(dòng)橋之間

(c)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間（由于車架的變形造成軸線間相互位置變化的兩傳動(dòng)部件）

(d)采用獨(dú)立懸架的汽車差速器之間

(e)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)車橋的差速器與車輪之間

(f)汽車的動(dòng)力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中第一節(jié)概述萬向節(jié)的應(yīng)用(a）變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間

(b)第一節(jié)概述萬向節(jié)的分類第一節(jié)概述萬向節(jié)的分類第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析一、結(jié)構(gòu)方案分析第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析一、結(jié)構(gòu)方案分析第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析一、結(jié)構(gòu)方案分析第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析一、結(jié)構(gòu)方案分析第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析二、十字軸式萬向節(jié)1.組成主、從動(dòng)叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件、橡膠密封件2.滾針軸承的軸向定位方式第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析二、十字軸式萬向節(jié)第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析二、十字軸式萬向節(jié)2.滾針軸承的軸向定位方式※有軸向竄動(dòng)將使傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡狀態(tài)遭受破壞。

第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析二、十字軸式萬向節(jié)※有軸向竄動(dòng)將第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)1.轉(zhuǎn)速關(guān)系第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)2.不等速分析假設(shè)主動(dòng)軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢，這就是十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性。用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)K來表示（a越大，K越大，轉(zhuǎn)動(dòng)越不均勻）第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)3.從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩若忽略摩擦損失，則輸入、輸出軸上的功應(yīng)相等假設(shè)輸入軸轉(zhuǎn)矩T1不變，則：當(dāng)T1與α一定時(shí)，T2在最大值與最小值之間每轉(zhuǎn)變化兩次。減少α角或采用撓性萬向節(jié)可以減小T2的振幅。第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析二、雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)對于一個(gè)萬向節(jié)傳動(dòng)軸，主動(dòng)軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)，則從動(dòng)軸不等速轉(zhuǎn)動(dòng)，且α愈大，轉(zhuǎn)動(dòng)的不等速性愈大。對于雙萬向節(jié)傳動(dòng)軸，若要使輸入軸和輸出軸等速旋轉(zhuǎn)，需滿足以下條件：傳動(dòng)軸兩端的萬向節(jié)叉位于同一平面內(nèi)；兩萬向節(jié)夾角相等，即α1=α2。第三節(jié)萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析二、雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、計(jì)算載荷第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、計(jì)算載荷第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、計(jì)算載荷日常平均牽引力計(jì)算載荷應(yīng)用：靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷TS取TSe1和TSS1（或TSe2和TSS2）較小值進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷TS取TSF1或TSF2第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、計(jì)算載荷第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)1.損壞方式十字軸軸頸、滾針軸承磨損；十字軸軸頸、滾針軸承碗表面出現(xiàn)壓痕和剝落；十字軸軸頸根部斷裂。第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)2.軸頸根部強(qiáng)度計(jì)算作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力：T1為計(jì)算轉(zhuǎn)矩；為主、從動(dòng)叉軸的最大夾角。軸頸根部的彎曲應(yīng)力: =250~350MPa軸頸根部的剪切應(yīng)力:

=80~120MPa第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)3.滾針軸承接觸強(qiáng)度

其中：Lb為滾針工作長度(mm)，

L為滾針總長度(mm) Fn為一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷(N)；當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力[σj]=3000～3200MPai——滾針列數(shù)； Z——每列中的滾針數(shù)。第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)i——滾針列數(shù)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)4.萬向節(jié)叉強(qiáng)度計(jì)算萬向節(jié)叉在與十字軸聯(lián)接處，產(chǎn)生支承反力；與十字軸軸孔中心線成45oB-B截面處為危險(xiǎn)截面；彎曲應(yīng)力 =50~80MPa扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 =80～160MPa第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)5.萬向節(jié)的傳動(dòng)效率通常約為97%～99％。

第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)1.Rzeppa型球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)假定帶分度機(jī)構(gòu)的Rzeppa型球籠萬向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)六個(gè)傳力鋼球均勻受載，則鋼球的直徑可按下列經(jīng)驗(yàn)公式確定：式中d為傳力鋼球直徑（mm），T1計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.mm）；計(jì)算鋼球直徑應(yīng)圓整并取最接近國家標(biāo)準(zhǔn)的直徑。第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)1.Rzeppa型球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)當(dāng)鋼球的直徑d確定后，其中的球籠、星形套等零件及有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸，可參考圖4-15并按如下關(guān)系確定。第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)2.Birfield型球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)以與星形套連接軸的直徑ds作為萬向節(jié)的基本尺寸式中T1為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，SF為使用因素，對于無振動(dòng)的理想傳動(dòng)取0，有輕微振動(dòng)的取1.2-1.5，有中等振動(dòng)的取1.7-2.0，振動(dòng)十分嚴(yán)重的取2.7-3.6。第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)2.Birfield型球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)Birfield型球籠萬向節(jié)系列數(shù)據(jù)（表4-4）第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)3.撓性萬向節(jié)設(shè)計(jì)盤式撓性萬向節(jié)橡膠盤的拉應(yīng)力和擠壓應(yīng)力應(yīng)滿足式中Tmax為萬向節(jié)靜強(qiáng)度計(jì)算轉(zhuǎn)矩，i為一個(gè)萬向節(jié)叉上的螺栓數(shù)，R為橡膠盤平均半徑，R1、R2為橡膠盤外、內(nèi)半徑，b為橡膠盤厚度，d0為螺栓孔直徑許用拉應(yīng)力12-15MPa，許用擠壓應(yīng)力8MPa。第四節(jié)萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)第五節(jié)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)由傳動(dòng)軸及其兩端焊接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成。一般設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的滑動(dòng)花鍵，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)長度的變化。為了減小滑動(dòng)花鍵的軸向滑動(dòng)阻力和磨損，對花鍵齒進(jìn)行磷化處理或噴涂尼龍層在花鍵槽中放入滾針、滾柱或滾珠等滾動(dòng)元件，以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，提高傳動(dòng)效率對于有嚴(yán)重沖擊載荷的傳動(dòng)，采用彈性傳動(dòng)軸花鍵應(yīng)有潤滑及防塵措施，花鍵齒與鍵槽間隙不宜過大，且應(yīng)按對應(yīng)標(biāo)記裝配，以免裝錯(cuò)破壞傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。第五節(jié)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)第五節(jié)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速當(dāng)傳動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動(dòng)頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動(dòng)軸有折斷危險(xiǎn)的轉(zhuǎn)速，它決定于傳動(dòng)軸的尺寸、結(jié)構(gòu)及支承情況。在設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸時(shí)，取安全系數(shù)k=1.2-2.0，精確動(dòng)平衡、高精度的伸縮花鍵及萬向間隙比較小時(shí)取k=1.2第五節(jié)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速第六節(jié)中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支承在長軸距汽車上，為了提高臨界轉(zhuǎn)速、避免共振及考慮整車總體布置上的需要，常將傳動(dòng)軸分段；在乘用車中為了提高傳動(dòng)系的彎曲剛度、改善傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)特性、減小噪聲，也將傳動(dòng)軸分段。當(dāng)傳動(dòng)軸分段時(shí)，需要加設(shè)中間支承。第六節(jié)中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支承第六節(jié)中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支承的位置通常安