吉林大學(xué)汽車設(shè)計(jì)課件第四章

1、汽車工程系 第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 第三節(jié) 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 第五節(jié) 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 第六節(jié) 中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 功用：功用： 相對位置變化的軸間傳遞轉(zhuǎn)矩、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 1.保證所連接的兩軸在一定的軸間夾角變化范 圍內(nèi)，能可靠地傳遞動(dòng)力; 2.保證所連接的兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn); 3.萬向節(jié)產(chǎn)生的附加載荷振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許 范圍內(nèi); 4.傳動(dòng)效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造 維修容易。 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向

2、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 萬向節(jié)的應(yīng)用萬向節(jié)的應(yīng)用 (a）變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間 (b)多軸驅(qū)動(dòng)的汽車的分動(dòng)器與驅(qū)動(dòng) 橋之間或驅(qū)動(dòng)橋與驅(qū)動(dòng)橋之間 (c)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間（由于車架 的變形造成軸線間相互位置變化的 兩傳動(dòng)部件） (d)采用獨(dú)立懸架的汽車差速器之間 (e)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)車橋的差速器與車輪之 間 (f)汽車的動(dòng)力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱 機(jī)構(gòu)中 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 萬向節(jié)的分類萬向節(jié)的分類 分 類 定 義 不等速 萬向節(jié) 萬向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時(shí)， 輸出軸和輸 入軸之間以變化的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)， 但 平均角速

3、度比為 1 的萬向節(jié)。 準(zhǔn)等速 萬向節(jié) 在設(shè)計(jì)角度下工作時(shí)， 以等于 1 的瞬時(shí)角速度 比傳遞運(yùn)動(dòng)；但在其它角度下工作時(shí)，瞬時(shí)角 速度比近似等于 1 的萬向節(jié)。 剛 性 萬 向 節(jié) 等速 萬向節(jié) 輸出軸和輸入軸以等于 1 的瞬時(shí)角速度比傳 遞運(yùn)動(dòng)的萬向節(jié)。 撓性萬向節(jié) 萬向節(jié)的扭轉(zhuǎn)方向有彈性的萬向節(jié)。 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第二節(jié)第二節(jié) 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 一、結(jié)構(gòu)方案分析一、結(jié)構(gòu)方案分析 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第二節(jié)第二節(jié) 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 一、結(jié)構(gòu)方案分析一、結(jié)構(gòu)方案分析 第四章第四章

4、 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第二節(jié)第二節(jié) 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 二、十字軸式萬向節(jié)二、十字軸式萬向節(jié) 1.組成 主、從動(dòng)叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件、 橡膠密封件 2.滾針軸承的軸向定位方式 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第二節(jié)第二節(jié) 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 二、十字軸式萬向節(jié)二、十字軸式萬向節(jié) 2.滾針軸承的軸向定位方式 有軸向竄動(dòng)將使傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡狀態(tài)遭受破壞。 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第三節(jié)第三節(jié) 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)一、單十字

5、軸萬向節(jié)傳動(dòng) 1.轉(zhuǎn)速關(guān)系 1 22 1 2 cossin1 cos 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第三節(jié)第三節(jié) 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng) 2.不等速分析 假設(shè)主動(dòng)軸等速轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢，這就是十字軸 萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性。 用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)K來表示（a 越大，K越大，轉(zhuǎn)動(dòng)越不均勻） 360,180,0)1 1 當(dāng)時(shí) cos 1 1 2 1max2 cos 1 即 時(shí)當(dāng)270,90 )2 1 cos 1 2 1min2 cos即 tgK sin 1 min2max2 第

6、四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第三節(jié)第三節(jié) 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)一、單十字軸萬向節(jié)傳動(dòng) 3.從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩 若忽略摩擦損失，則輸入、輸出軸上的功應(yīng)相等 假設(shè)輸入軸轉(zhuǎn)矩T1不變，則： 當(dāng)T1與一定時(shí)，T2在最大值與最小值之間每轉(zhuǎn)變化兩次。 減少角或采用撓性萬向節(jié)可以減小T2的振幅。 2211 TT 1 2 2 1 T T 即 ; cos 1 max22 1 2 T TT達(dá)到最大，最小時(shí)，當(dāng) 。達(dá)到最小，最大時(shí)，當(dāng) cos 1min22 1 2 TTT 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第三節(jié)第三節(jié) 萬向

7、傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 二、雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)二、雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng) 對于一個(gè)萬向節(jié)傳動(dòng)軸，主動(dòng)軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)，則從動(dòng)軸不 等速轉(zhuǎn)動(dòng)，且愈大，轉(zhuǎn)動(dòng)的不等速性愈大。 對于雙萬向節(jié)傳動(dòng)軸，若要使輸入軸和輸出軸等速旋轉(zhuǎn)， 需滿足以下條件： 傳動(dòng)軸兩端的萬向節(jié)叉位于同一平面內(nèi)； 兩萬向節(jié)夾角相等，即1=2。 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、計(jì)算載荷一、計(jì)算載荷 1max ,iTe n ikiTk T fed se 1max 1 n iikiTk T fed se 2 01max 2 mm r SS ii rm

8、G T 0 22 1 mm r11 2SS i2 rmG T nii rF T mm0 rt 1SF ni2 rF T mm rt 2SF 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、計(jì)算載荷一、計(jì)算載荷 日常平均牽引力 計(jì)算載荷應(yīng)用： 靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷TS取TSe1和TSS1（或TSe2和TSS2）較小值 進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷TS取TSF1或TSF2 30. 009. 009. 005. 008. 0: 035. 0020. 0020. 0015. 0015. 0010. 0: )( H R H R jHRat f

