吉林大学珠海学院汽车设计第四章

第四章万万向传动轴轴设计第一节概概述第二节万万向节结结构方案分分析第三节万万向传动动的运动和和受力分析析第四节万万向节设设计第五节传传动轴结结构分析与与设计回主目录第一节概概述一、万向向传动轴的的功用：用于在工作作中相对位位置不断变变化的两根根轴间的的动力力和运动传传递。二、万向传传动轴应满满足的基本本设计要求求1.

所连连接的两轴轴，在一定定的轴间夹夹角变化范范围内，能能可靠地传递递动力;2.

保证证所连接的的两轴尽可可能等速运运转;3.

由于于万向节夹夹角的存在在而产生的的附加载荷荷、振动和和噪声应在在允许范围围内;4.

传动动效率高，，使用寿命命长，结构构简单，制制造维修容容易。三、万向传传动轴的组组成万向传动轴轴由三部分分组成：万向节传动轴中间支承四、分类1.万向节分类类不等速万向向节：普通通十字轴万万向节；准等速万向向节：双联联式、凸块块式、三销销轴式；等速万向节节：球叉式式、球笼式式。2.传动轴轴分类※独立悬架不能传递纵向力时，用闭式万向节，万向节传动轴包在管内，由管传递纵向力到车架或车身。回目录1、在发动动机前置后后驱动或全全轮驱动的的汽车上，，因工作时悬悬架的变形形、主减速速器输入轴轴与变速器器或分动器器输出轴间间经常有相相对运动，，普遍采用用十字轴万万向节传动动。有二万万向节，三三或四个万万向节的结结构，多万万向节传动动时需要在在中间轴上上加支撑。。2、转向驱驱动桥，驱驱动轮又是是转向轮，，左右半轴轴间的夹角角随行驶的的需要而变变化，而多多采用球叉叉式或球笼笼式等速万万向节。3、驱动桥桥为独立悬悬架结构，，需要等速速万向节传传动。4、变速器器与离合器器或分动器器离开一定定的距离时时，多用十十字万向节节或柔性万万向节。五、万向传传动轴的应应用第二节万向节结构构方案分析析一、十字轴轴万向1、组成主、从动叉叉十字轴滚针轴承滚针轴承的的轴向定位位件橡胶密封件件2、滚针轴轴承的轴向向定位方式式（图4-1）2、滚针轴轴承的轴向向定位方式式（图4-1）※有轴向窜动将使传动轴的动平衡状态遭受破坏。

3、滚针轴承的的润滑和密密封滚针轴承润润滑和密封封的好坏直直接影响着着十字轴万万向节的使使用寿命。。密封的分分类有：毛毡毡油油封封漏油油多多，，防防尘尘、、防防水水效效果果差差，，加加注注润润滑滑油油时时个个别别滚滚针针轴轴承承中中可可能能出出现现空空气气阻阻塞塞而而造造成成缺缺油油。。双刃刃口口复复合合油油封封：：Fig.4-2a反装装的的单单刃刃口口橡橡胶胶油油封封用用作作径径向向油油封封，，另另一一双双刃刃口口橡橡胶胶油油封封用用作作端端面面密密封封，，当当向向十十字字轴轴内内腔腔注注入入润润滑滑油油时时，，陈陈油油、、磨磨损损物物和和多多余余的的润润滑滑油油便便从从橡橡胶胶油油封封内内圆圆表表面面与与十十字字轴轴轴轴颈颈接接触触处处溢溢出出，，不不需需要要安安全全阀阀，，防防尘尘、、防防水水效效果果好好，，在在灰灰尘尘较较多多的的使使用用条条件件下下，，万万向向节节寿寿命命可可显显著著提提高高。。多刃口口油封封：Fig.4-2b安装在在无润润滑油油流通通系统统且一一次润润滑的的万向向节上上。二、准准等速速万向向节1、双双联式式万向向节：：Fig.4-31)、、由两两个十十字轴轴万向向节组组合而而成。。通过过分度度机构构保证证两万万向节节连接接的轴轴工作作转速速趋于于相等等。2)、、偏心心十字字轴双双联万万向节节，采采用主主销中中心偏偏离万万向节节中心心1.0-3.5mm的的方法法，取取消了了分度度机构构也可可以确确保输输入轴轴与输输出轴轴接近近等速速。无无分度度杆的的双联联万向向节在在军用用越野野车的的转向向驱动动桥中中应用用广泛泛。