2023/9/61第四章萬向傳動軸設(shè)計

§

4.1概述

§4.2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析

§4.3萬向傳動的運動和受力分析

§4.4萬向節(jié)的設(shè)計計算

§4.5傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

§4.6中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計2023/9/62§4.1概述一、功用發(fā)動機前置后驅(qū)動汽車

變速器輸出軸與驅(qū)動橋主減速器輸入軸間的萬向節(jié)傳動。全輪驅(qū)動的汽車

變速器和分動器及分動器與前后驅(qū)動橋之間的萬向傳動裝置。重型汽車

由于總布置的需要將離合器與變速器分開一段距離，因此，也常用萬向傳動裝置將兩個總成連接起來。轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋車輪應(yīng)在最大范圍內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)某一角度并能不斷地傳遞動力。其半軸分段。左右半軸夾角隨行駛需要而定。半軸與車輪之間常用球叉式或球籠式等速萬向節(jié)傳動。2023/9/632023/9/64二、設(shè)計要求：保證所連接的兩軸相對位置在預(yù)計范圍內(nèi)變動時，能可靠傳。保證所連接的兩軸能均勻旋轉(zhuǎn)，由于夾角變化引起的動載荷在允許范圍內(nèi)。傳動效率高、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。三、設(shè)計依據(jù)發(fā)動機參數(shù)標準法規(guī)要求： QC／T29082—1992

汽車傳動軸總成技術(shù)條件QC／T523—1999

汽車傳動軸總成臺架試驗方法2023/9/65三、分類

萬向節(jié)按其在扭矩方向上是否有明顯的彈性，可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。前者靠零件的鉸接式聯(lián)結(jié)傳輸動力，后者通過彈性零件傳遞動力，且有緩沖減振作用。不等速向節(jié)是指萬向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時角速度比傳遞運動，但平均角速度比為1的萬向節(jié)。準等速萬向節(jié)是指在設(shè)計角度下工作時以等于1的瞬時角速度比傳遞運動，而在其它角度下工作時瞬時角速度比近似等于1的萬向節(jié)。輸出軸和輸入軸以等于1的瞬時角速度比傳遞運動的萬向節(jié)，稱之為等速萬向節(jié)。2023/9/662023/9/67§

4.2萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析十字軸萬向節(jié)十字軸萬向節(jié)主要有主、從動叉、十字軸、滾針軸承及軸向定位件和橡膠密封件等組成。其中滾針軸承的軸向定位方式和油封很重要。十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)成本低。但所連接兩軸的夾角不宜過大。一般15°~20°，適用貨車。試驗表明：當夾角由4°增加到16°時，滾針軸承的壽命將下降為原壽命的1/4。2023/9/69十字軸式剛性萬向節(jié)傳動的不等速性單個十字軸式剛性萬向節(jié)在輸入軸和輸出軸之間有夾角的情況下，其兩軸的角速度是不相等的。（1）主動叉在垂直位置，并且十字軸平面與主動軸垂直。（2）主動叉在水平位置，并且十字軸平面與從動軸垂直。2023/9/610雙聯(lián)式萬向節(jié)準等速萬向節(jié)，由兩個十字軸萬向節(jié)組成。允許連接兩軸的夾角較大。一般可達50°適用軍用越野車。北京切諾基越野車分動器與前傳動軸；延安XL2150轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋；凸塊式萬向節(jié)也是一種雙聯(lián)式萬向節(jié)，兩凸塊相當于雙聯(lián)萬向節(jié)裝置中兩端帶有位于同一平面上的兩萬向節(jié)叉的中間軸及兩十字銷，2023/9/611因此可以保證輸入軸與輸出軸近似相等，萬向節(jié)夾角較大，可達50°。但是由于工作面全為滑動摩擦效率低，易磨損且對密封和潤滑要求較高。它主要用于中型越野車。道奇WM300前軸；三銷式萬向節(jié)三銷式萬向節(jié)允許所連接的兩軸最大夾角為45°，易于密封。但其外形尺寸較大，零件形狀較復(fù)雜，這種結(jié)構(gòu)目前用于個別中、重型越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。東風(fēng)EQ20802023/9/612