9、 f f f fffGGF 越野車貨車轎車 均爬坡能力系數(shù)汽車正常使用時(shí)的平 道路滾動(dòng)阻力系數(shù) ） 掛 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 1.損壞方式 十字軸軸頸、滾針軸承磨損； 十字軸軸頸、滾針軸承碗表面出現(xiàn)壓痕和剝落； 十字軸軸頸根部斷裂。 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 2.軸頸根部強(qiáng)度計(jì)算 作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力： T1為計(jì)算轉(zhuǎn)矩；為主、從動(dòng)叉軸的最大夾角。 軸

10、頸根部的彎曲應(yīng)力: =250350MPa 軸頸根部的剪切應(yīng)力: =80120MPa 1 2 cos T F r 1 44 12 32 () ww d Fs dd 22 12 4 () F dd 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 3.滾針軸承接觸強(qiáng)度 其中：Lb為滾針工作長度(mm)， L為滾針總長度(mm) Fn為一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷(N)； 當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時(shí)，許 用接觸應(yīng)力j=30003200MPa b n 01 j L F ) d 1 d 1 (27

11、2 0 (0.15 1.00) b LLd Zi F Fn 6 .4 i滾針列數(shù)；滾針列數(shù)； Z每列中的滾針數(shù)。每列中的滾針數(shù)。 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 4.萬向節(jié)叉強(qiáng)度計(jì)算 萬向節(jié)叉在與十字軸聯(lián)接處，產(chǎn)生支承反力； 與十字軸軸孔中心線成45B-B截面處為危險(xiǎn)截面； 彎曲應(yīng)力 =5080MPa 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 =80160MPa . ww F e W . t F a W 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 二、十

12、字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 5.萬向節(jié)的傳動(dòng)效率 通常約為97%99。 1 0 2tan 1 d f r )25(時(shí) 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 1.Rzeppa型球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 假定帶分度機(jī)構(gòu)的Rzeppa型球籠萬向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩 時(shí)六個(gè)傳力鋼球均勻受載，則鋼球的直徑可按下列 經(jīng)驗(yàn)公式確定： 式中d為傳力鋼球直徑（mm），T1計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.mm）； 計(jì)算鋼球直徑應(yīng)圓整并取最接近國家標(biāo)準(zhǔn)的直徑。 3 4 1 101 . 2 T d 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸

13、設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 1.Rzeppa型球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 當(dāng)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，可參考圖4-15并按如下關(guān)系確定。 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 2.Birfield型球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 以與星形套連接軸的直徑ds作為萬向節(jié)的基本尺寸 式中T1為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，SF為使用因素，對于無振動(dòng)的理想傳 動(dòng)取0，有輕微振動(dòng)的取1.2-1.5，有中等振動(dòng)的取1.7-2.0

14、， 振動(dòng)十分嚴(yán)重的取2.7-3.6。 3 1 2 .87 F s ST d 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 2.Birfield型球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) Birfield型球籠萬向節(jié)系列數(shù)據(jù)（表4-4） 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算 四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì)四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計(jì) 3.撓性萬向節(jié)設(shè)計(jì) 盤式撓性萬向節(jié)橡膠盤的拉應(yīng)力和擠壓應(yīng)力應(yīng)滿足 式中Tmax為萬向節(jié)靜強(qiáng)度計(jì)算轉(zhuǎn)矩，i為一個(gè)萬向節(jié)叉上 的螺栓數(shù)，R為橡膠盤

15、平均半徑，R1、R2為橡膠盤外、內(nèi) 半徑，b為橡膠盤厚度，d0為螺栓孔直徑 許用拉應(yīng)力12-15MPa，許用擠壓應(yīng)力8MPa。 jj LL iRbd T dRRiRb T 0 max 021 max )( 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第五節(jié)第五節(jié) 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu) 由傳動(dòng)軸及其兩端焊接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成。 一般設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的滑動(dòng)花鍵，以實(shí)現(xiàn)傳 動(dòng)長度的變化。 為了減小滑動(dòng)花鍵的軸向滑動(dòng)阻力和磨損，對花鍵齒進(jìn) 行磷化處理或噴涂尼龍層 在花鍵槽中放入滾針、滾柱或滾珠等滾動(dòng)元件，以滾動(dòng) 摩擦代替滑動(dòng)摩擦，提高傳

16、動(dòng)效率 對于有嚴(yán)重沖擊載荷的傳動(dòng)，采用彈性傳動(dòng)軸 花鍵應(yīng)有潤滑及防塵措施，花鍵齒與鍵槽間隙不宜過大， 且應(yīng)按對應(yīng)標(biāo)記裝配，以免裝錯(cuò)破壞傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平 衡。 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第五節(jié)第五節(jié) 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速 當(dāng)傳動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動(dòng)頻 率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而 引起傳動(dòng)軸有折斷危險(xiǎn)的轉(zhuǎn)速，它決定于傳動(dòng) 軸的尺寸、結(jié)構(gòu)及支承情況。 在設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸時(shí)，取安全系數(shù)k=1.2-2.0，精確 動(dòng)平衡、高精度的伸縮花鍵及萬向間隙比較小 時(shí)取k=1.2 2 c 2 c 2 c8 k L dD 102 . 1n max 1.2 2.0 k Knn 第四章第四章 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 汽車工程系 第六節(jié)第六節(jié) 中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 中間支承中間支承 在長軸距汽車上，為了提高臨界轉(zhuǎn)速、避免共 振及考慮整車總體布置上的需要，常將傳動(dòng)軸 分段； 在乘用車中為了提高傳動(dòng)系的彎曲剛度、改善 傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)特性、減小噪聲，也將傳動(dòng)軸