二、准准等速速万向向节2、凸凸块式式万向向节：：Fig.4-41)、、主要要由2个万万向节节叉1和4以及及两个个特殊殊形状状的凸凸块2和3组成成。可可以实实现输输入与与输出出轴近近似等等速。。2)、、工作作可靠靠、加加工简简单、、允许许的万万向节节夹角角较大大，可可达500。因工工作面面全为为滑动动摩擦擦，效效率低低、摩摩擦表表面易易磨损损，对对密封封和润润滑要要求高高。3)、、主要要用于于中型型以上上越野野车的的转向向驱动动桥。。二、准等等速万向向节3、三销销轴式万万向节：：Fig.4-51)、由由双联式式万向节节演变而而来，主主要由两两个偏心心轴叉、、两个三三销轴和和六个滚滚针轴承承组成。。2)、允允许联接接两轴最最大夹角角为450，易于密密封。但但其外形形尺寸较较大，零零件形状状较复杂杂，毛坯坯需要精精确模锻锻。3)、用用于少数数中、重重型越野野车的转转向驱动动桥。三、等速速万向节节1、球叉叉式万向向节：Fig.4-6三、等速速万向节节1、球叉叉式万向向节：Fig.4-6圆弧槽滚滚道球叉叉式万向向节1)、由两个个万向节叉、、四个传力钢钢球和一个定定心钢球组成成。2)、两球叉叉上的圆弧槽槽中心线是以以O1和O2为圆心而半径径相等的圆。。O1、O2到万向节中心心的距离相等等。当万向节节两轴绕定心心钢球中心转转动任意角度度时，传力钢钢球中心始终终在滚道中心心两圆的交点点上，从而保保证输入轴和和输出轴等速速转动。3)、四个钢钢球在单向传传动中只有两两个传递动力力，单位压力力大，磨损快快。只有在传传力钢球与滚滚道之间具有有一定预紧力力时，才能保保证等角速度度传动。使用用中，随着磨磨损的增加，，预紧力逐渐渐减小以至消消失，这时两两轴叉之间便便发生轴向窜窜动，从而破破坏了传动的的等速性，严严重时钢球会会脱落。三、、等等速速万万向向节节1、、球球叉叉式式万万向向节节：：Fig.4-6直槽槽滚滚道道球球叉叉式式万万向向节节1)、、两两个个球球叉叉上上的的直直槽槽与与轴轴的的中中心心线线倾倾斜斜相相同同的的角角度度，，彼彼此此对对称称。。两两球球叉叉间间的的槽槽中中装装有有4个个钢钢球球，，因因球球叉叉中中的的槽槽所所处处的的位位置置是是对对称称的的，，从从而而保保证证了了四四个个钢钢球球的的中中心心处处于于两两轴轴夹夹角角的的平平分分面面上上。。2)、、加加工工容容易易、、允允许许轴轴间间夹夹角角不不超超过过200，两两叉叉间间允允许许有有一一定定量量的的轴轴向向滑滑动动。。3)、、主主要要用用于于断断开开式式驱驱动动桥桥中中，，当当半半轴轴摆摆动动时时，，它它可可以以补补偿偿半半轴轴的的长长度度变变化化而而省省去去滑滑动动键键。。三、、等等速速万万向向节节2、、球球笼笼式式万万向向节节Rzeppa型型球球笼笼万万向向节节：：Fig.4-7a2、、球球笼笼式式万万向向节节Rzeppa型型球球笼笼万万向向节节：：Fig.4-7a1)、、球球形形壳壳的的内内表表面面和和星星形形套套3的的球球表表面面上上各各有有沿沿圆圆周周均均匀匀分分布布的的六六条条同同心心的的圆圆弧弧轨轨道道，，在在它它们们之之间间装装有有六六个个传传力力钢钢球球，，这这些些钢钢球球被被球球笼笼保保持持在在同同一一平平面面内内。。2)、、当当万万向向节节两两轴轴之之间间的的夹夹角角发发生生变变化化时时，，靠靠分分度度杆杆拨拨动动导导向向盘盘，，并并带带动动球球笼笼使使六六个个钢钢球球处处于于轴轴间间夹夹角角的的平平面面上上。。3)、、当当轴轴间间的的夹夹角角较较小小时时，，分分度度杆杆是是必必要要的的。。