第四章万向节传动轴设计汽车设计A,武汉理工大学,汽车学院

汽车工程学院杨莹本章学习要求（1）了解万向节的分类、工作原理、万向节传动的运动规律和受力情况（2）了解等速万向节、准等速万向节和不等速万向节的结构方案；传动轴和中间支撑结构（3）掌握十字轴万向节的设计计算、传动轴的设计计算第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计2万向节的结构形式万向传动轴的功用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第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计万向传动轴的组成万向节、传动轴（轴管及伸缩花键）、中间支撑5传动轴的设计万向传动轴的应用•变速器与驱动桥的主减速器之间十字轴万向节•车轮和差速器之间等速万向节（球笼式、球叉式）•驱动桥•多轴驱动•方向盘和转向器第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计5传动轴的设计6中间支撑设计万向传动轴的设计要求保证所连接的两轴相对位置在预定范围内变动时，能可靠的传递动力保证所连接的两轴尽可能等速旋转，使得由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内，不产生共振现象传动效率高、使用寿命长、结构简单、容易维修第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计5传动轴的设计6中间支撑设计万向节的分类TEXT万向节刚性万向节挠性万向节不等速万向节十字轴式准等速万向节双联式三销轴式等速万向节球叉式球笼式在扭转方向是否有明显的弹性变形角速度第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计5传动轴的设计6中间支撑设计2.1不等速万向节（十字轴式万向节）组成：由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承、轴向定位件和橡胶密封件组成特点：结构简单、强度高、耐久性好、传动效率高、成本低，但夹角不宜过大破坏形式：十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈和滚针轴承碗工作面的压痕与剥落，因此润滑和密封直接影响万向节的使用寿命第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计3万向节传动的运动分析和受力分析5传动轴的设计6中间支撑设计2.1不等速万向节（十字轴式万向节）十字轴的润滑与密封注油嘴油封油封挡盘采用橡胶油封，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多刃口油封双刃口油封第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计3万向节传动的运动分析和受力分析5传动轴的设计6中间支撑设计2.2准等速万向节（双联式万向节三销轴式万向节）准等速万向节是根据双万向节可以实现等速传动的原理设计的双联式万向节实际上是由两个十字轴万向节组合而成优点：允许两轴间的夹角较大（可达50°）轴承密封性能好、效率高、工作可靠、不需特殊的工艺设备十字轴万向节叉万向节叉油封球头双联叉球碗弹簧第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计缺点：外形尺寸较大，零件数目多，传递的转矩受滚针轴承许用挤压应力的限制用途：中吨位以上的越野汽车3万向节传动的运动分析和受力分析5传动轴的设计6中间支撑设计2.2准等速万向节（双联式万向节三销轴式万向节）三销轴式万向节由2个偏心轴叉、2个三销轴和6个滚针轴承组成优点：三销轴式万向节所允许的最大夹角为45°，在转向驱动桥中采用可使汽车获得较小的转弯半径，提高其机动性缺点：外形尺寸大，结构复杂，两端承受附加弯矩和轴向力，毛坯需精锻用途：个别中重型越野车第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计5传动轴的设计6中间支撑设计2.3等速万向节（等速传动原理球叉式万向节球笼式万向节）工作过程中传力点永远位于两轴夹角的平分线上球叉式万向节圆弧槽式直槽式球笼式万向节Rzeppa型Birtleld型伸缩型两个同样的锥齿轮相互啮合传动，从动齿轮与主动齿轮的转速必然是相同的。球笼式万向节和球叉式万向节就属于这一种第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计5传动轴的设计6中间支撑设计2.3等速万向节（等速传动原理球叉式万向节球笼式万向节）圆弧槽球叉式传动夹角小于32°，磨损快，用于轻中型越野车转向驱动桥直槽滚道球叉式传动夹角小于20°，两叉间允许一定量的滑动，用于断开式驱动桥在许多轿车上的转向驱动桥中，该万向节可补偿半轴在摆动时的长度变化，而不需要滑动花键。