工程機械及車輛(5)

1、第五章第五章 萬向節(jié)和傳動軸萬向節(jié)和傳動軸萬向節(jié)功用萬向節(jié)功用普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)傳動軸傳動軸1. 萬向節(jié)功用萬向節(jié)功用 功用功用：在相連的兩軸軸線不同心，或兩軸線有交角的情況下傳遞扭矩。：在相連的兩軸軸線不同心，或兩軸線有交角的情況下傳遞扭矩。主要用于以下情況：兩根軸間的距離較遠，而且相對位置可能變化的時主要用于以下情況：兩根軸間的距離較遠，而且相對位置可能變化的時候；兩根軸間的夾角變化的時候；為了彌補制造過程中的各種誤差，便候；兩根軸間的夾角變化的時候；為了彌補制造過程中的各種誤差，便于裝配于裝配 車輛在不平的地面上作業(yè)時，變速器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸的相車輛在不平的

2、地面上作業(yè)時，變速器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸的相對位置會發(fā)生變化，因此需要在兩軸之間裝上萬向節(jié)，以便順利傳遞對位置會發(fā)生變化，因此需要在兩軸之間裝上萬向節(jié)，以便順利傳遞動力。動力。1. 萬向節(jié)功用萬向節(jié)功用 應用：變速器與驅(qū)動橋之間應用：變速器與驅(qū)動橋之間轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋既是驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋既是驅(qū)動輪又是轉(zhuǎn)向輪。作為轉(zhuǎn)向又是轉(zhuǎn)向輪。作為轉(zhuǎn)向輪，要求在轉(zhuǎn)向時能偏輪，要求在轉(zhuǎn)向時能偏轉(zhuǎn)某一角度；作為驅(qū)動轉(zhuǎn)某一角度；作為驅(qū)動輪，則要求半軸在車輪輪，則要求半軸在車輪偏轉(zhuǎn)過程中仍能不間斷偏轉(zhuǎn)過程中仍能不間斷地把動力從主傳動器傳地把動力從主傳動器傳給車輪。為此，轉(zhuǎn)向驅(qū)給車輪。為此，轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的每根半軸應做成動橋的每

3、根半軸應做成內(nèi)、外兩段，中間用萬內(nèi)、外兩段，中間用萬向節(jié)作過渡連接。向節(jié)作過渡連接。轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的半軸與驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的半軸與驅(qū)動輪 應用：轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋應用：轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋1. 萬向節(jié)功用萬向節(jié)功用轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器萬向傳動裝置萬向傳動裝置1. 萬向節(jié)功用萬向節(jié)功用 應用：轉(zhuǎn)向軸應用：轉(zhuǎn)向軸2. 普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)也可被稱為不等速萬向節(jié)，或十字架萬向節(jié)普通萬向節(jié)也可被稱為不等速萬向節(jié)，或十字架萬向節(jié)十字軸萬向節(jié)由萬向節(jié)叉、十字軸、套筒、軸承蓋等零件組成，其中兩個十字軸萬向節(jié)由萬向節(jié)叉、十字軸、套筒、軸承蓋等零件組成，其中兩個萬向節(jié)叉的孔分別通過滾針和套筒組成的萬向節(jié)叉的

4、孔分別通過滾針和套筒組成的滾針軸承滾針軸承活套在十字軸的軸頸上；活套在十字軸的軸頸上；當主動軸轉(zhuǎn)動時，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動、又可繞十字軸中心在任意方向擺當主動軸轉(zhuǎn)動時，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動、又可繞十字軸中心在任意方向擺動；套筒由動；套筒由軸承蓋軸承蓋（通過軸承蓋上的凸臺與套筒上的凹槽配合，防止套筒轉(zhuǎn)動通過軸承蓋上的凸臺與套筒上的凹槽配合，防止套筒轉(zhuǎn)動）或或卡環(huán)卡環(huán)固定在萬向節(jié)叉上固定在萬向節(jié)叉上 當叉軸當叉軸1以等角速度以等角速度 1旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)，A點的瞬時線速度可點的瞬時線速度可求：求： A= 1r= 2rcos 2 1 當叉軸當叉軸1轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過900后，后，B點的瞬時線速度可求：點的瞬時線速度可求