当当夹夹角角>110时，，靠靠球球形形壳壳和和星星形形套套上上的的子子午午滚滚道道的的交交叉叉也也可可将将钢钢球球定定在在正正确确位位置置。。4)、、工工作作中中六六个个钢钢球球都都传传递递动动力力，，两两轴轴之之间间的的夹夹角角可可达达350～370。主主要要用用于于转转向向驱驱动动桥桥中中。。2、球笼式万万向节Birfield型球笼笼式万向节：：Fig.4-7b1)、无分度度杆，球形壳壳和星形套的的滚道做得不不同心，其圆圆心对称地偏偏离万向节中中心，靠内、、外滚道交叉叉将钢球定在在正确位置。。2)、滚道的的横断面为椭椭圆形，椭圆圆在接触点处处的曲率半径径为钢球半径径的1.03-1.05倍。3)、钢球在在六个方向都都传递扭距，，其承载能力力和耐冲击能能力强，效率率高，结构紧紧凑，安装方方便，但滚道道的制造精度度高，成本高高，应用于具具有独立悬架架的转向驱动动桥中，靠近近转向轮一侧侧。2、球笼式万万向节伸缩型球笼式式万向节：Fig.4-7c1)、外滚道道为直槽，结结构与一般的的球笼式接近近。2)、传递转转矩时，星形形套与筒形壳壳可以沿轴向向相对移动，，从而省去了了其它万向节节传动装置中中的滑动花键键。3)、其轴向向移动是通过过钢球沿内、、外滚道滚动动实现的，与与滑动花键相相比，其滚动动阻力小，传传动效率高，，允许工作的的最大夹角为为200。3)、、用于于转向向驱动动桥中中靠近近差速速器一一侧，，可补补偿由由于前前轮跳跳动及及载荷荷变化化而引引起的的轮距距变化化，还还用于于断开开式驱驱动桥桥中。。四、挠挠性万万向节节两轴之之间通通过橡橡胶盘盘、橡橡胶金金属套套筒、、铰接接块、、六角角环形形橡胶胶圈等等之一一的弹弹性元元件来来实现现连接接。主要特特点有有：1)能能减减少传传动系系的扭扭转振振动；；2)能能减减少传传动系系的动动载荷荷；3)能能减减少的的噪声声；4)无无需需润滑滑；5)结构简简单；；6)适适用用于轴轴间夹夹角不不大（（3°°～5°)和有有很小小的轴轴向位移处处。如如变速速器与与分动动器之之间等等。7)靠弹性性元件件的变变形使使相交交两轴轴间传传动时时不发发生干干涉。。回目录录a)具有球球面对对中机机构的的环形形挠性性万向向节中中装有有不需需润滑滑的球球形滑滑动对对中轴轴承。。b)结结构上上允许许有一一定的的轴向向变形形，当当轴向向变形形量满满足使使用要要求时时，可可省去去伸缩缩花键键。五、不不同万万向节节结构构方案案的对对比分分析（继上上表））（继上上表））①夹角由4°增至16°，滚针轴承寿命降至原来的25%②工作面为滑动摩擦∴η低，且易磨损寿命短③只有传力钢球与滚道之间有预紧力作用时，才能保证等角速传动。当磨损↑后，预紧力消失，两球叉可轴向窜动，破坏了传动等速性。第三节节万万向传传动的的运动动和受受力分分析一、、单十十字轴轴万向向节传传动研究运运动学学的目目的：：求得保保证所所连接接的两两轴能能够均均匀等等速运运转的的条件件？1、输入轴轴和输出轴轴之间的角角速度与转转矩之间的的关系由机械原理理可知：（1）由（1）式式得：（2）假设：α=常数将将（2））式对时间间求导数，，得到角速速度ω：2每转一周周周期性地变变化两次，，将从动轴转转动的角速速度时快、、时慢现象象，称之为为运动的不不等速性。。用用转速速不均匀系系数K来表表示不等速速性：3).从从动动轴上力力矩M2的变化忽忽略摩摩擦损失失后，输输入、输输出轴上上的功应应相等：：结论：当T1与α一定时，，T2在最大值值与最小小值之间间每转一一转变变化两次次，其振振幅依赖赖α角不同而而变化。。