等速萬向節(jié)的基本原理：從結(jié)構(gòu)上保證萬向節(jié)在工作過程中的傳力點永遠位于兩軸交點的平分面上。兩齒輪的接觸點P位于兩齒輪軸線交角的平分面上，P到兩軸的垂直距離都等于r。在P點處兩齒輪的圓周速度是相等的，兩個齒輪旋轉(zhuǎn)的角速度也相等。與此相似，若萬向節(jié)的傳力點在其交角變化時始終位于角平分面內(nèi)，則可使兩萬向節(jié)叉保持等角速的關(guān)系。目前采用較廣泛的球叉式萬向節(jié)和球籠式萬向節(jié)均根據(jù)這一原理制成。圖16.12等速萬向節(jié)的工作原理2023/9/613球叉式萬向節(jié)按其鋼球滾道形狀不同可分為圓弧槽和直槽兩種形式。圓弧槽型：兩球叉上的圓弧槽中心線是以o1和o2為圓心而半徑相等的圓，o1o=o2o

距離相等。當萬向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心o轉(zhuǎn)動任何角度時，傳力鋼球始終在滾道中心兩圓的交點上，從而保證輸出軸與輸入軸等速轉(zhuǎn)動。該萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，傳遞夾角≯

32°～33°。四個鋼球兩兩單向受力，單位壓力較大磨損較快。這種萬向節(jié)只有在傳力鋼球與滾道有一定的預(yù)緊力時，才能保證等角速傳動。適用輕、中型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。三、等速萬向節(jié)球叉式萬向節(jié)2023/9/614直槽滾道型球叉式萬向節(jié)（圖4-1b），兩個球叉上的直槽與軸的中心線傾斜相同的角度，彼此對稱。在兩球叉間的槽中裝有四個鋼球。由于兩球叉中的槽所處的位置是對稱的，這便保證了四個鋼球的中心處于兩軸夾角的平分面上。加工比較容易，允許的軸間夾角不超過20°，在兩叉間允許有一定量的軸間滑動。

適用斷開式轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋?？奢S向伸縮2023/9/615圖16.15球叉式萬向節(jié)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中的布置1—定位銷2—鎖止銷3—從動叉4—徑向推力軸承5—傳動鋼球6—主銷7—油封8—推力軸承9—主動叉10—中心鋼球2023/9/6162．球籠式萬向節(jié)簡稱RF節(jié)

球籠式萬向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬向節(jié)。Rzeppa型球籠式萬向節(jié)是帶分度桿的，六個傳力鋼球由球籠4保持在同一平面內(nèi)。當萬向節(jié)兩軸之間的夾角變化時，靠比例合適的分度桿6撥動導(dǎo)向盤5，并帶動球籠4使六個鋼球2處于軸間夾角的平分面上。經(jīng)驗表明，當軸間夾角較小時，分度桿是必要的；當軸間夾角大于11°時，僅靠球形殼和星形套上的子午滾道的交叉也可將鋼球定在正確位置。這種等速萬向節(jié)可在兩軸之間夾角達到35°～37°的情況下工作。圖4-2Rzeppaz型球籠式萬向節(jié)1—球形殼2—鋼球3—星形套4—球籠5—導(dǎo)向盤6—分度桿

2023/9/617Birfield型球籠式萬向節(jié)(伯菲爾德)

Birfield型球籠式萬向節(jié)取消了分度桿，球形殼和星形套的滾道做得不同心，使其圓心對稱地偏離萬向節(jié)中心。即使軸間夾角為0°，靠內(nèi)、外子午滾道的交叉也能將鋼球定在正確位置。這種萬向節(jié)允許的工作角可達42°。由于六個鋼球同時傳遞轉(zhuǎn)矩，其承載能力和耐沖擊能力強，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，應(yīng)用較為廣泛。但是滾道的制造精度高，成本較高。圖4-3Birfield型球籠式萬向節(jié)

