第五章萬向節(jié)與傳動軸

第五章萬向節(jié)與傳動軸第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日圖5-2為萬向切的工作原理。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日如圖5-3（a）所示，設(shè)原動軸P1的叉面與紙成垂直，從動軸P2的叉面在紙面內(nèi)，P1的角速度恒為1，P2在此位置時的角速度為1’，兩軸的夾角為當(dāng)十字軸視為與P2軸一起轉(zhuǎn)動時，A點的速度vA-2為當(dāng)十字軸視為與P1軸一起轉(zhuǎn)動時，A點的速度vA-1為在此位置A點的瞬時切線速度只能有一個，即第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日兩軸轉(zhuǎn)過900，P1軸的叉面在紙面內(nèi)而P2軸的叉面又與紙面垂直，如圖5-3（b）所示。設(shè)P2軸此時的角速度為2‘，同理取B點為參考點得vB-1=1r同理因VB-2=2’rcos

VB-2=VB-1得每轉(zhuǎn)900，P2軸的瞬時角速度2就從2’變成2’’，依此類推，因此第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日兩軸的傳動比其變化情況如右上圖5-4所示。從圖上我們可以看出，單萬向節(jié)在兩軸夾角越大，角速度2的變化幅度也就越大，因而產(chǎn)生角加速度，產(chǎn)生振動，這不利于機器以均勻的速度運行。第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日解決辦法：采用雙萬向節(jié)。如圖5-5所示。用傳動軸C與兩個萬向節(jié)將原動軸P1與從動軸P2連接起來，傳動軸C的兩部分用滑鍵（花鍵軸與花鍵套）相連，允許它自動調(diào)節(jié)其長度。第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日雙萬向節(jié)可以連接兩平行軸（圖5-5（a）），也可連接兩相交軸（圖5-5（b））。注意：并不說采用了雙萬向節(jié)就解決了瞬時速度比始終等于1的問題。欲使任何瞬時主動軸與從動軸的角速度始終相等，還要滿足下列兩個條件：1、中間軸C與原動軸P1之間的夾角必須等于中間軸C與從動軸P2之間的夾角，即1=2；2、中間軸C兩端的叉面在同一平面內(nèi)。比萬向節(jié)只有在滿足上述兩條件時，才能得到恒等于1的傳動比。第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日設(shè)開始時中間軸C上P1端的叉面位于軸P1與C所在的平面內(nèi)，這時C上P2端的叉面亦在此平面內(nèi)，即如圖5-5（a）所示位置。就C軸與P1軸而言c=1cos1就C軸與P2軸而言2=2cos2如果1=2則1=2同理，在任何位置繼續(xù)找都可以找到同樣的結(jié)果。夾角僅允許用到300，否則中間傳動軸的旋轉(zhuǎn)不均勻度太大，角應(yīng)盡量小些。第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日二、鉸接式車架萬向節(jié)的布置對于鉸接車架，其中間鉸接點O必須布置在縱向中心線上，但究竟是靠前軸好一點？還是靠后軸好一點或前后軸等距離好一點？到目前為止，這個問題還沒有一個定論，在設(shè)計時往往由總體布置時各機構(gòu)配置的具體需要來確定。不過鉸接點如距前后等距離，則轉(zhuǎn)彎時前后輪沿同一車轍滾動，否則就有內(nèi)輪差，行駛時注意即可。第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日如何布置鉸接點下面的萬向節(jié)呢？如圖5-6所示，萬向切鉸點A與B應(yīng)與O點等距離，這樣鉸接車架前后部偏轉(zhuǎn)一個角度時，由于AO=BO，則1=2=/2（如圖5-6（b））滿足瞬時速度相等的傳動條件。第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日如不布置在中間而且偏離較大時（如圖5-6（c）），則車架偏轉(zhuǎn)時，

