汽車設(shè)計第四章萬向傳動軸設(shè)計課件

1、汽車工程系第四章 萬向傳動軸設(shè)計第一節(jié) 概述第二節(jié) 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析第三節(jié) 萬向傳動的運動和受力分析第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算第五節(jié) 傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計第六節(jié) 中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第一節(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)運動設(shè)計要求設(shè)計要求1.保證所連接的兩軸在一定的軸間夾角變化范圍內(nèi)，能可靠地傳遞動力;2.保證所連接的兩軸盡可能等速運轉(zhuǎn);3.萬向節(jié)產(chǎn)生的附加載荷振動和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi);4.傳動效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造維修容易。第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第一節(jié)第一節(jié) 概述概述

2、萬向節(jié)的應(yīng)用萬向節(jié)的應(yīng)用(a）變速器與驅(qū)動橋之間(b)多軸驅(qū)動的汽車的分動器與驅(qū)動橋之間或驅(qū)動橋與驅(qū)動橋之間(c)發(fā)動機與變速器之間（由于車架的變形造成軸線間相互位置變化的兩傳動部件）(d)采用獨立懸架的汽車差速器之間(e)轉(zhuǎn)向驅(qū)動車橋的差速器與車輪之間(f)汽車的動力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)中第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第一節(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， 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) 在設(shè)計角度下工作時， 以等于 1 的瞬時角速

3、度比傳遞運動；但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)。 剛性萬向節(jié) 等速 萬向節(jié) 輸出軸和輸入軸以等于 1 的瞬時角速度比傳遞運動的萬向節(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 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第二節(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 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第二節(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 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第二節(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

4、字軸式萬向節(jié)1.組成主、從動叉、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 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第二節(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將使傳動軸的動平衡狀態(tài)遭受破壞。 第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第三節(jié)第三節(jié) 萬向傳動的運動和受力分析萬向傳動的運動和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動一、單十字軸萬向節(jié)傳動1.轉(zhuǎn)速關(guān)系12212cossin1cos第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第三節(jié)第三節(jié) 萬向傳動的運動和受力分析萬

5、向傳動的運動和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動一、單十字軸萬向節(jié)傳動2.不等速分析假設(shè)主動軸等速轉(zhuǎn)動當主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動時，從動軸時快時慢，這就是十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性。用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)K來表示（a 越大，K越大，轉(zhuǎn)動越不均勻）360,180,0)11當時cos1121max2cos1即時當270,90 )21cos121min2cos即tgKsin1min2max2第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第三節(jié)第三節(jié) 萬向傳動的運動和受力分析萬向傳動的運動和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動一、單十字軸萬向節(jié)傳動3.從動軸轉(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)

6、矩T1不變，則：當T1與一定時，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。2211TT1221TT即;cos 1max2212TTT達到最大，最小時，當。達到最小，最大時，當cos 1min2212 TTT第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第三節(jié)第三節(jié) 萬向傳動的運動和受力分析萬向傳動的運動和受力分析二、雙十字軸萬向節(jié)傳動二、雙十字軸萬向節(jié)傳動對于一個萬向節(jié)傳動軸，主動軸等速轉(zhuǎn)動，則從動軸不等速轉(zhuǎn)動，且愈大，轉(zhuǎn)動的不等速性愈大。對于雙萬向節(jié)傳動軸，若要使輸入軸和輸出軸等速旋轉(zhuǎn)，需滿足以下條件：傳動軸兩端的萬向節(jié)叉位于同一平面內(nèi)；兩萬向節(jié)夾

7、角相等，即1=2。第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算一、計算載荷一、計算載荷1max,iTenikiTkTfedse1max1niikiTkTfedse201max2mmrSSiirmGT0221mmr112SSi2rmGTniirFTmm0rt1SFni2rFTmmrt2SF第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算一、計算載荷一、計算載荷日常平均牽引力計算載荷應(yīng)用：靜強度計算時，計算載荷TS取TSe1和TSS1（或TSe2和TSS2）較小值進行疲勞壽命計算時，計算載荷TS

8、取TSF1或TSF230. 009. 009. 005. 008. 0:035. 0020. 0020. 0015. 0015. 0010. 0:)(HRHRjHRatfffffffGGF越野車貨車轎車均爬坡能力系數(shù)汽車正常使用時的平道路滾動阻力系數(shù)）掛第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計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 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算二、十字軸