此時，內(nèi)、外滾道的橫斷面為橢圓形，接觸點和球心的連線與過球心的徑向線成45°角，橢圓在接觸點處的曲率半徑為鋼球半徑的1.03～1.05倍。當受載時，鋼球與滾道的接觸點實際上為橢圓形接觸區(qū)?；瑒榆壽E單圓弧：橢圓：2023/9/619伸縮型球籠式萬向節(jié)簡稱VL節(jié)伸縮型球籠式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)與一般球籠式相近，僅僅外滾道為直槽。在傳遞轉(zhuǎn)矩時，星形套與筒形殼可以沿軸向相對移動，故可省去其它萬向傳動裝置的滑動花鍵。結(jié)構(gòu)簡單，而且由于軸向相對移動是通過鋼球沿內(nèi)、外滾道滾動實現(xiàn)的，所以與滑動花鍵相比，其滾動阻力小，傳動效率高。這種萬向節(jié)允許的工作最大夾角為20°。圖4-4伸縮型球籠式萬向節(jié)

Rzeppa型球籠式萬向節(jié)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，目前應(yīng)用較少。Birfield型球籠式萬向節(jié)和伸縮型球籠式萬向節(jié)被廣泛地應(yīng)用在具有獨立懸架的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，在靠近轉(zhuǎn)向輪一側(cè)采用Birfield型萬向節(jié)，靠近差速器一側(cè)則采用伸縮型球籠式萬向節(jié)。伸縮型萬向節(jié)還被廣泛地應(yīng)用到斷開式驅(qū)動橋中。2023/9/620RF節(jié)和VL節(jié)廣泛應(yīng)用于采用獨立懸架的轎車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。其中RF節(jié)用于靠近車輪處，VL節(jié)用于靠近驅(qū)動橋處。RF節(jié)與VL節(jié)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中的布置1—球籠式萬向節(jié)(RF節(jié))2、4—防塵罩3—傳動軸(半軸)5—伸縮型球籠式萬向節(jié)(VL節(jié))

(VL節(jié))

(RF節(jié))

2023/9/622四、撓性萬向節(jié)撓性萬向節(jié)依靠其中彈性件的彈性變形來保證在相交兩軸間傳動時不發(fā)生機械干涉。彈性件的彈性變形量有限，撓性萬向節(jié)一般用于兩軸間夾角不大(3°～5°)和只有微量軸向位移的萬向傳動場合。例如，連接固定安裝在車架上的兩個部件(如發(fā)動機與變速器或變速器與分動器)之間，以消除制造安裝誤差和車架變形對傳動的影響。此外，它還具有能吸收傳動系中的沖擊載荷和衰減扭轉(zhuǎn)振動、結(jié)構(gòu)簡單、無需潤滑等優(yōu)點。2023/9/623連接發(fā)動機輸出軸與液力機械變速器輸入軸的撓性萬向節(jié)。它主要由借螺栓固定在發(fā)動機飛輪上的大圓盤、與花鍵轂鉚接在一起的連接圓盤、連接二者的4副彈性連接件以及定心用的中心軸組成。

2023/9/624§4.3萬向傳動的運動和受力分析運動學(xué)：十字軸萬向節(jié)主、從動軸轉(zhuǎn)角關(guān)系

即：一、單十字軸萬向節(jié)傳動φ1、φ2：主從、動叉轉(zhuǎn)角。φ1定義為萬向節(jié)主動叉所在平面與萬向節(jié)主、從動軸所在平面的夾角。φ2與φ1相對應(yīng)的從動叉轉(zhuǎn)角。2023/9/625

主從動軸速度關(guān)系：

即若

不變則周期性變化兩次，其周期為180°當時當時ω1ω2—主、從動軸的角速度a—主、從動軸的夾角十字軸萬向節(jié)的不等速可用轉(zhuǎn)速性不均勻系數(shù)K表示2023/9/626

動力學(xué)如果支承是剛性的，且不計萬向節(jié)傳動的摩擦損失，則主從動軸轉(zhuǎn)矩關(guān)系為：當ω2/ω1最小時從動軸轉(zhuǎn)矩當ω2/ω1最大時從動軸轉(zhuǎn)矩2023/9/627達到最大由于主動叉和從動叉的轉(zhuǎn)矩T1，T2作用在不同的平面上，僅T1，T2是不能平衡的，不計慣性力矩矢量無法封閉，主動叉除了作用有T1外，還有作用在主動叉平面的彎曲力矩T1’，同理有T2’。

在主動叉和從動叉平面上的彎矩的大小為：達到最大

T1’T2’在0到兩最大值之間變化，周期為π，2023/9/628若已知力臂；T2’使從動軸支承受周期性變化的徑向載荷：萬向節(jié)也承受與上述力大小相等方向相反的力。與此相反的反作用力矩由主動叉軸支承承受。同理T1’產(chǎn)生F1j。從動軸支承和萬向節(jié)上的側(cè)向載荷為：

