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1、第四章第四章 万向节和传动轴设计万向节和传动轴设计第一第一节 概述概述第二第二节 万向万向节结构方案分析构方案分析第三第三节 万向万向节传动的运的运动分析和受力分析分析和受力分析第四第四节 万向万向节设计第五第五节 传动轴结构分析与构分析与设计第六第六节 中中间支承支承结构分析与构分析与设计14-1概述概述一、万向一、万向一、万向一、万向节节功用功用功用功用: :在工作位置不断改在工作位置不断改在工作位置不断改在工作位置不断改变变的两根的两根的两根的两根轴轴之之之之间传递动间传递动力力力力二、二、二、二、设计设计要求要求要求要求: :（1 1）保）保）保）保证证所所所所连连接的两接的两接的两接
2、的两轴轴相相相相对对位置在位置在位置在位置在预预定范定范定范定范围围内内内内变动变动时时，能可靠的，能可靠的，能可靠的，能可靠的传递动传递动力力力力（2 2）保）保）保）保证证所所所所连连接的两接的两接的两接的两轴轴尽可能等速旋尽可能等速旋尽可能等速旋尽可能等速旋转转。（3 3）传动传动效率高，使用寿命效率高，使用寿命效率高，使用寿命效率高，使用寿命长长，结结构构构构简单简单，容易，容易，容易，容易维维修。修。修。修。2三、应用三、应用1. 1.变变速器与速器与速器与速器与驱动桥间驱动桥间（单单式、复式）；式、复式）；式、复式）；式、复式）；2. 2.转转向向向向驱动轮驱动轮等角速万向等角速万
3、向等角速万向等角速万向节节；3. 3.驱动轴为驱动轴为独立独立独立独立悬悬架，架，架，架，驱动桥驱动桥两两两两侧侧，起半，起半，起半，起半轴轴作用；作用；作用；作用；4. 4.变变速器、离合器与分速器、离合器与分速器、离合器与分速器、离合器与分动动器非一体的情况下（越器非一体的情况下（越器非一体的情况下（越器非一体的情况下（越野野野野车车）；）；）；）；5. 5.转转向器；向器；向器；向器；6. 6.功率功率功率功率输输出箱出箱出箱出箱驱动绞盘驱动绞盘之之之之间间。7. 7.远远距离操距离操距离操距离操纵变纵变速箱速箱速箱速箱3三、应用三、应用四、分四、分类刚刚性：不等速、准等速、等速性：不等
4、速、准等速、等速性：不等速、准等速、等速性：不等速、准等速、等速挠挠性性性性44-2万向节结构方案分析万向节结构方案分析一、十字一、十字轴万向万向节1. 1.组组成：由主成：由主成：由主成：由主动动叉、从叉、从叉、从叉、从动动叉、十字叉、十字叉、十字叉、十字轴轴、滚针轴滚针轴承、承、承、承、轴轴向定位件和橡胶密封件向定位件和橡胶密封件向定位件和橡胶密封件向定位件和橡胶密封件组组成成成成2. 2.特点：特点：特点：特点：结结构构构构简单简单、强强度高、耐久性好、度高、耐久性好、度高、耐久性好、度高、耐久性好、传动传动效率高、成本低，但效率高、成本低，但效率高、成本低，但效率高、成本低，但夹夹角不
5、宜角不宜角不宜角不宜过过大。大。大。大。5一、十字轴万向节一、十字轴万向节3.轴向定位方式：向定位方式：uu盖板式盖板式盖板式盖板式uu卡卡卡卡环环式式式式uu瓦盖固定式瓦盖固定式瓦盖固定式瓦盖固定式uu塑料塑料塑料塑料环环定位式定位式定位式定位式4.润滑与密封：滑与密封：uu双刃口复合油封双刃口复合油封双刃口复合油封双刃口复合油封uu多刃口油封多刃口油封多刃口油封多刃口油封6二、准等速万向节二、准等速万向节1.双双联式：式：uu特点：由两个十字特点：由两个十字特点：由两个十字特点：由两个十字轴轴万向万向万向万向节节并并并并联联，允，允，允，允许许两两两两轴轴间间的的的的夹夹角角角角较较大（可
