第六章--传动轴与万向节

万向节与传动轴12020/4/3第六章万向节与传动轴2020/4/3万向节与传动轴2万向节传动装置功用：在轴间夹角和轴的相互位置经常发生变化的转轴之间继续传递动力。组成：万向节传动轴中间支承万向节中间支承主传动轴中间传动轴驱动桥2020/4/3万向节与传动轴3万向节传动装置工作演示2020/4/3万向节与传动轴4应用：1）变速器与驱动桥之间2）变速器与分动器之间3）驱动桥的半轴4）断开式驱动桥的半轴5）转向轴万向节与传动轴52020/4/3第一节万向节１、连接不同心，有夹角且夹角不断变化的两传动轴（装载机的变速箱输出轴与驱动桥输入轴）（转向驱动桥）２、需要传递动力的两轴之间的距离较大，且不同轴，可以用两根传动轴和中间加一万向节来连接。３、连接虽然同轴，但由于安装或工作易变形两轴（履式推土机的主离合器与变速箱输入轴）万向节作用2020/4/3万向节与传动轴6万向节类型•弹性万向节：依靠弹性元件的弹性变形来适应两传动轴夹角的变化。变形量有限，一般只用在交角不大于50的万向节传动中，工程机械上很少用。•刚性万向节：十字轴万向节（不等角速万向节）交角一般为150～200•等角速万向节：球叉式、球笼式、三销轴式等2020/4/3万向节与传动轴7一、十字轴式刚性万向节结构十字轴万向节叉轴承盖万向节叉滚针轴承2020/4/3万向节与传动轴8十字轴式刚性万向节万向节与传动轴92020/4/3十字轴润滑油道油封油封挡盘注油嘴采用橡胶油封，当十字轴内腔油压过大时，多余的润滑油会从橡胶油封内圆表面与轴颈接触处溢出。2020/4/3万向节与传动轴10十字轴万向节运动分析•如图所示：设原动轴P1的叉面与纸面垂直，从动轴P2的叉面在纸面内；P1的角速ω1不变，P2在此位置的角速度为ω2′，两轴的夹角为α；则当十字轴与P2轴一起转动时，A点的速度UA=ω2′r则当十字轴与P1轴一起转动时，A点的速度UA=ω1rcosαA点的线速度只能有一个，即ω2′=ω1cosα2020/4/3万向节与传动轴11•当两轴转过900时，P1轴的叉面在纸面内，P2轴的叉面与纸面垂直，设此时P2轴的角速度为ω2″，取B点研究：UB=ω1r=ω2″rcosα即ω2″=ω1/cosαω1cosα≤ω2≤ω1/cosα；再转过900，P2轴的速度从ω2″变为ω2′，即P2的角速度为ω2在ω2′～ω2″之间变化；传动比为I=ω1/ω2=1/cosα～cosα2020/4/3万向节与传动轴12绘出ω2/ω1随主动轴转角β1的函数曲线2020/4/3万向节与传动轴13绘出β1－β2随主动轴转角β1的变化曲线如下：β1β1－β2180°α=10°0°90°2020/4/3万向节与传动轴14•当β1=0°时，β1－β2=0•当0°＜β1＜90°时，β1－β2＜0，从动轴相对主动轴超前•当β1=90°时，β1=β2=90°•当90°＜β1＜180°时，β1－β2＞0，主动轴相对从动轴超前•当β1=180°时，β1=β2=180°，两轴都转过半周；同样，后半周情况相同β1β1－β290°180°2020/4/3万向节与传动轴15结论（单个十字轴万向节）1.当两轴夹角α和ω1为常数时，传动比不为常数，而是在cosα～1/cosα间作周期性的变化。即从动轴一周中的角速度不均匀，是瞬时变化的（不等速性）。2.主、从动轴的转速是相同的，即平均速度相同。（等速性）3.