附加彎矩可引起與萬向節(jié)相連部件的彎曲振動，引起主從動軸支承周期性變化的徑向載荷，激起振動，使傳動軸產(chǎn)生附加應(yīng)力和變形，從而降低傳動軸疲勞強度，因此應(yīng)避免兩軸之間的夾角過大。若主動叉n不變；則從動軸周期的加、減速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生慣性力矩為：j2—從動叉軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量；ε2—從動叉軸旋轉(zhuǎn)的角加速度；當ω1↑、主、從動軸夾角α↑時，由于從動叉軸旋轉(zhuǎn)的不均勻加劇產(chǎn)生的慣性力矩可能會超過結(jié)構(gòu)的許用值。應(yīng)采用有效措施降低慣性力矩。2023/9/630二、雙萬向節(jié)傳動由于單十字萬向節(jié)傳動是不等速的，為了使同一平面上的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn)，在汽車傳動系中常采用雙萬向節(jié)傳動，并把同傳動軸相連的兩個萬向節(jié)叉布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬向節(jié)夾角與相等。附加彎矩：Ⅰ、Ⅲ軸：Ⅱ軸：2023/9/631

附加彎矩的平衡：軸線平行，彎矩平衡彈性彎曲，彎曲振動軸線不平行，彎矩不平衡彈性彎曲，產(chǎn)生徑向力2023/9/632三、多十字軸萬向節(jié)傳動

注：（空載/滿載）角加速度幅值2023/9/633四、準等速萬向節(jié)傳動雙聯(lián)式萬向節(jié)為例

A、B擺動中心，主動軸偏轉(zhuǎn)α角

A→A′；B→B′AB=A′B′=a+b

在A′B′C由正弦定理可知：

對結(jié)構(gòu)已定的雙聯(lián)式萬向節(jié)α1、α2只有特定條件下才能相等。所以是準等速萬向節(jié)傳動等角速度傳動2023/9/634五、等速萬向節(jié)傳動球籠式萬向節(jié)為例：α變化時，萬向節(jié)中心O到分度桿球頭距離m也變化，與球籠的轉(zhuǎn)角β有關(guān)，欲等速：β=0.5α選擇m、a、b就可以在足夠的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)保持β=0.5a。根據(jù)圖中幾何關(guān)系：DE/AC=b/（a+b）AC=msinaEO=mcosa+acosγ§

4.4萬向節(jié)設(shè)計傳動系計算載荷的確定:Te→Tc=βTemax(離合器)→Tg1=Temax(變速器輸入)→Tgi(變速器輸出)→萬向節(jié)（三種）一、萬向傳動的計算載荷因布置位置不同，計算載荷是不同的。主要方法有三種。2023/9/636式中:Temax─發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；

n─計算驅(qū)動橋數(shù)，取法見表4-2；

I1─變速器一擋傳動比；

η─發(fā)動機到萬向傳動軸之間的傳動效率；

k─液力變矩器變矩系數(shù)，k=[(ko-1)／2]+l，ko為最大變矩系數(shù)；

G2─滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷(N)；

m2’─汽車最大加速度時的后軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m2’=1.2～1.4，貨車：m2’=1.1～1.2

φ─輪胎與路面間的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或瀝青路面上，φ可取0.85，對于安裝防側(cè)滑輪胎的轎車，φ可取1.25，對于越野車，φ值變化較大，一般取1；