6、达大（可达大（可达大（可达5050），），），），轴轴承密封好，承密封好，承密封好，承密封好，效率高，工作可靠，制造方便。但效率高，工作可靠，制造方便。但效率高，工作可靠，制造方便。但效率高，工作可靠，制造方便。但结结构复构复构复构复杂杂，外形尺寸大，零件数目多。外形尺寸大，零件数目多。外形尺寸大，零件数目多。外形尺寸大，零件数目多。uu用途：多用于用途：多用于用途：多用于用途：多用于军军用越野用越野用越野用越野转转向向向向驱动桥驱动桥7二、准等速万向节二、准等速万向节2.凸凸块式万向式万向节uu特点：相当于双特点：相当于双特点：相当于双特点：相当于双联联式万向式万向式万向式万向节节，工作可靠
7、，工作可靠，工作可靠，工作可靠，加工加工加工加工简单简单，允，允，允，允许许的的的的夹夹角角角角较较大（大（大（大（5050），工作），工作），工作），工作面面面面为为全滑全滑全滑全滑动动摩擦，效率低，易磨摩擦，效率低，易磨摩擦，效率低，易磨摩擦，效率低，易磨损损，对对密封密封密封密封和和和和润润滑要求高。滑要求高。滑要求高。滑要求高。uu用途：多用于中型以上越野用途：多用于中型以上越野用途：多用于中型以上越野用途：多用于中型以上越野车转车转向向向向驱动桥驱动桥。8二、准等速万向节二、准等速万向节3.三三销轴式万向式万向节uu特点：允特点：允特点：允特点：允许许的最大的最大的最大的最大夹夹角角
8、角角4545，易于密封，外，易于密封，外，易于密封，外，易于密封，外形尺寸大，形尺寸大，形尺寸大，形尺寸大，结结构复构复构复构复杂杂，毛坯需精，毛坯需精，毛坯需精，毛坯需精锻锻uu用途：个用途：个用途：个用途：个别别中、重型越野中、重型越野中、重型越野中、重型越野车转车转向向向向驱动桥驱动桥9三、等速万向节三、等速万向节1.球叉式万向球叉式万向节：uu圆圆弧槽型球叉式万向弧槽型球叉式万向弧槽型球叉式万向弧槽型球叉式万向节节：传动夹传动夹角小于角小于角小于角小于3333，磨，磨，磨，磨损损快，用于快，用于快，用于快，用于轻轻中型越野中型越野中型越野中型越野车转车转向向向向驱动桥驱动桥；uu直槽直
9、槽直槽直槽滚滚道型球叉式万向道型球叉式万向道型球叉式万向道型球叉式万向节节：传动夹传动夹角小于角小于角小于角小于2020，可以略微伸，可以略微伸，可以略微伸，可以略微伸缩缩，用于断开式，用于断开式，用于断开式，用于断开式驱动桥驱动桥10三、等速万向节三、等速万向节2.球球笼式万向式万向节：uuBirfieldBirfield型球型球型球型球笼笼式万向式万向式万向式万向节节（RFRF节节）：承）：承）：承）：承载载能能能能力和耐冲力和耐冲力和耐冲力和耐冲击击能力能力能力能力强强，效率高，效率高，效率高，效率高，结结构构构构紧紧凑，安凑，安凑，安凑，安装方便，装方便，装方便，装方便，应应用最广泛，
10、用于独立用最广泛，用于独立用最广泛，用于独立用最广泛，用于独立悬悬架架架架转转向向向向驱驱动桥动桥靠近靠近靠近靠近转转向向向向轮轮一一一一侧侧。11三、等速万向节三、等速万向节2.球球笼式万向式万向节：uu伸伸伸伸缩缩型球型球型球型球笼笼式万向式万向式万向式万向节节（VLVL节节）：外）：外）：外）：外滚滚道道道道为为直槽，可伸直槽，可伸直槽，可伸直槽，可伸缩缩，省去滑，省去滑，省去滑，省去滑动动花花花花键键，结结构构构构简单简单，效率高；用于独立效率高；用于独立效率高；用于独立效率高；用于独立悬悬架架架架转转向向向向驱动桥驱动桥靠近主减靠近主减靠近主减靠近主减速器一速器一速器一速器一侧侧。1
