第四章万向节和传动轴设计

2020/5/27，1，1，1，第四章万向轴设计，4.1概述4.2万向轴结构方案分析4.4万向轴传动的运动和受力分析4.5万向轴结构分析和设计4.6中间支撑结构分析和设计，2020/5/27，2，4.1概述，发动机起作用，前后驱动汽车变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的万向轴传动全轮驱动的汽车变速器、变速器、变速器和前后驱动桥之间的自由传动装置。 由于大型车辆需要通过总装备使离合器离开变速器，因此也经常使用万向传动装置连接两组件。 驱动桥车轮能够在最大范围内任意偏转角度，不断传递动力。 其半轴段。 左右半轴角度根据行驶的需要而不同。 在半轴和车轮之间，经常使用球叉式或球笼式等速接头传动。 2020/5/27、3、2020/5/27、4、2、设计要求：如果所连接的两个轴的相对位置在预期范围内变化，则可以可靠地进行传送。 保证连接的2轴均匀旋转，角度变化引起的动负荷在允许范围内。 传动效率高，寿命长，结构简单，制造方便。 三、设计依据发动机参数标准法规要求： QC/T290821992汽车传动轴装配技术条件QC/T5231999汽车传动轴装配台架试验方法，2020/5/27，5，5，3，分类接头根据扭矩方向是否有明显的弹性前者通过部件的铰链式连接传递动力，后者通过弹性部件传递动力，具有缓冲减振作用。 不等速接头是指接头连接的两轴角度大于零时，在输出轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动，但平均角速度比为1的接头。 准等速接头是指以设计角度运动时以等于1的瞬时角速度比传递运动，以其他角度运动时以接近1的瞬时角速度比运动的接头。 以输出轴和输入轴等于1的瞬时角速度比传递运动的关节称为等速关节。 2020/5/27、6、2020/5/27、7、4.2接头结构方案主要分析了十字轴接头的十字轴接头主要由从动叉、十字轴、滚针轴承和轴向定位件及橡胶密封件等构成. 其中滚针轴承的轴向定位方式和油封很重要。 十字轴接头结构简单，强度高，耐久性高，传动效率高，生产成本低。 但是，连接的2轴的角度不要太大。 一般为1520，应用卡车。 实验表明，如果角度从4增加到16，滚针轴承的寿命将降低到原来寿命的1/4。 2020/5/27，9，9，十字轴式刚性接头传动不等速单十字轴式刚性接头在输入轴和输出轴之间有角度时，其两轴的角速度不相等。 (1)主动叉位于垂直位置，十字轴平面垂直于主动轴。 (2)主动叉位于水平位置，十字轴平面垂直于从动轴。 2020/5/27，10，双联接标准等速接头由两个十字轴接头组成。 连接两个轴的角度大。 一般适用50辆军用越野车。 北京切罗基越野车变压器和前传动轴延安XL2150是转向驱动桥的凸块式接头也是二连式接头，两凸块相当于位于二连接装置两端的同一平面上的两接头叉的中间轴和两十字销，为2020/5/27 但工作面均由于折动摩擦效率低，易磨损，对密封和润滑要求高。 这个主要用于中型越野车。 滑块WM300的前轴三销接头的三销接头，可连接的两轴的最大角度为45，容易密封。 但外形尺寸大，零件形状复杂，该结构目前已用于个别中、大型越野车的驱动桥。 东风eq 2080，2020/5/27，12，等速万向节的基本原理：在结构上保证万向节工作中的传递点始终位于双轴交点的二等分面上。 两齿轮的接触点p位于两齿轮的轴交角的二等分面上，从p到两轴的垂直距离等于r。在p点，两个齿轮的圆周速度相等，两个齿轮旋转的角速度也相等。 以这种方式，如果接头的传输点在其交叉角改变时总是位于角平分平面内，则两个接头轭能够保持等角速度的关系。 现在广泛采用的球窝接头和球笼接头是基于这一原理制作的。 图16.12等速万向节的工作原理，2020/5/27、13，滚珠万向节按钢球轨道形状分为圆弧槽和直槽。 圆弧槽型：双球叉上圆弧槽中心线是以o1和o2为中心半径相等的圆，o1o=o2o的距离相等。 若接头的两轴以定心钢球的中心o为中心以任意角度旋转，则传动钢球始终位于轨道中心的两圆的交点，保证输出轴和输入轴等速旋转。 该接头结构简单，传动角度：3233。 4个钢球在两个方向受力，单位压力越大磨损越快。 