rr─車輪滾動半徑(m)；

i。─主減速器傳動比；

im─主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比；

ηm─主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率；

G1─滿載狀態(tài)下轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋上的靜載荷(N)；

m1’─汽車最大加速度時的前軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m1’=0.80～0.85，貨車：m1’=0.75～0.90；2023/9/637Ft─日常平均牽引力(N)；計算:Ft=Ga*(fa+fj+f)式中Ga─汽車滿載總質(zhì)量,(包含掛車)fa─道路爬坡能力系數(shù),代表汽車在設(shè)計時要求持續(xù)爬坡的能力,不是坡度。轎車0.08；貨車、城市公共汽車0.05~0.09長途公共汽車0.06~0.10越野汽車0.09~0.030f─滾動阻力系數(shù)轎車0.010~0.015；貨車0.015~0.020越野汽車0.020~0.035fj─性能系數(shù)if─分動器傳動比，取法見表4—2；kd─猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)，對于液力自動變速器，kd=1，對于具有手動操縱的機械變速器的高性能賽車，kd=3，對于性能系數(shù)fj=0的汽車(一般貨車、礦用汽車和越野車)，kd=1，對于fj>0的汽車，kd=2或由經(jīng)驗選定。性能系數(shù):代表汽車在坡度上的加速能力,僅在發(fā)動機功率或轉(zhuǎn)矩與車重之比大的汽車上才能在驅(qū)動輪上發(fā)出大的加速度,汽車總質(zhì)量m。對發(fā)動機最大使用轉(zhuǎn)矩之比稱性能比,發(fā)動機最大使用轉(zhuǎn)矩一般是發(fā)動機外特性的80%~90%。取0.11由下式計算：式中:m。一汽車滿載質(zhì)量(若有掛車，則要加上掛車質(zhì)量)(kg)。

Temax一是發(fā)動機最大使用轉(zhuǎn)矩2023/9/639對萬向傳動軸進行靜強度計算時,計算載荷Ts取Tse1，Tss1的最小值,即Tc=min[Tse1，Tss1]。安全系數(shù)取2.5~3.0。當對萬向傳動軸進行疲勞壽命計算時，計算載荷Ts取Tsf

。二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計十字軸萬向節(jié)的損壞主要是十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，在其工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落。十字軸軸頸表面硬度不足或萬向節(jié)叉剛度不足易產(chǎn)生壓痕。在設(shè)計十字軸萬向節(jié)時，通常都是計算軸頸根部的彎曲應(yīng)力和軸頸上的平均單位應(yīng)力以及滾針軸承的接觸應(yīng)力，使其在許可范圍內(nèi)，以保證十字軸頸有足夠的抗彎強度，疲勞強度，防止產(chǎn)生疲勞剝落。2023/9/640十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力：F—十字軸軸頸作用力的合力Ts—傳動軸計算轉(zhuǎn)矩[σW]為250～350十字軸的剪切應(yīng)力：為250~3502023/9/641十字軸軸頸的平均單位應(yīng)力：十字軸滾針軸承的要求：

滾針的直徑d≮1.6mm；直徑差別<0.003mm；滾針軸承徑向間隙0.009~0.095mm；滾針軸承的周向總間隙≯0.０８～0.３０mm；滾針的長度不超過軸頸的長度；滾針的軸向游隙≯0.2~0.4mm．

滾針軸承的接觸應(yīng)力：為3000~32002023/9/642Fn─在力F作用下滾針所受的最大載荷i為滾針列數(shù),z為每列中的滾針數(shù),do滾針直徑(mm)，Lb滾針工作長度(mm)．2023/9/643

萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承。在萬向節(jié)工作過程中產(chǎn)生支承反力。叉體受到彎曲和剪切，一般在與十字軸軸孔中心線成45°的某一截面上的應(yīng)力最大，所以應(yīng)對此處進行強度校核。十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角α、十字軸支承結(jié)構(gòu)和材料、加工和裝配精度以及潤滑條件等有關(guān)。當α≤25°時可按下式計算：式中

ηo一十字軸萬向節(jié)傳動效率；

f一軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動軸承f=0.15~0.20，滾針軸承：f=0.05～0.10；通常情況下，十字軸萬向節(jié)傳動效率約為97％～99％。2023/9/644十字軸常用材料：