压缩时伸张时第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计5传动轴的设计6中间支撑设计2.3等速万向节（等速传动原理球叉式万向节球笼式万向节）球笼式万向节是目前应用最为广泛的一种等速万向节，可分为带分度机构和不带分度机构两种。Rzeppa型等速万向节球形壳钢珠星形套球笼分度杆导向盘弹簧钢球由球笼保持在同一平面内。当万向节两轴间的夹角变化时，靠分度杆拨动导向盘，并带动球笼使6个钢球处于轴间夹角的平分面上。万向节6个钢球全部传递转矩，两轴间的最大夹角可达35°～37°第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计3万向节传动的运动分析和受力分析6中间支撑设计2.3等速万向节（等速传动原理球叉式万向节球笼式万向节）Birfield型等速万向节Rzeppa型的改进形式取消了分度杆，球形壳和星形套的滚道做得不同心，使其圆心对称地偏离万向节中心。即使轴间夹角为0°，靠内、外子午滚道的交叉也能将钢球定在正确位置。特点：承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便，应用广泛；但是滚道的制造精度高，成本较高。主要用于独立悬架转向驱动桥靠近转向轮一侧。第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计3万向节传动的运动分析和受力分析6中间支撑设计2.3等速万向节（等速传动原理球叉式万向节球笼式万向节）伸缩型球笼万向节外滚道为直槽，可伸缩，省去滑动花键，结构简单，效率高这种万向节允许的最大工作夹角为20°。用于独立悬架转向驱动桥靠近主减速器一侧。这两个万向节是同一结构形式么Birfield型伸缩型6中间支撑设计第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计3.1单十字轴万向节传动（转速变化转矩变化附加弯矩）普通十字轴万向节的主动轴与从动轴转角间的关系式为costantan21主动轴转角从动轴转角主动轴、从动轴之间的夹角转速变化设主、从动轴夹角保持不变，将上式对时间求导，并且用来表示，则得12212cossin1cos是周期为π周期函数，12cos因此，在α保持不变的条件下，转速比也是周期为π的周期性函数。（不等速性）当ω1不变时，ω2每一转周期地变化两次。当ω1为0、π、2π时，ω2达到最大值ω2max;当ω1为π/2、3π/2时，ω2达到最小值ω2min。21第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计2万向节的结构形式5传动轴的设计6中间支撑设计3.1单十字轴万向节传动（转速变化转矩变化附加弯矩）普通十字轴万向节的主动轴与从动轴转角间的关系式为costantan21主动轴转角从动轴转角主动轴、从动轴之间的夹角转矩变化如不计万向节内的摩擦损失，应该保持功率平衡2211TTcoscossin112211212TTT21/最大时，从动轴上的转矩最大cos/1max2TT当当21/最小时，从动轴上的转矩最小cos1min2TT与一定时，1T2T在其最大值与最小值之间每一转变化两次第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计2万向节的结构形式5传动轴的设计6中间支撑设计3.1单十字轴万向节传动（转速变化转矩变化附加弯矩）附加弯曲力矩的大小及变化特点当时，从动叉上的附加弯矩为,01sin'12TT当时，主动叉上的附加弯矩为tan=1'1TT23,2=1附加弯矩可激起与万向节相连零部件的弯曲振动，如在主、从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷（振动）。T1T2T2′T1T2T1′第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计3.2双万向节传动问题的出发点：克服单万向节传动代来的缺点解决方法Z形布置W形布置1213coscostgtg双万向节传动要使得处于同一个平面内的输出轴与输入轴等速旋转，需满足如下条件：(1)两个十字轴万向节(2)与传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面内。(3)两万向节与传动轴的夹角相等第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯矩双万向节传动多万向节传动5传动轴设计临界转速6中间支撑设计双万向节传动(十字轴式万向节)在双万向节传动中，直接与输入轴和输出轴相连的万向节叉所受的附加弯矩分别由相应轴的支承反力平衡。附加弯矩对传动轴的作用第四章万向节与传动轴设计1概述2万向节的结构形式3不等速万向节准等速万向节等速万向节4万向节设计计算万向节传动的运动分析和受力分析单十字轴万向节传动附加弯