这种接头只有在传动钢球和轨道有一定的作用力的情况下才能保证等角速传动。 适用轻型越野车的驱动桥。三、等速万向节球窝接头、2020/5/27、14、直槽滚道型球窝接头(图4-1b )、两个球窝接头的直槽和轴的中心线以相同角度倾斜，相互对称。 两叉子之间的沟里有四个钢球。 两叉槽的位置对称，保证四个钢球的中心位于两轴所成角的二等分面。 加工比较容易，允许的轴间角度为20以下，允许两叉之间有一定量的轴间滑动。 应用断路式转向桥。 轴向可伸缩，2020/5/27、15，图16.15滚珠接头配置在驱动桥上1-定位销2-锁销3-从动叉4-径向推力轴承5-传动钢球6-主销7-油封8-推力轴承9-主动叉10-传感器16、2 .球窝接头简称为RF接头，球窝接头是目前应用最广泛的等速接头。 Rzeppa型滚珠丝杆式接头带分度棒，6个传动钢球由滚珠丝杆4保持在同一平面内。 接头的两轴之间的角度变化时，用比例适当的分度棒6移动导向盘5，移动滚珠丝杠4，使6个钢球2位于轴之间的角度的二等分面。 经验表明，轴之间的角度较小时，分度棒为必要的轴之间的角度大于11时，仅通过球壳与星形盖子子午轨道的交叉就可以将钢球定位在正确的位置。 当两个轴之间的角度达到35度到37度时，该等速关节将起作用。 图4-2Rzeppaz型球架式接头1-球架2-球架3-星架4-球架5-导轨6-索引杆、2020/5/27、17、Birfield型球架式接头(棒场)、 Birfield型球笼式接头取消了索引条，球笼和星笼轨道形成了不同的心，其中心从接头中心对称偏移。 即使轴间角度为0，也能够通过内外子轨道的交叉将钢球定位在正确的位置。 该接头允许的工作角达到42。 6个钢球同时传递扭矩，其承载能力和抗冲击性强，效率高，结构紧凑，安装方便，应用广泛。 但是轨道的制造精度高，成本高。 在图4-3Birfield型球笼式接头的情况下，内外轨道的横截面为椭圆形，连接接触点和球心的线与通过球心的半径线成45度，椭圆在接触点的曲率半径为钢球半径的1.031.05倍。 承受负荷时，钢球与轨道的接触点实质上为椭圆形的接触区域。 折动轨迹，单圆弧：椭圆：2020/5/27，19，伸缩型笼式接头简称为VL节，伸缩型笼式接头结构接近一般笼式，只有外轨道是直槽。 扭矩传递时，星形套筒与筒形壳体可沿轴向相对移动，因此可省略其他自由致动器的滑动花键。 结构简单，而且轴向相对移动是通过钢球沿内外轨道滚动来实现的，因此与滑动花键相比，滚动阻力小，传动效率高。 此接头的最大允许角度为20。 图4-4伸缩笼式接头、Rzeppa笼式接头主要应用于驱动桥，目前应用较少。Birfield型球笼式接头和伸缩型球笼式接头广泛应用于具有独立悬架的驱动桥，在靠近方向盘的一侧采用Birfield型接头，在靠近差速器的一侧采用伸缩型球笼式接头伸缩型接头还广泛应用于断裂式驱动桥。 2020/5/27，20，RF和VL子句广泛应用于采用独立悬架的轿车驱动桥。 其中RF节用于靠近车轮，VL节用于靠近驱动桥。 RF节和VL节配置在驱动桥上的1 -笼形接头(RF节) 2、4 -防尘罩3 -传动轴(驱动轴)5-伸缩型笼形接头(VL节)、(VL节)、(RF节)、2020/5/27、22、4 -挠性接头的挠性弹性部件的弹性变形量受到限制，挠性接头一般在两轴之间的角度差(35)时仅有微小的轴向位移的自由传动的情况下使用。 例如，可以将固定安装在车架上的两个部件(如发动机和变速器、变速器和变速器)连接在一起，以消除制造误差和车架变形对传动的影响。 另外，还具有能够吸收传动系统的冲击负荷，衰减扭转振动，结构简单，不需要润滑等优点。 2020/5/27、23、连接发动机输出轴和流体机械变速器输入轴的柔性接头。 它主要由螺栓固定在发动机飞轮上的大圆盘、铆接在花键轮毂上的连接圆盘、连接两者的4个弹性连接件以及定心用的中心轴构成。 2020/5/27、24、4.3万向轴传动的运动与受力分析，运动学：十字轴联轴器主，从动轴旋转角关系：即：一、单十字轴联轴器传动，1、2 :主从，自动拨叉旋转角。 1定义为具有关节活动轭的平面与具有关节主从动齿轮的平面之间的角度。 与2和1对应的从动叉角。 