9、萬向節(jié)設(shè)計二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計2.軸頸根部強度計算作用于十字軸軸頸中點的力：T1為計算轉(zhuǎn)矩；為主、從動叉軸的最大夾角。軸頸根部的彎曲應(yīng)力:=250350MPa軸頸根部的剪切應(yīng)力:=80120MPa12 cosTFr1441232()wwd Fsdd22124 ()Fdd第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計3.滾針軸承接觸強度其中：Lb為滾針工作長度(mm)， L為滾針總長度(mm)Fn為一個滾針所受的最大載荷(N)； 當滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時，許用接觸應(yīng)力j=3000320

10、0MPabn01jLF)d1d1(2720(0.15 1.00)bLLdZiFFn6 .4i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 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計4.萬向節(jié)叉強度計算萬向節(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截面處為危險截面；彎曲應(yīng)力=5080MPa扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=80160MPa.wwF eW .tF aW第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計二、十字軸

11、萬向節(jié)設(shè)計5.萬向節(jié)的傳動效率通常約為97%99。102tan1dfr )25(時第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計1.Rzeppa型球籠式萬向節(jié)設(shè)計假定帶分度機構(gòu)的Rzeppa型球籠萬向節(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列經(jīng)驗公式確定：式中d為傳力鋼球直徑（mm），T1計算轉(zhuǎn)矩（N.mm）；計算鋼球直徑應(yīng)圓整并取最接近國家標準的直徑。341101 . 2 Td第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算三、球籠式萬向

12、節(jié)設(shè)計三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計1.Rzeppa型球籠式萬向節(jié)設(shè)計當鋼球的直徑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 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計2.Birfield型球籠式萬向節(jié)設(shè)計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為計算轉(zhuǎn)矩，SF為使用因素，對于無振動的理想傳動取0，有輕微振動的取1.2-1.5，有中等振動的取1.7-2.0，振動十分嚴重的取2.7-3.6。312 .87FsSTd 第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計

13、汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計2.Birfield型球籠式萬向節(jié)設(shè)計Birfield型球籠萬向節(jié)系列數(shù)據(jù)（表4-4）第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第四節(jié)第四節(jié) 萬向節(jié)的設(shè)計計算萬向節(jié)的設(shè)計計算四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計四、球籠式萬向節(jié)設(shè)計3.撓性萬向節(jié)設(shè)計盤式撓性萬向節(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)靜強度計算轉(zhuǎn)矩，i為一個萬向節(jié)叉上的螺栓數(shù)，R為橡膠盤平均半徑，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。 jjLLiRbdTd

14、RRiRbT0max021max)(第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第五節(jié)第五節(jié) 傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計傳動軸結(jié)構(gòu)傳動軸結(jié)構(gòu)由傳動軸及其兩端焊接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成。一般設(shè)有由滑動叉和花鍵軸組成的滑動花鍵，以實現(xiàn)傳動長度的變化。為了減小滑動花鍵的軸向滑動阻力和磨損，對花鍵齒進行磷化處理或噴涂尼龍層在花鍵槽中放入滾針、滾柱或滾珠等滾動元件，以滾動摩擦代替滑動摩擦，提高傳動效率對于有嚴重沖擊載荷的傳動，采用彈性傳動軸花鍵應(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)標記裝配，以免裝錯破壞傳動軸總成的動平衡。第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計

15、汽車工程系第五節(jié)第五節(jié) 傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計傳動軸臨界轉(zhuǎn)速傳動軸臨界轉(zhuǎn)速當傳動軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動頻率時，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動軸有折斷危險的轉(zhuǎn)速，它決定于傳動軸的尺寸、結(jié)構(gòu)及支承情況。在設(shè)計傳動軸時，取安全系數(shù)k=1.2-2.0，精確動平衡、高精度的伸縮花鍵及萬向間隙比較小時取k=1.22c2c2c8kLdD102 . 1nmax1.2 2.0kKnn第四章第四章 萬向傳動軸設(shè)計萬向傳動軸設(shè)計汽車工程系第六節(jié)第六節(jié) 中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計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，常將傳動軸分段；在乘用車中為了提高傳動系的彎曲剛度、改善傳動系彎曲振動特性、減小噪聲，也將傳動軸分段。當傳動軸分