工工作中中不希望望存在上上述扭转转波动，，为了减减少这个个附加载载荷，要要求：1)减少α角；2)采用挠性性万向节节；二、双十十字轴万万向节传传动若只有一一个万向向节传动动轴，由由tgφ1=tgφφ2cosαα可知：1)主主动动轴等速速转动，，则从动动轴为不不等速转转动；2)α愈大，转转动的不不等速性性愈大。。φ1与(φ1-φ2)和α关系如下下图所示示：图中表明明：1)φ1从00～900时，(φ1-φ2)为负值值，即从从动轴比比主动轴轴转的快快；2)φ1从900～1800时，(φ1-φ2)为正值值，即从从动轴比比主动轴轴转的慢慢；3)主动轴转转一周，，从动轴轴有两次次比它快快，两次次比它慢慢；4）α角愈大，，在同一一个φ1值时，其其(φ1-φ2)之差也也愈大。。双十字轴轴万向节节如下图图所示：：主动轴ⅠⅠ转过φ1角，轴ⅡⅡ转过φ2角，则有有：（（6）同同时轴ⅢⅢ转过φ3角，则有有：（（7）用用式（7）除以以式（6）得：：结论：满足双万万向节传传动轴等等速旋转转的条件件是：1)α1=α2；2）传传动轴上上两端万万向节叉叉应位于于同一平平面内。。回目录第四节万向节设设计一一、计计算载荷荷Ts其中：Temax—为发动机机最大转转矩()；n——为计计算驱动动桥数；；i1——为为变速速器一一档传传动比比；η——为为发动动机到到万向向传动动轴之之间的的传动动效率率；k——为为液力力变矩矩器变变矩系系数；；G2——为为满载载状态态下一一个驱驱动桥桥上的的静载载荷(N)；m2’——为为汽车车最大大加速速度时时的后后轴负负荷转转移系系数；；轿车：：1.2~1.4，，货车车：1.1~1.2。φ——为为轮胎胎与路路面间间的附附着系系数；；rr——为为车轮轮滚动动半径径(m)；；i0——为为主减减速器器传动动比；；im——为为主减减速器器从动动齿轮轮到车车轮之之间的的传动动比；；ηm——为为主减减速器器主动动齿轮轮到车车轮之之间的的传动动效率率；G1——为为满载载状态态下转转向驱驱动桥桥上的的静载载荷(N)；m1’——为为汽车车最大大加速速度时时的前前轴负负荷转转移系系数，，对于于轿轿车：：0.8~0.85，对对于货货车；；0.75~0.9。Ft——为为日常常平均均牵引引力(N)；if——为为分动动器传传动比比；kd——为为猛接接离合合器所所产生生的动动载系系数。。应用：：1.静静强强度计计算时时，计计算载载荷TS取TSe1和TSS1的小值值，或或取取TSe2和TSS2的小值值；2.进进行行疲劳劳寿命命计算算时，，计算算载荷荷TS取TSF1或TSF2。二、十十字轴轴万向向节设设计1.损损坏形形式：：1)十十字轴轴轴颈颈、滚滚针轴轴承磨磨损；；2)十十字轴轴轴颈颈、滚滚针轴轴承碗碗表面面出现现压痕痕和剥剥落；；3)十十字轴轴轴颈颈根部部处折折断。。十字轴轴轴颈颈根部部的弯弯曲应应力为为：4.滚针轴轴承接接触应应力Fn为一个个滚针针所受受的最最大载载荷(N)i———为为滚针针列数数；Z———为每每列中中的滚滚针数数。[σj]=3000～～3200MPa5.材材料三、球球笼式式万向向节设设计1.失失效效形式式1)工工作表表面（（钢球球与接接触滚滚道表表面））的疲疲劳点点蚀；；2)磨磨损损损坏坏。2.主主要尺尺寸的的确定定1)钢球球直径径dd应符符合国国家标标准2）其其它相相关尺尺寸按按P95提提供的的经验验数据据确定定。回目目录录第五五节节传传动动轴轴结结构构分分析析与与设设计计一、、传传动动轴轴结结构构分分析析1.对对滑滑动动叉叉和和花花键键轴轴构构成成的的滑滑动动花花键键要要求求：：车车桥桥下下落落时时两两者者不不脱脱落落车车桥桥上上跳跳时时两两者者不不顶顶死死2.为为减减少少花花键键处处滑滑动动阻阻力力和和磨磨损损要要求求：：1)对对花花键键齿齿进进行行磷磷化化处处理理或或喷喷涂涂尼尼龙龙层层；；2)以以滚