20CrMnTi、20Cr、20MnVB等低碳合金鋼，軸頸表面進行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0.8～1.2mm，表面硬度為58~64HRC，軸頸端面硬度不低于55HRC，芯部硬度為33~48HRC。萬向節(jié)叉常用材料：一般采用40或45中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為18~33HRC，滾針軸承碗材料一般采用GCrl5。三、等速萬向節(jié)型式：球叉式球籠式雙聯(lián)式凸塊式三銷軸式空間兩軸間傳遞運動的唯一條件：傳動中兩軸能夠在空間某點（動點）保持連續(xù)接觸。等角速傳動條件：2023/9/645球籠式萬向節(jié)失效形式主要是鋼球與接觸滾道表面的疲勞點蝕。在特殊情況下，因熱處理不妥、潤滑不良或溫度過高等，也會造成磨損而損壞。由于星形套滾道接觸點的縱向曲率半徑小于外半軸滾道的縱向曲率半徑，所以前者上的接觸橢圓比后者上的要小，即前者的接觸應(yīng)力大于后者。一般應(yīng)控制鋼球與星形套滾道表面的接觸應(yīng)力，并以此來確定萬向節(jié)的承載能力。由于影響接觸應(yīng)力的因素較多，計算較復(fù)雜，目前還沒有統(tǒng)一計算方法。假定球籠式萬向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩時六個傳力鋼球均勻受載，則鋼球的直徑可按下式確定式中d為傳力鋼球直徑(mm)；Ｔs為萬向節(jié)的計算轉(zhuǎn)矩(N·m)，

2023/9/646Ｔs=min[Ｔse，Ｔss]。計算所得的鋼球直徑應(yīng)圓整并取最接近標準的直徑。鋼球的標準直徑可參考

GB7549—87。當球籠式萬向節(jié)中鋼球的直徑d確定后，其中的球籠、星形套等零件及有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸可參見按如下關(guān)系確定：鋼球中心分布圓半徑R=1.71d星形套寬度B=1.8d球籠寬度B1=1.8d星形套滾道底徑D1=2.5d萬向節(jié)外徑D=4.9d球籠厚度b=0.185d球籠槽寬度b1=d球籠槽長度L=(1.33—1.80)d

(普通型取下限，長型取上限)滾道中心偏移距h=0.18d軸頸直徑d’≥1.4d星形套花鍵外徑D2≥1.55d球形殼外滾道長度L1=2.4d中心偏移角≥6°球籠式萬向節(jié)的基本尺寸2023/9/647以與星形套連接軸的直徑ds作為基本尺寸

伯菲爾德(Birfield)角接觸等角速萬向節(jié)設(shè)計

T1是計算轉(zhuǎn)矩T1=min[Tse1，Tss1]SF使用因素?zé)o振動1.0輕微振動1.2~1.5中等振動1.7~2.0劇烈振動2.7~3.62023/9/6482023/9/649球形殼和星形套用15NiMo制造并熱處理。鋼球用GCr15。四、撓性萬向節(jié)盤式撓性萬向節(jié)，橡膠盤拉應(yīng)力和擠壓應(yīng)力式中：Tmax是計算轉(zhuǎn)矩；i一個萬向節(jié)叉的螺栓數(shù)；R、R1、R2橡膠盤的平均半徑、內(nèi)、外半徑；b橡膠盤厚度do螺栓直徑[σL]=12~15MPa[σj]=8.0MPa2023/9/650§4.5傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計傳動軸的設(shè)計任務(wù)是確定傳動軸的基本參數(shù)：傳動軸長度Lc及其變化范圍Lmin~Lmax

，傳動軸夾角α（主動軸與從動軸之間的夾角）傳動軸夾角θmin~θmax

，傳動軸長度和夾角以及它們的變化范圍由汽車總布置決定。通過作傳動軸跳動圖方法決定。設(shè)計時應(yīng)保證傳動軸有足夠的長度變化量，即：當Lmax時，花鍵套與軸有足夠的配合長度，而Lmin時不頂死。傳動軸長度會影響其臨界轉(zhuǎn)速。在確定傳動軸夾角時，必須靠慮到當懸架上下變形到極限位置時的情況。夾角的大小直接影響到萬向節(jié)十字軸和它的軸承的使用壽命，萬向傳動裝置的效率以及傳動軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性。傳動軸斷面尺寸Dc、dc傳動軸花鍵尺寸2023/9/651

1.傳動軸長度和夾角

傳動軸長度和夾角以及它們的變化范圍由汽車總布置決定。通過作傳動軸跳動圖方法決定。Cele/4e/2O1OADBO2EE’FF’E”F”fdfcD,B---萬向節(jié)θmax=θ'θmin=θ2023/9/652傳動軸轉(zhuǎn)速（rpm）6000450035003000250020001500夾角（o）34567912傳動軸長度（mm）0～11401140～15201520～18301830～夾角（o）0～60～60～60～6安全工作轉(zhuǎn)速0.9nk0.85nk0.8nk0.65nk2023/9/6532.臨界轉(zhuǎn)速：彎曲振動一階固有頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速在長度一定時，傳動軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動軸具有足夠的強度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速nk。.nk是當傳動軸的工作轉(zhuǎn)速接近其彎曲固有振動頻率時，即出現(xiàn)共振轉(zhuǎn)速，以致振幅急劇增加而引起傳動軸折斷時的轉(zhuǎn)速。傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速為：