2>1，不能滿足等速傳動條件，應(yīng)從結(jié)構(gòu)上采取措施避免。三、等速萬向節(jié)為了增加附著力以提高其作業(yè)性能，工程機械往往采用全輪驅(qū)動，這時轉(zhuǎn)向輪就成為轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪，這樣就必須設(shè)置變角傳動機構(gòu)——萬向節(jié)裝置。如果在兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪各設(shè)置一套鉸接雙萬向節(jié)，尺寸過大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在該部位的變角傳動機構(gòu)目前廣泛采用球式（球叉式或球籠式）等角速萬向節(jié)，但也有采用特殊設(shè)計的雙萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)如三銷式等角速萬向節(jié)。第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日如圖5-8（a）所示，齒輪軸線的夾角為，兩個齒輪輪齒的接觸點P位于角的等分平面內(nèi)。P點對于兩個軸的圓周速度均相同，角速度也應(yīng)相等。在球式萬向節(jié)里，不管角如何變化，只要各鋼球的中心始終在角的等分平面內(nèi)，就可以實現(xiàn)等角速度傳動，見圖5-8（b）。第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日1、球叉式等角速萬向節(jié)圖5-9為球式萬向節(jié)的一種結(jié)構(gòu)——球叉式萬向節(jié)。第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日2、球籠式等角速成萬向節(jié)圖5-10為球式萬向節(jié)的另一種結(jié)構(gòu)——球籠式萬向節(jié)。第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日圖5-11為球籠式萬向節(jié)等角速傳動原理。球籠式等角速萬向節(jié)可在兩軸夾角達(dá)420時傳遞力矩，且六個鋼球全部傳力。比之球叉式承載力大，折裝方便，因此應(yīng)用廣泛，如前輪驅(qū)動的轎車，WL-60液壓挖掘機等采用。第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日軸向可伸縮的球籠式萬向節(jié)（圖5-12）的內(nèi)外滾道為圓柱形。四、十字形萬向節(jié)的計算1、軸頸彎曲強度圖5-13為十字軸的危險斷面在軸頸部。式中P–萬向節(jié)叉在一個軸頸上作用的圓周力（N）；其值為P=Mj/（2a）。dj–十字軸軸頸直徑（mm）；dk–十字軸油孔直徑（mm）；[]–十字軸許用彎曲強度，[]=250MPa；第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日2、滾針接觸強度由赫芝-別遼耶夫公式導(dǎo)出式中Q–每一個滾針的負(fù)荷（N），Q=4.6kP/z；z–每個滾針軸承的滾針數(shù)；k–軸承特征系數(shù)，此種結(jié)構(gòu)取k=1；dj–十字軸軸頸直徑（mm）；dz–滾針軸承滾針直徑（mm）；l–滾針有效工作長度（mm）；[j]–許用接觸強度，[j]<=3000～3200 MPa。第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日3、滾針軸承的承載能力式中a–萬向節(jié)輸入軸和輸出軸之間的夾角；[P]–滾針軸承上的許用作用力（N）；n–傳動軸轉(zhuǎn)速（r/min）。第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日第二節(jié)傳動軸一、原理與構(gòu)造作用：傳遞扭矩。形狀：空心的圓形斷面。要求：材質(zhì)分布均勻。制造方式：鋼板卷制對焊而成。第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日傳動軸和萬向節(jié)裝配后必須作動平衡試驗并校正。平衡精度由離心力P=G2r/g來確定，用貼平衡片的辦法來平衡離心力。平衡后的不平衡度以重徑積來表示，并應(yīng)在表5-1范圍內(nèi)。工程機械常直接選用各種汽車的傳動軸，或稍加改造。第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日解放牌汽車的傳動軸如圖5-14所示。二、計算1、強度計算：傳動軸主要傳遞扭矩，可按下式計算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力式中D-傳動軸外徑（mm）；d-傳動軸內(nèi)徑（mm）；Mj-計算力矩（N.mm）；[]-許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，[]<125MPa第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日2、臨界轉(zhuǎn)速傳動軸的轉(zhuǎn)速接近于其自振頻率時，出現(xiàn)共振，撓度急劇增加，致使傳動軸迅速折斷，此轉(zhuǎn)速即為其臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速由下式確定式中nl–傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速（r/min）；D–傳動軸外徑（mm）；d–傳動軸內(nèi)徑（mm）；L–傳動軸支承長度，可取兩萬向節(jié)中心到中心的距離（cm）nl至少應(yīng)比傳動軸實際使用最大轉(zhuǎn)速nmax大25%，或nl-nmax>1000r/min，或nl應(yīng)比發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速大70%～80%。第二十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日習(xí)題1、除球叉式等速萬向節(jié)與球籠式等速萬向節(jié)外，你還見過哪些等速萬向節(jié)在工程機械與汽車中應(yīng)用？2、工程機械用的傳動軸，研制時應(yīng)注意技術(shù)上掌握哪些要點？3、某型解放牌汽車的傳動軸外徑D=89mm，內(nèi)徑d=84mm，支承長度L=1268～1325mm，所用的汽油機Nmax/nmax=71（w））/2800（r/min），Mmax=310N.m（