43-万向传动的运动和受力分析
万向传动装置解析PPT教学课件
2020/10/16
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二、等速万向节
常用的等速万向节有球叉式、球笼式和三叉式。 基本原理。
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1.球叉式等速万向节 1)构造: 2)等速原理:
2.球笼式等速万向节 1)构造: 2)等速原理:
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1)目的:减小轴长度,增加刚度,工作平稳;承 受径向载荷,改善变速器后轴承的工作条件;补偿 轴向和角度方向的安装误差,并能适应行驶过程中 由于发动机窜动或车架变形所引起的位移。
2)组成:它主要有轴承支架、橡胶垫环、轴承支 架前、后盖板、轴承和油封等。
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小
结
10Байду номын сангаас
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第三节 传动轴和中间支承
在发动机前置后驱的汽车上,连接变速器与驱动桥的传动 轴部件,由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。
汽车行驶过程中,由于加速、制动与道路的颠簸,使驱动 桥与变速器的相对位置经常变化,为了避免运动干涉,在传 动轴中设有由滑动叉和花键轴组成的伸缩节,以实现传动轴 长度的变化。
1.万向传动装置的功用
2.万向传动装置的组成。
3.用途:在汽车上主要应用在变速器与驱动桥之
间;越野汽车变速器与分动器之间;汽车转向驱动
桥中、断开式驱动桥的半轴及汽车的转向操纵机构
中。
4.万向节的类型:按其速度特性分为普通、准等
速和等速向节。按其刚度大小,可分为刚性和柔性
万向节。
5. 传动轴是万向传动装置中的主要传力部件。通
第5章 万向节与传动轴设计
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)
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提高传动轴动平衡的方法
传动轴两端点焊平衡片
❖扭转强度 应保证有足够的扭转强度, 轴管的扭转切应力应满足
c
16 DcT1
( Dc4
d
4 c
)
c
300 MPa
36
37
38
2n
按驱动轮打滑 来确定
按日常平均使 用转矩来确定
TSS1
G2m2 i0imm
rr
TSF1
Ft rr i0immn
TSS2
G1m1 rr 2i m m
TSF 2
Ft rr 2i mm n
静强度计算时, 计算载荷TS取TSe1和TSS1 (或TSe2和TSS2 )的较小 值;
进行疲劳寿命计算时, 计算载荷TS取TSF1或TSF2。
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十字轴万向节构造
• 万向节叉 十字轴、套筒、轴承盖
万向节叉
套筒
十字轴
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速度特性
当叉轴1以等角速度
1旋转,A点的瞬
时线速度可求:
A= 1r=
2rcos
2> 1
当叉轴1转过900后,
B点的瞬时线速度可
求:
B= 1rcos =
2r
2<
1
不等速性
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不等速性曲线图
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准等速万向节
2.双联式万向节
0
1
f
d1 r
2 tan
( 25时)
❖通常约为97%~99%
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三、球笼式万向节设计
Rzeppa型球笼式万向节设计
假定六个传力钢球均匀受载,则钢球的直径 可按下列经验公式确定:
万向传动的运动和受力分析
第三节 万向传动的运动和受力分析一、单十字轴万向节传动当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角α 时,主动轴的角速度ω1与从动轴的角速度ω2之间存在如下关系12212cos sin 1cos ϕααωω-= (4-1)式中,φ1为主动轴转角,定义为万向节主动叉所在平面与万向节主、从动轴所在平面的夹角。
由于cos α是周期为 2π 的周期函数,所以ω2/ω1,也为同周期的周期函数。
当φ1为0、π时,ω2达最大值ω2max 。
且为ω1/cos α; 当φ1为 π/2、3π/2时, ω2有最小值ω2min 。
且为ω1 cos α。
因此,当主动轴以等角速度转动时,从动轴时快时慢,此即为普通十字轴万向节传动的不等速性。
十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数 k 来表示 ααωωωtan sin 1min 2max 2=-=k (4-2) 如不计万向节的摩擦损失,主动轴转矩T 1和从动轴转矩T 2与各自相应的角速度有关系式T 1ω1= T 2ω2,这样有 11222cos cos sin 1T T αϕα-= (4-3) 显然,当ω2/ω1最小时,从动轴上的转矩为最大T 2max =T 1/cos α;当ω2/ω1最大时, 从动轴上的转矩为最小T 2min =T 1cos α。
