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。

球叉式万向节等速原理
第四节万向节设计
n
i ki T k T f e d se η
1max 1=
n
i i ki T k T o f e d se 21max 2η
=
m
m o r ss i i r m G
T
ηϕ'221
=m
m r ss i r m G T ηϕ2'112
=
n
i i r F T m m o r
t sf η=
1
n
i r F T m m r
t sf
η22
=
按日常平均使用转矩来确定
按驱动轮打滑来确定按发动机最大转矩和一挡传动比来确定用于转向驱动桥中
用于变速器与驱动桥之间
位置
计算方法
一、万向传动的计算载荷T1
万向传动轴因布置位置不同，计算载荷是不同的有三种计算方法。

静强度计算，计算载荷T1 取Tsel 和Tssl 的最小值或取Tse2和Tse2 的最小值，即T1 =min[Tsel ，Tssl]或T1 = min[Tse2，Tse2] ；疲劳寿命计算，计算载荷T1 取Tsfl 或Tsf2。

3
i fd
i fg /2 < i fd /3
2i fg i fg /2 > i fd /36 X 6
2i fd i fg < i fd /2
1i fg i fg > i fd /24 X 4
n i f 高挡传动比i fg 与低挡传动比i fd 的关系
车型
◎驱动桥数n 与分动器传动比i f 选取
)195.0161001
max e a T g m −（16
195.0max 〈e a T g
m 16
195.0max
≥e a T g m ◎性能系数f j 的选取0
◎动载系数k d 与传动形式及性能系数有关
fj =
二、十字轴万向节设计◎滚针对十字轴轴颈作用力的合力F ：
αcos 21
r T F =
[]w w d d Fs
d σπσ≤−=)
(324
2411◎十字轴轴颈根部的弯
曲应力及剪切应力满足：
[]τπτ≤−=)
42
221d d F
（
第五节传动轴结构分析与设计
一、传动轴与驱动轴
二、传动轴设计
1、传动轴的结构形式
实心－用于转向驱动桥的半轴
空心－用于FR传动系的万向传动轴
2、传动轴的参数
长度、夹角：由总布置确定（不脱落，不顶死） 临界转速：由传动轴尺寸确定
传动轴的临界转速问题
n:临界转速；d1，d2：传动轴内外径；L：传动轴长度
提高临界转速的办法：
1）缩短传动轴长度；
2）总长度不变的情况下，将传动轴分成几段；
3）将传动轴做成空心的。

（无缝钢管或1.5～3mm厚的薄钢板卷焊）
三、传动轴的动平衡问题
传动轴两端点焊平衡片
第六节传动轴中间支承
6×6越野车，中间支承安装在中驱动桥上(中桥为非贯通桥)。

由于中间支承要承受传动轴滑动花键伸缩所引起的方向变化的轴向力，同时要平衡万向节附加弯矩，大多采用两个滚锥轴承。

中间支承的固有频率的确定
f 0：中间支承的固有频率(Hz)；
C R ：中间支承橡胶元件的径向刚度(N/mm)；
m ：中间支承的悬置质量(kg)，它等于传动轴落在中间支承上的一部分质量与中间支承轴承及其座所受质量之和。

m
C f R π
210=
应合理选择橡胶弹性元件的径向刚度C R ，使固有频率f 0对应的临界转速n=60 f 0(r/min)尽可能低于传动轴的常用转速范围，以免共振，保证隔振效果好。

练习题
4-1 万向节、传动轴有何功用？
4-2 什么样的万向节是不等速万向节、准等速万向节和等速万向节？
4-3 万向传动轴计算载荷如何确定？
4-4 什么样的转速是传动轴临界转速？有何影响因素？
4-5 解释十字轴万向节连接的两轴间夹角不宜过大的原因。