汽车设计_第4卷_万向传动

第四章万向传动轴设计

第一节概述

第二节万向节结构方案分析

第三节万向传动的运动和受力分析 第四节万向节设计

第五节传动轴结构分析与设计

第六节传动轴中间支承

第一节概述

组成：

万向节、传动轴、中间支承

作用：

实现一些轴线相交或相对位置经常变化的转轴之间的动力传递

设计基本要求

可靠传递动力

尽可能保证等速运转

传动效率高

万向传动装置的应用

发动机前置后轮驱动汽车 多轴驱动汽车

采用独立悬架的汽车 动力输出装置 转向驱动桥

转向操纵机构

第一节概述

◎按扭转方向有无明显弹性分：刚性万向节挠性万向节◎刚性万向节

不等速万向节(如十字轴式)

准等速万向节(如双联式、凸块式、三销轴式等)

等速万向节(如球叉式、球笼式等)。

万向节分类第一节概述

第二节万向节结构方案分析

一、十字轴万向节Cardan Universal joint

1、结构：

一个十字轴

两个万向节叉

四个滚针轴承

2、滚针轴承的轴向定位方式

1）.盖板式

（普通盖板、

弹性盖板）

2）.卡环式

（外卡、内卡）

3）.瓦盖固定式

（类似于轴瓦）

4）.塑料环固定式

3、滚针轴承的润滑密封方式1）.毛毡油封

2）.双刃口油封

3）.多刃口油封

二、准等速万向节

Near Constant Velocity Universal Joint

1.双联式(越野车转向驱动桥）

2.凸块式（中重型汽车转向驱动桥）

3.三销轴式（中重型越野车转向驱动桥）

4．球面滚轮式万向节

凸块式和三销式都是由双联式演变而来。十字轴可认为是四销轴，三销轴实际上是将十字轴中的一个轴去掉后的结构。

三、等速万向节Constant Velocity Universal Joint

球笼式

球叉式

伸缩式球笼万向节

四、挠性万向节Flexible Universal Joint 组成：

橡胶件

主、被动轴

弹性变形：

3～5度的小角度

和微轴向位移

吸振、无需润滑

1

2212cos sin 1cos ϕααωω−=2

211ωωT T =1

1

222cos cos sin 1T T α

ϕα−=α

cos 1max

2T T =

α

cos 1min 2T T =第三节万向节传动的运动和受力分析

一、单十字轴万向节传动

主动叉由初始位置转过φ1，从动叉转过φ2：

tg φ1= tg φ2cos α

十字轴万向节的附加弯矩分析

1

2

22cos cos sin 1T T α

ϕα−=α

cos 1max

2T T =

α

cos 1min 2T T =φl = 0 和π

T 2′= T l sina

φl =π/2和3π/2

T l ′= T l tana

附加弯矩使主、从动叉轴支承承受周期性变化的径向载荷:F 2j ＝T 2′/L 2 = T l sina/ L 2

F 2c ＝T 1′/L 2cosa = T l tana/ L 2 cosa

为限制附加弯矩，应避免两轴间的夹角过大。

二、双十字轴万向节传动

组成：两个十字轴、一根传动轴

第一万向节主动叉由初始位置转过φ1，第一万向节从动叉即传动轴或第二万向节主动叉转过φ2；

第二万向节被动叉即驱动桥输入轴转过φ4：tgφ1=tgφ2cosα1 tgφ4=tgφ2cos α2 若α1＝α2，则φ4＝φ1

双十字轴式万向节等速传动条件

1）传动轴两端万向节叉处于同

一平面内；

2）第一万向节两轴间夹角α1与

第二万向节两轴间夹角α2相

等。

附加弯矩对传动轴的作用

α

cos 1max

2T T =

α

cos 1min 2T T =附加弯矩的画法：1）平行于主动轴画出主动轴传递的T1；2）平行于被动轴接着T

的尾部画出被动轴的阻力转矩T2；3）根据主被动叉的位置，判断出附加弯矩的方向和大小；4）形成封闭的矢量三角形。

附加弯矩对传动轴的作用

α

cos 1max

2T T =

α

cos 1min 2T T =

三、准等速万向节传动

摆动中心间的距离保持不变，AB ＝A‘B’=a+b

根据正弦定理

实现等角速传动，应使α

1＝α

2

,即

对于结构已确定的双联式万向节，a和b

值是确定的值，则α

1, α

2

只在某一转角

下才能相等，因此双联式万向节在不同转角下只能实现近似等角速传动。

四、等速万向节传动

球笼式万向节等速原理

外滚道中心点A与内滚道中心点B

分别位于万向节中心O的两边，且与O等距。

AC=BC,AO=BO,CO=CO

当主动轴与从动轴处于任意夹角α时，C点都处于主动轴与被动轴夹角的平分线上。