5、： B= 1rcos = 2r 2 1 2. 普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)速度特性速度特性 單個萬向節(jié)在輸入軸和輸出軸夾角不為零時，其兩軸的瞬間角速度單個萬向節(jié)在輸入軸和輸出軸夾角不為零時，其兩軸的瞬間角速度不相等。當輸入軸勻速轉(zhuǎn)動時，輸出軸的轉(zhuǎn)速則周期性的變化，我們稱不相等。當輸入軸勻速轉(zhuǎn)動時，輸出軸的轉(zhuǎn)速則周期性的變化，我們稱之為十字軸剛性萬向節(jié)的不等速性。所謂普通十字軸萬向節(jié)傳動的不等之為十字軸剛性萬向節(jié)的不等速性。所謂普通十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性是指從動軸在一周中的角速度不均勻，而主、從動軸的轉(zhuǎn)速則是相速性是指從動軸在一周中的角速度不均勻，而主、從動軸的轉(zhuǎn)速則是相等的。等

6、的。2. 普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)速度特性速度特性 由于普通十字軸萬向節(jié)的這種不等速由于普通十字軸萬向節(jié)的這種不等速性，將使從動軸及與其相連的傳動部件產(chǎn)性，將使從動軸及與其相連的傳動部件產(chǎn)生角加速度，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，不利于生角加速度，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，不利于車輛的勻速型式，而由此產(chǎn)生的附加動載車輛的勻速型式，而由此產(chǎn)生的附加動載荷也將影響零件的使用壽命。為了避免上荷也將影響零件的使用壽命。為了避免上述缺點，常采用述缺點，常采用雙萬向節(jié)傳動方式雙萬向節(jié)傳動方式。 當兩個十字軸在同一平面時，傳動的當兩個十字軸在同一平面時，傳動的等角速條件為：等角速條件為： （1 1）主動軸）主動

7、軸1 1與中間軸的夾角與中間軸的夾角a1a1與從動軸與從動軸2 2與中間軸的夾角與中間軸的夾角a2a2相等；相等； （2 2）當主動軸、從動軸在同一平面時，中）當主動軸、從動軸在同一平面時，中間軸兩端的萬向節(jié)叉應該在同一平面。間軸兩端的萬向節(jié)叉應該在同一平面。 113cos/113cos/232cos232cos2. 普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)速度特性速度特性缺點：缺點：1、在車輛行駛過程中，不可能始終保持兩夾角相、在車輛行駛過程中，不可能始終保持兩夾角相等，故雙萬向節(jié)傳動也只能是近似的等速傳動；等，故雙萬向節(jié)傳動也只能是近似的等速傳動；2、萬向、萬向節(jié)在工作時，由于它的不等速性

8、，內(nèi)部各零件間必然有相節(jié)在工作時，由于它的不等速性，內(nèi)部各零件間必然有相對運動，因而就有摩擦損失降低傳動效率。對運動，因而就有摩擦損失降低傳動效率。2. 普通萬向節(jié)普通萬向節(jié)3. 等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)輪式底盤輪式底盤轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的內(nèi)、外半軸間，由于布置受軸向尺寸的限制，且轉(zhuǎn)向輪要求的內(nèi)、外半軸間，由于布置受軸向尺寸的限制，且轉(zhuǎn)向輪要求偏轉(zhuǎn)角較大（偏轉(zhuǎn)角較大（3040度以上），因此雙萬向節(jié)傳動很難適應，需要用一個就能實現(xiàn)度以上），因此雙萬向節(jié)傳動很難適應，需要用一個就能實現(xiàn)等角速傳動的萬向節(jié)等角速傳動的萬向節(jié)在在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，較大軸間夾角的萬向節(jié)可使車輛獲得較小的轉(zhuǎn)彎半徑，

