第4章 万向节与传动轴设计（动画4个）

4.1概述4.2万向节的结构型式4.3万向节传动的运动分析和受力分析4.4万向节的设计计算4.5传动轴的设计4.6中间支撑设计习题第4章万向节与传动轴设计[主要内容]本章介绍汽车传动系统中万向节、传动轴的结构选型,力学分析及设计计算方法。本章要求:1.了解万向节的结构型式；2.掌握万向节传动的运动分析和受力分析；3.掌握万向节的设计计算；4.掌握传动轴的设计；5.了解中间支撑设计。第4章万向节与传动轴设计4.1概述万向节与传动轴组成万向节传动，主要用于工作过程中相对位置不断变化的两轴间的动力传递。万向节与传动轴在汽车上的应用4.2万向节的结构型式4.2.1十字轴式万向节十字轴式万向节由两个万向节叉及与它们相连的十字轴、滚针轴承及油封等组成。十字轴万向节十字轴的润滑与密封4.2.2准等速万向节１.双联式万向节２.三销轴式万向节双联万向节三销轴式万向节4.2.3等速万向节１.球叉式万向节２.球笼式万向节球叉式等速万向节２.球笼式万向节(１)Rzeppa型等速万向节是早期的带分度杆的结构。(２)Birfield型球笼等速万向节。Birfield型球笼万向节Rzeppa型等速万向节(３)伸缩型球笼万向节。伸缩型球笼式万向节4.2.4挠性万向节挠性万向节能减少传动系统的扭转振动、动载荷和噪声，结构简单，使用中不需要润滑，允许其连接的两轴间有不大的夹角和很小的轴向位移。具有球面对中机构的环形挠性万向节4.3.1单万向节传动根据机械原理，十字轴万向节的主动轴Ⅰ、从动轴Ⅱ转角之间的关系为:4.3万向节传动的运动分析和受力分析(4-1)式中:φ1—主动轴转角。φ2—与φ１所对应的从动轴转角。α—主动轴Ⅰ、从动轴Ⅱ之间的夹角。万向节的夹角α不变时，将式(4-1)对时间求导数。若用ω１和ω２分别表示主、从动轴的角速度时，则有:(4-2)十字轴万向节运动示意图ω2max和ω2min与ω1和α的关系为:(4-3)主动轴转矩Ｔ1与从动轴转矩Ｔ2之间的关系为(不计万向节内的摩擦损失):(4-4)(4-5)十字轴万向节的力偶矩平衡力偶矩向量三角形,可求出从动叉上附加弯矩的大小:当φ１=π/2时，同理可知Ｔ'２=0，主动叉上附加弯矩的大小为:(4-6)(4-7)4.3.2双万向节传动在汽车传动系统中常采用双万向节传动，并把同传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面内，且使两万向节夹角α1与α2相等。(4-8)附加弯矩对传动轴的作用4.3.3多万向节传动多万向节传动从动叉相对主动叉的转角差的计算公式和单万向节的相似，可以证明为:(4-9)式中:Δφ—万向节从动叉相对主动叉的转角差。假如多万向节传动的各轴轴线均在同一平面，而且各传动轴两端万向节叉平面之间的夹角为0°或90°，当量夹角为:(4-10)式中:α1、α2、α3—各万向节的夹角。十字轴轴颈根部的弯曲应力σｗ和剪切应力τ为:4.4万向节的设计计算(4-11)(4-12)式中:ｄ1—十字轴轴颈直径。ｄ2—十字轴油道孔直径。ｓ—力作用点到轴颈根部的距离。Ｑmax—作用于十字轴轴颈的最大载荷。十字轴滚针轴承的接触应力为:(4-13)十字轴和万向节计算图式中:ｄ—滚针直径。ｌ—滚针工作长度。Ｑ—在力Ｑmax作用下,一个滚针所受的最大载荷。传动轴的临界转速为:4.5传动轴的设计(4-14)(4-15)式中:nK—临界转速。L—传动轴的长度。d、D—分别为传动轴轴管的内、外径。轴管的扭转应力为：式中:τ—扭转应力。Τ—传动轴的计算转矩。中间支撑悬置质量ｍ的固有频率为:4.6中间支撑设计(4-14)式中:ＣＲ—中间支撑橡胶件径向刚度。Ｇ—中间支撑悬置质量ｍ对应的重力，它等于传动轴落在中间支撑上的那一部分重力与中间支撑轴承及其座所受重力之和。ｇ—重力加速度。橡胶弹性中间支撑越野车传动轴中间支撑习