11、2四、挠性万向节四、挠性万向节n n特点：特点：uu能减小扭能减小扭能减小扭能减小扭转转振振振振动动、动载动载荷、噪声荷、噪声荷、噪声荷、噪声uu结结构构构构简单简单，不用，不用，不用，不用润润滑滑滑滑uu用于两用于两用于两用于两轴间夹轴间夹角不大（角不大（角不大（角不大（3 355），），），），轴轴向位移向位移向位移向位移小的小的小的小的场场合合合合13四、挠性万向节四、挠性万向节n n用途：用途：uu轿车轿车三万向三万向三万向三万向节传动节传动中的靠近中的靠近中的靠近中的靠近变变速器的第一速器的第一速器的第一速器的第一节节；uu重型汽重型汽重型汽重型汽车发动车发动机与机与机与机与变变速器
12、之速器之速器之速器之间间；uu越野越野越野越野车变车变速器与分速器与分速器与分速器与分动动器之器之器之器之间间，以消除制造安，以消除制造安，以消除制造安，以消除制造安装装装装误误差和差和差和差和车车架架架架变变形形形形对传动对传动的影响。的影响。的影响。的影响。144-3 万向节传动的运动和受力万向节传动的运动和受力分析分析一、一、单十字十字轴万向万向节传动1.转速速变化化1）1=0，180时，则2= 1/cos，最大；2）1=90，270时，则2= 1 cos，最小；15一、单十字轴万向节传动一、单十字轴万向节传动2.转矩矩变化化16因此，从因此，从因此，从因此，从动轴动轴受到周期作用的受到
13、周期作用的受到周期作用的受到周期作用的转转矩，其周期比矩，其周期比矩，其周期比矩，其周期比主主主主动轴转动轴转速大一倍，振幅依速大一倍，振幅依速大一倍，振幅依速大一倍，振幅依赖赖于于于于 的的的的变变化。化。化。化。一、单十字轴万向节传动一、单十字轴万向节传动2.转矩矩变化化若若若若T T1 1为为常数，常数，常数，常数，则则17一、单十字轴万向节传动一、单十字轴万向节传动3.附加弯曲力偶矩附加弯曲力偶矩变化化1 1） 1 1=0=0，180180时时，则则T T2 2= T= T1 1sinsin，最大；，最大；，最大；，最大；2 2） 1 1=90=90，270270时时，则则T T1 1
14、= T= T1 1tg tg ，最小；，最小；，最小；，最小；因此，主、从因此，主、从因此，主、从因此，主、从动轴动轴受到周期作用的附加弯曲力偶矩，受到周期作用的附加弯曲力偶矩，受到周期作用的附加弯曲力偶矩，受到周期作用的附加弯曲力偶矩，其周期比主其周期比主其周期比主其周期比主动轴转动轴转速大一倍（速大一倍（速大一倍（速大一倍（ ），在主从），在主从），在主从），在主从动轴动轴支支支支承上引起周期性承上引起周期性承上引起周期性承上引起周期性变变化的径向化的径向化的径向化的径向载载荷（振荷（振荷（振荷（振动动）。）。）。）。18二、双十字轴万向节传动：二、双十字轴万向节传动：n n输输入入入入轴
15、轴和和和和输输出出出出轴轴平行平行平行平行时时，当，当，当，当 1 1 2 2时时，必有，必有，必有，必有 1 1 3 3，输输入入入入轴轴和和和和输输出同步旋出同步旋出同步旋出同步旋转转；19二、双十字轴万向节传动：二、双十字轴万向节传动：n n当当当当输输入入入入轴轴和和和和输输出出出出轴轴相交，与相交，与相交，与相交，与传动轴夹传动轴夹角都角都角都角都为为 时时，作用在万向，作用在万向，作用在万向，作用在万向节节十字叉上的附加力矩不能平十字叉上的附加力矩不能平十字叉上的附加力矩不能平十字叉上的附加力矩不能平衡，使两个万向衡，使两个万向衡，使两个万向衡，使两个万向节节十字十字十字十字轴轴承