9、提高了車中，較大軸間夾角的萬向節(jié)可使車輛獲得較小的轉(zhuǎn)彎半徑，提高了車輛的機動性輛的機動性準等角速萬向節(jié)準等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)雙聯(lián)式等角速萬向節(jié)雙聯(lián)式等角速萬向節(jié)三銷式等角速萬向節(jié)三銷式等角速萬向節(jié)球籠式等角速萬向節(jié)球籠式等角速萬向節(jié)球叉式等角速萬向節(jié)球叉式等角速萬向節(jié)3. 等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)3. 等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)準等速萬向節(jié)的基本原理：準等速萬向節(jié)的基本原理：根據(jù)雙萬向節(jié)實根據(jù)雙萬向節(jié)實現(xiàn)等速傳動的原理而設計現(xiàn)等速傳動的原理而設計雙聯(lián)式等角速萬向節(jié)雙聯(lián)式等角速萬向節(jié)實際上是一套傳動軸長度縮減至最小的實際上是一套傳動軸長度縮減至最小的雙十雙十字軸萬向節(jié)字軸萬向節(jié)等速

10、傳動裝置；雙聯(lián)叉相當于兩等速傳動裝置；雙聯(lián)叉相當于兩個在同一平面上的萬向節(jié)叉；欲使主動軸和個在同一平面上的萬向節(jié)叉；欲使主動軸和從動軸角速度相等，應保證雙聯(lián)叉的對稱線從動軸角速度相等，應保證雙聯(lián)叉的對稱線平分所連兩軸的夾角平分所連兩軸的夾角優(yōu)點優(yōu)點：允許較大的軸間夾角，工作可靠，制：允許較大的軸間夾角，工作可靠，制造方便造方便缺點缺點：外形尺寸大，結構復雜，非完全等速：外形尺寸大，結構復雜，非完全等速3. 等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)三銷式等角速萬向節(jié)三銷式等角速萬向節(jié)：雙十字軸萬向節(jié)的另一種形式，它將兩個十字軸轉(zhuǎn)化為兩個：雙十字軸萬向節(jié)的另一種形式，它將兩個十字軸轉(zhuǎn)化為兩個三銷軸插在一起，取消了

11、中間架。輸入叉和輸出叉變成了偏心軸叉。最大的特點是三銷軸插在一起，取消了中間架。輸入叉和輸出叉變成了偏心軸叉。最大的特點是允許相鄰兩軸有較大的交角允許相鄰兩軸有較大的交角3. 等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)等速萬向節(jié)的基本原理等速萬向節(jié)的基本原理：從結構上保證萬向節(jié)在工作過程中，其傳力點永遠位于：從結構上保證萬向節(jié)在工作過程中，其傳力點永遠位于兩軸交點的平分面上兩軸交點的平分面上球籠式等角速萬向節(jié)球籠式等角速萬向節(jié)星形套以內(nèi)花鍵與主動軸連接，在星形套外表面有星形套以內(nèi)花鍵與主動軸連接，在星形套外表面有6條凹槽作為傳動球的內(nèi)滾道。條凹槽作為傳動球的內(nèi)滾道。從動軸端部有球形殼，在其內(nèi)表面有相應的從動軸端

12、部有球形殼，在其內(nèi)表面有相應的6條凹槽作為外滾道。條凹槽作為外滾道。6個傳動鋼球分個傳動鋼球分別裝在別裝在6條凹槽中，由保持架保持在同一平面內(nèi)。動力由主動軸經(jīng)星形套、傳動條凹槽中，由保持架保持在同一平面內(nèi)。動力由主動軸經(jīng)星形套、傳動鋼球傳給從動軸鋼球傳給從動軸3. 等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)傳動球傳動球主動軸主動軸 星形套（內(nèi)滾道）星形套（內(nèi)滾道）球籠（保持架）球籠（保持架）球形殼球形殼 （外滾道）（外滾道）外罩外罩 球籠式萬向節(jié)利用傳動球籠式萬向節(jié)利用傳動鋼球始終位于兩軸交角的平鋼球始終位于兩軸交角的平分面上的原理實現(xiàn)等角速傳分面上的原理實現(xiàn)等角速傳動的。動的。A為外滾道中心，為外滾道中心，A