2020/5/27，25，如果主从动轴速度关系：，不变，则，周期性地变化2次，其周期用180，时用12主，从动轴的角速度a -主，从动轴所成的角度，十字轴接头的不等速度用转速性不均匀系数k表示，200 如果26、动力学的支承为刚性，并且忽略接头传动的摩擦损失，则主从动机的驱动轴转矩关系为：2/1最小时、从动轴转矩为2/1最大时，从动轴转矩为2020/5/27、27 成为最大，由于主从动机和从动轭的转矩T1、T2作用于不同的平面，所以仅T1、T2不能取得平衡，惯性转矩矢量不关闭，主从动机除了T1以外，还有作用于主从动平面的弯曲转矩t 1、相同的t 2。 主动叉和从动叉的平面上的力矩的大小：达到最大值，、t 1t 2在0到2最大值之间变化，周期为、2020/5/27、28，若知道t 2则对从动轴支承施加周期性变化的径向载荷，连接与此相反的反作用力矩由主动叉轴承受。 同样，t1生成F1j。 从动轴支承和接头的横向载荷：由于附加力矩引起与接头相连的部件的弯曲振动，从动轴支承产生周期性变化的径向载荷，引起振动，使传动轴产生附加的应力和变形，降低传动轴的疲劳强度，因此两轴间的角度主动叉n不变化的情况下，从动轴周期的加减速旋转的惯性力矩：j2-产生从动叉轴旋转质量的惯性力矩的2-从动叉轴的旋转的角加速度1、主、从动轴角度的情况下，从动叉轴的旋转的不均匀进行引起的惯性力矩可能超过结构的允许值必须采取有效措施降低转动惯量。 另外，2020/5/27、30、2、2、2的接头传动由于单交叉接头传动不等速，因此为了使输出轴和输入轴在同一平面上等速旋转，汽车传动系统通常采用双接头传动，使连接在传动轴上的两个接头轭在同一平面上、附加弯矩：I、iii轴：ii轴：2020/5/27、31、附加弯矩的平衡：轴平行、弯矩平衡、弹性弯曲、弯曲振动、轴不平行、弯矩平衡、弹性弯曲、径向力的产生、2020/5/27、32、三、多(无负载/满载)、角加速度振幅、2020/5/27、33、4、准等速万向节传动、双联万向节例如为a、b摆动中心、主动轴偏转角角aa； bbab=ab=ab在abc由正弦定理可知，结构所决定的双接头1、2仅在特定的条件下相等。 因此，在标准等速万向节传动、等角速度传动、2020/5/27、34、5等速万向节传动中，若笼式万向节例如变化，则从万向节中心o到分度棒球的距离m也变化，与笼的旋转角有关，若等速：=0.5，则选择m、a、b 另外，根据图中的几何关系，de/AC=b/(ab ) AC=MSI nao=mcocosacos、4.4接头设计、传动系统计算负荷的决定：TeTc=Temax (离合器)Tg1=Temax (变速器输入)Tgi (变速器输出)接头(三种)、一、二、三主要的方法有三种。 计算2020/5/27、36、式中：Temax发动机最大转矩n-驱动桥数，将方法表示为表4-2所示的I1-变速器的变速比-发动机与自由轴间的传动效率k-转矩变换器的转矩系数、k=(ko-1)/2 l， ko是最大转矩系数g2-满载状态下一个驱动桥上的静载荷(n ) m 2-汽车的最大加速度时的后轴负载转移系数，乘用车： m 2=1.21. 4，卡车： m 2=1.11. 2-轮胎与路面的附着系数相对于安装有普通轮胎的道路用汽车， 在良好的混凝土和沥青路面上，为0.85，对于安装防侧滑轮胎的轿车，为1.25，对于越野车，值发生较大变化，一般为1的rr车轮的滚动半径(m) I。 -主减速机齿轮比im-从主减速机的从动齿轮到车轮的齿轮比m-主减速机的驱动齿轮与车轮间的传递效率g1-满载状态下的驱动桥上的静载荷(n ) m 1-汽车的最大加速度时的前轴载荷转移系数，轿车： m 1=0. 800.85，卡车： m 1=0. 750.90； 2020/5/27，37，ft-日常平均牵引力(n) :Ft=Ga*(fa fj f )计算表达式中的ga汽车满足总质量要求，fa -道路的爬坡能力系数(包括拖车)要求汽车在设计时能够继续爬坡，不是坡度。 轿车0.08卡车，城市客车0.050.09长途客车0.060.10越野车0.090.030f滚动阻力系数轿车0.0100.015； 卡车0.0150.020越野车0.0200.035、fj-性能系数、if-传动比、取向表4-2所示基于KD-急速离合器的动负荷系数在流体自动变速器中为kd=1，在具有手动操作的机械变速器的高性能赛车中为kd=3， 性能系数fj=0的汽车(一般卡车、矿山用汽车