不等速性，将使从动轴和与从动轴相连的传动部件产生角加速度，从而产生扭转振动，不利于匀速行驶，使用寿命缩短2020/4/3万向节与传动轴16双万向节传动（１）结构：在主动轴和从动轴间加一中间传动轴，用2个万向节连接实现动力传递2020/4/3万向节与传动轴17（2）双万向节传动作用、特点①、可以布置不相交的转轴（平行、交叉）②、可以避免单个万向节传动的不等速性特点：可以实现主从动轴的瞬时传动比始终为12020/4/3万向节与传动轴18（3）双万向节实现等速传动的布置要求①、主动轴、从动轴与中间轴的夹角α1=α2②、中间传动轴两端的万向节叉应在同一平面内③、应尽量减小α1、α2，最大α角可为30°；在实际使用中，α1不可能始终等于α2，只是近似相等，对单个万向节而言，仍有不等速性万向节与传动轴192020/4/3用万向节实现两轴间等角速度传动条件①采用双万向节②第一万向节两轴间夹角a1与第二万向节两轴间夹角a2相等。③第一万向节从动叉与第二万向节主动叉处于同一平面内。2020/4/3万向节与传动轴20铰接式车架双万向节的布置2020/4/3万向节与传动轴21铰接式车架万向节的布置要实现等速传动的条件：（1）、使用双万向节（2）、车架铰点O布置在纵向中心线上（3）、两万向节铰点与O点的距离应相等2020/4/3万向节与传动轴22三万向节、双传动轴传动万向节与传动轴232020/4/3二、等速万向节原理：传力点永远位于两轴交点O的平分面上2020/4/3万向节与传动轴24等角速万向节类型•球叉式等角速万向节•球笼式等角速万向节•三销轴式等角速万向节万向节与传动轴252020/4/31、球笼式等速万向节钢球主动轴星形套（内滚道）球形壳（外滚道）外罩球笼（保持架）万向节与传动轴262020/4/3球笼式万向节的等速性外滚道中心A与内滚道中心B分别位于万向节中心O的两侧，且到O点的距离相等。星形套内滚道球笼（保持架）球形壳（外滚道）球滚动时，同时以A、B为球心滚动，所以CA=CB主、从动轴夹角平分面万向节与传动轴272020/4/3球笼式万向节特点：承载能力强，结构紧凑，拆装方便，两轴最大交角为42°万向节与传动轴282020/4/32.三销轴式万向节特点：允许相邻两轴有较大的交角，提高机动性；但所占空间较大。三销轴主动偏心轴叉从动偏心轴叉止推垫片轴承座叉孔中心线与叉轴中心线垂直但不相交2020/4/3万向节与传动轴29§6-2传动轴一、作用：传递扭矩，一般不承受弯矩。二、结构2020/4/3万向节与传动轴30结构特点：•空心、壁厚均匀的钢管。（1.5~4.0mm）（只传递扭矩）采用均质、轻型材料，常用钢板卷制对焊而成（因转速高，离心力大，扭振较大）•伸缩节：其长度可随行驶状况而变。传动轴的长度要求能变化（常用滑动叉和花键连接两段传动轴，花键的长度应能保证传动轴在各种工况下既不会脱开，也不会卡死，为减小磨损，产生空隙振动，现多用滚动花键代替滑动花键）•安装：注意安装标记，满足动平衡要求。2020/4/3万向节与传动轴31三、传动轴的临界转速两端连接万向节的传动轴可看成两端自由支承的轴。当由于质量不均、受自重影响等原因时，轴在旋转时在离心力的作用下会产生横向弯曲振动。当轴的转速等于其弯曲自振频率时，出现共振，使轴的挠度急剧增大甚至折断，把轴的这一转速，称为临界转速。设轴为等截面：用nl表示临界转速，则有min)/(1025.102226rLdDnl2020/4/3万向节与传动轴32D—传动轴外径cmd—传动轴内径cmL—支承长度cm，一般取两万向节中心距离由此可知，同样外径的轴，空心轴比实心轴的nl要大。在设计时，应使传动轴的最大转速nmax＜0.7nl2020/4/3万向节与传动轴33习题1.简述十字轴万向节的不等速性及等速性？2.何为传动轴的临界转速？3.十字轴万向节要实现等速传动的条件？4.铰接式车架的万向节应如何布置，才能实现等速传动？万向节与传动轴342020/4/3十字轴刚性万向节的工作特性单个万向节在输入轴与输出轴之间有夹角的情况下，两轴的角速度不相等。w1w2w1w2vA=w1r=w2rcosavB=w1rcosa=w2r