13、C為外滾道中心圓的半徑。為外滾道中心圓的半徑。B為為內(nèi)滾道中心，內(nèi)滾道中心，BC為內(nèi)滾道中為內(nèi)滾道中心圓的半徑。心圓的半徑。A、B分別位于分別位于萬向節(jié)中心萬向節(jié)中心O的兩側(cè)，加工時的兩側(cè)，加工時使使BC=AC，OA=OB。保持。保持架的內(nèi)、外球面和星形套外架的內(nèi)、外球面和星形套外球面，以及球形殼的內(nèi)球面球面，以及球形殼的內(nèi)球面均以萬向節(jié)中心均以萬向節(jié)中心O為球心。當為球心。當兩軸交角變化時，傳動鋼球兩軸交角變化時，傳動鋼球迫使保持架沿內(nèi)、外球面滑迫使保持架沿內(nèi)、外球面滑動，從而使動，從而使6個鋼球既在同一個鋼球既在同一平面內(nèi)，又位于內(nèi)、外滾道平面內(nèi)，又位于內(nèi)、外滾道的平分面上，從而保證等角的

14、平分面上，從而保證等角速傳動。速傳動。 優(yōu)點：允許較大的軸間夾角；優(yōu)點：允許較大的軸間夾角；6 6個鋼球全部個鋼球全部傳遞扭矩，承載能力大；尺寸緊湊、效率高、傳遞扭矩，承載能力大；尺寸緊湊、效率高、安裝簡單。安裝簡單。 缺點：加工精度要求較高。缺點：加工精度要求較高。3. 等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)球籠式等角速萬向節(jié)球籠式等角速萬向節(jié) 由主動叉、從動叉、傳動鋼球、定心球、定位銷和鎖銷等組成。每個叉由主動叉、從動叉、傳動鋼球、定心球、定位銷和鎖銷等組成。每個叉上都有上都有4 4個曲面凹槽，裝配后形成兩個相交的環(huán)形槽，作為個曲面凹槽，裝配后形成兩個相交的環(huán)形槽，作為4 4個傳動鋼球的滾個傳動鋼球的滾

15、道。定心球在兩叉中心出，并使用定位銷和鎖銷實現(xiàn)中心定位。道。定心球在兩叉中心出，并使用定位銷和鎖銷實現(xiàn)中心定位。3. 等角速萬向節(jié)等角速萬向節(jié)球叉式等角速萬向節(jié)球叉式等角速萬向節(jié) 主、從動叉的曲面凹槽中心圓的半徑分別為主、從動叉的曲面凹槽中心圓的半徑分別為R1R1和和R2R2，凹槽中心分別為，凹槽中心分別為O1O1和和O2O2。O O點為萬向節(jié)中心，同時又是定心鋼球的中心。加工時使點為萬向節(jié)中心，同時又是定心鋼球的中心。加工時使OO1=OO2OO1=OO2，R1=R2R1=R2。因而，主、從動軸無論在任何交角時，傳動鋼球既處在主動軸的凹。因而，主、從動軸無論在任何交角時，傳動鋼球既處在主動軸的凹槽內(nèi)，又位于從動軸的凹槽內(nèi)，即傳動鋼球中心必然位于兩凹槽中心圓的交槽內(nèi)，又位于從動軸的凹槽內(nèi)，即傳動鋼球中心必然位于兩凹槽中心圓的交點上，也就是所有的鋼球都位于兩軸的角平分面上，從而保證等角速傳動。點上，也就是所有的鋼球都位于兩軸的角平分面上，從而保證等角速傳動。 優(yōu)點：結構緊湊、簡單，兩軸間交角較大。優(yōu)點：結構緊湊、簡單，兩軸間交角較大。 缺點：正反轉(zhuǎn)時都只有兩個鋼球傳力，鋼球和凹槽的壓力較大，缺點：正反轉(zhuǎn)時都只有兩個鋼球傳力，鋼球和凹槽的壓力較大，承載能力較球籠式等角速萬向