式中：nk一傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速(r／min)；

Lc一傳動軸長度(mm)，即兩萬向節(jié)中心之間距離；

dc和Dc一分別為傳動軸軸管的內(nèi)、外徑(mm)。提示:nk=60ω/(2π)ω可以利用振動分析理論彈性變形能=過平衡位置的動能2023/9/654在設(shè)計傳動軸時，取安全系數(shù)K=nk/nmax=1.2～2.0，

K=1.2用于精確動平衡、高精度的伸縮花鍵及萬向節(jié)間隙比較小時，nmax為傳動軸的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。

當Dc=75mmLc=1200mmdc=70mm傳動軸的最高轉(zhuǎn)速小于等于0.7nk；傳動系的傳動軸都采用空心軸；傳動軸不宜過短。說明：2023/9/655

如果傳動軸的工作速度超過容許使用的最大轉(zhuǎn)速，那么就必須減小傳動軸的長度，或增加中間支承，或選用更大一號的傳動軸管。

轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的傳動軸是實心的半軸；斷開式驅(qū)動橋的擺動半軸是實心的軸。傳動軸伸縮部分應(yīng)靠近變速器或中間支撐，減少軸向阻力和磨損。

Fa=f（T2/r）2023/9/656在Dc和Lc相同時，空心軸比實心軸的臨界轉(zhuǎn)速高，且節(jié)約材料。這是采用空心軸的重要原因。在設(shè)計傳動軸時，應(yīng)使傳動軸的最高轉(zhuǎn)速小于等于0.7。當傳動軸長度超過1.5m時，為了提高nk以及總布置上的考慮，常在中間傳動軸上加設(shè)中間支承，將傳動軸斷開成兩根或三根，萬向節(jié)用三個或四個。3.傳動軸尺寸D、d應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強度

傳動軸軸管斷面尺寸除滿足臨界轉(zhuǎn)速的要求外，還應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強度?！躘τc]=300MPa2023/9/657

對于傳動軸的花鍵，以底徑計算其扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τh，許用應(yīng)力按安全系數(shù)的2~3確定。τh=16Ts/πdh3式中dh-花鍵軸的花鍵內(nèi)徑。傳動軸的尺寸是在結(jié)構(gòu)設(shè)計初定后，結(jié)合國家標準選取，最后進行強度校核。當傳動軸的花鍵采用矩形花鍵時，齒側(cè)擠壓應(yīng)力為：2023/9/658式中，K’一花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，K’=1.3～1.4；

Dh和dh一分別為花鍵外徑和內(nèi)徑；

Lh一花鍵的有效工作長度；

no一花鍵齒數(shù)。傳動軸扭轉(zhuǎn)角4.傳動軸的平衡轎車：不大于l~2N·mm

3000~5000r／min時貨車：不大于10N·mm

1000~3000r／min時2023/9/659漸開線花鍵應(yīng)力的計算方法與矩形花鍵相似，只是計算的作用面是按其工作面的投影進行。傳動軸總成不平衡是傳動系彎曲振動的一個激勵源，當高速旋轉(zhuǎn)時，將產(chǎn)生明顯的振動和噪聲。傳動軸總成的不平衡度的影響因素：萬向節(jié)中十字軸的軸向竄動；傳動軸滑動花鍵中的間隙；傳動軸總成兩端連接處的定心精度；高速回轉(zhuǎn)時傳動軸的彈性變形；傳動軸上點焊平衡片時的熱影響等。2023/9/660降低傳動軸總成的不平衡度的措施提高滑動花鍵的耐磨性；提高萬向節(jié)花鍵的配合精度；縮短傳動軸長度增加其彎曲剛度都能降低傳動軸的不平衡度。為了消除點焊平衡片的熱影響，應(yīng)在冷卻后再進行。對于轎車，在3000～6000r／