16、受大小相等方向相承受大小相等方向相承受大小相等方向相承受大小相等方向相反的力，使支承反的力，使支承反的力，使支承反的力，使支承处处也也也也产产生反力，生反力，生反力，生反力， 越大，反力越大，反力越大，反力越大，反力越大。越大。越大。越大。204-4万向节设计万向节设计一、万向一、万向一、万向一、万向节传动节传动的的的的计计算算算算载载荷荷荷荷( (表表表表4-1)4-1)二、十字二、十字二、十字二、十字轴轴式万向式万向式万向式万向节设计节设计1. 1.保保保保证证十字十字十字十字轴轴颈处轴轴颈处有足有足有足有足够够的弯曲的弯曲的弯曲的弯曲强强度：度：度：度：TT传动轴计传动轴计算算算算转转矩
17、矩矩矩rr合力作用合力作用合力作用合力作用线线与十字与十字与十字与十字轴轴中心之中心之中心之中心之间间的距离的距离的距离的距离万向万向万向万向节节最大最大最大最大夹夹角角角角21二、十字轴式万向节设计二、十字轴式万向节设计1.保保证十字十字轴轴颈处有足有足够的弯曲的弯曲强度：度：22二、十字轴式万向节设计二、十字轴式万向节设计2. 十字十字轴轴颈处剪切剪切应力：力：23二、十字轴式万向节设计二、十字轴式万向节设计3.保保证滚针轴承有足承有足够的接触的接触强度度LL滚针滚针工作工作工作工作长长度度度度d d1 1油道孔直径油道孔直径油道孔直径油道孔直径F Fn n一个一个一个一个滚针滚针所承受的
18、最大所承受的最大所承受的最大所承受的最大载载荷荷荷荷24二、十字轴式万向节设计二、十字轴式万向节设计3.保保证滚针轴承有足承有足够的接触的接触强度度ii滚针滚针列数列数列数列数ZZ每列中的每列中的每列中的每列中的滚针滚针数数数数254-5传动轴结构方案设计传动轴结构方案设计一、一、临界界转速：速：由于由于由于由于传动轴传动轴壁厚不均匀，制造壁厚不均匀，制造壁厚不均匀，制造壁厚不均匀，制造误误差，装配差，装配差，装配差，装配误误差，差，差，差，造成造成造成造成质质心与心与心与心与转轴转轴中心不重合，中心不重合，中心不重合，中心不重合，导导致离心致离心致离心致离心惯惯性性性性作用，使作用，使作用，
19、使作用，使传动轴产传动轴产生弯曲振生弯曲振生弯曲振生弯曲振动动。当。当。当。当传动轴转传动轴转速等于它的弯曲振速等于它的弯曲振速等于它的弯曲振速等于它的弯曲振动动固有固有固有固有频频率率率率时时，发发生共振，生共振，生共振，生共振，导导致折断，此致折断，此致折断，此致折断，此转转速速速速为临为临界界界界转转速。速。速。速。264-5传动轴结构方案设计传动轴结构方案设计一、一、临界界转速：速：要求使用的要求使用的要求使用的要求使用的n nk k/n/nmaxmax=1.22.0=1.22.0，要提高，要提高，要提高，要提高n nk k，应应减减减减小小小小L L，增加，增加，增加，增加D D、d d，加中，加中，加中，加中间间支承支承支承支承271.扭扭转应力力：二、强度计算二、强度计算282.花花键处扭扭转应力力1：d dh h花花花花键键根径，安全系数根径，安全系数根径，安全系数根径，安全系数n=23n=23二、强度计算二、强度计算293.花花键处挤压应力力j：LL工作工作工作工作长长度度度度 D D1 1外径外径外径外径D D2 2内径内径内径内径ZZ齿齿数数数数 j j=2550 MPa=2550 MPa滑滑滑滑动动花花花花键键 j j=50100 MPa=50100 MPa 不滑不滑不滑不滑动动花花花花键键二、强度计算二、强度计算30