当T l 与α一定时,T 2在其最大值与最小值之间每一转变化两次;具有夹角 α 的十字轴万向节,仅在主动轴驱动转矩和从动轴反转矩的作用下是不能平衡的。
这是因为这两个转矩作用在不同的平面内,在不计万向节惯性力矩时,它们的矢量互成一角度而不能自行封闭,此时在万向节上必然还作用有另外的力偶矩。
从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析可知,主动叉对十字轴的作用力偶矩,除主动轴驱动转矩T l ,之外,还有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩T l′。
同理,从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩T2和作用在从动叉平面的弯曲力偶矩T2′。
在这四个力矩作用下,使十字轴万向节得以平衡。
万向联轴器的传动分析 - 副本
万向联轴器的传动分析车辆0902 李文婷万向联轴器主要用于两轴有较大的偏斜角(最大可达到35°~45°) 或在工作中有较大角位移的地方。
它在汽车、拖拉机、轧钢机和金属切削机床中已获得了广泛应用。
万向联轴器之所以能补偿偏斜是由于叉子与轴销之间构成了可动的脚链连接。
如果在工作中偏斜角也要变化时,还应将联轴器的一个叉子轴及其联结轴之间构成一可以滑移的动联结。
万向联轴器的主要缺点是当两不在一轴线时,即使主动轴以恒定的角速度1ω回转,从动轴的角速度2ω将在下列范围内作周期性的变化:1ωcos α≤2ω∕cos α,因而在传动中将引起附加的动载荷。
联接于从动轴上的零件的转动惯量愈大,动载荷也就愈大。
为了消除这一缺点,常将万向联轴器成对使用,这时就称为双万向联轴器。
在使用双万向联轴器时,应使两个叉子位于同一个平面内,而且应使用主、从动轴与联接轴所成的夹角α相等,这样才能使主动轴和从动轴的角速度随时相等,从而得以避免动载荷的产生。
下面将阐述单万向联轴器的传动原理和双万向联轴器是如何避免动载荷产生的。
单万向联轴器用来传递两相交轴间的转动。
图1所示为单万向联轴器的示意图。
图1主动轴1和从动轴3端部带有叉,两叉与十字头组成转动副B 、C 。
轴1和轴2与机架4组成转动副A 、D 。
转动副A 和B 、B 和C 及C 和D 的轴线分别相互垂直,并均相交于十字头的中心点O 。
轴1和轴2所夹的锐角为α。
当主动轴1回转一周时,从动轴2也随着回转一周,但是两轴的瞬时角速度并不时时相等,即当轴1以角速度1ω回转时,轴2作变角速度2ω回转。
设定轴1转角的初始位置为1ϕ,轴2转角的初始位置为2ϕ。
经查证两轴角速度比的关系为:122211cos sin cos αωαϕω=-双万向联轴器是采用一个中间轴M 和两个单万向联轴器将主动轴1和从动轴2联接起来。
在传递运动中,由于主、从动轴的相对位置发生变化,两万向节之间距离也相对发生变化,因此中间轴做成两部分用滑键联接,以自动调节中间轴长度的变化。
万向轴的运动学和动力学
万向轴的运动学和动力学万向轴是一种常用的机械传动装置,用于将旋转运动传递到不同方向的轴上。
它常用于汽车、船舶、飞机等各种机械设备中。
本文将从运动学和动力学两个方面来介绍万向轴的工作原理和特点。
一、万向轴的运动学万向轴由两个十字形的单节连接而成,每个十字形单节上有四个等边的孔,四个孔分别与另一个十字形单节上的孔相交,形成六个通道。
这样,万向轴就能够实现在不同方向上的旋转传动。
万向轴的运动学主要涉及到它的转动自由度和转动范围。
由于万向轴是由两个十字形单节连接而成,所以它具有三个自由度,即可以在X、Y、Z三个方向上自由转动。
而且,由于每个十字形单节上有四个孔,所以万向轴的转动范围相对较大。
二、万向轴的动力学万向轴的动力学主要涉及到它的扭矩传递和转速变换。
1. 扭矩传递万向轴的扭矩传递是通过单节的内部结构实现的。
每个十字形单节内部有两个十字形凸轮,它们之间的角度为90度。
当一个十字形单节转动时,另一个十字形单节也会跟随转动,从而实现扭矩的传2. 转速变换万向轴的转速变换是通过两个十字形单节的相对转动来实现的。
当一个十字形单节转动时,另一个十字形单节也会跟随转动,但由于两个十字形单节的凸轮角度不同,所以它们的转速是不同的。
这样,万向轴可以将一个轴的转速变换成另一个轴的转速。
三、万向轴的特点万向轴具有以下几个特点:1. 传递能力强:万向轴可以在不同方向上传递旋转运动,能够满足多种传动需求。
2. 转动自由度高:万向轴具有三个自由度,能够在X、Y、Z三个方向上自由转动。
3. 转动范围大:由于万向轴的结构特点,它的转动范围相对较大。
4. 扭矩传递稳定:万向轴的扭矩传递是通过内部结构实现的,传递稳定可靠。
5. 转速变换灵活:万向轴可以将一个轴的转速变换成另一个轴的转速,实现转速变换。
万向轴是一种常用的机械传动装置,具有传递能力强、转动自由度高、转动范围大、扭矩传递稳定和转速变换灵活等特点。
它在各种机械设备中起到重要的传动作用。
汽车设计 第6版 第4章 万向传动设计
尺寸大,零件多,结构较复杂,传递转矩有限
当应用于转向驱动桥中,由于轴向尺寸大,为 使主销轴线的延长线与地面交点到轮胎的印迹 中心偏离不大,需要较大的主销内倾角
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
四、等速万向节
1.球笼式万向节
(1)固定型球笼式万向节
星形套7以内花键与主动轴1相连,其外表面设置有 6条凹槽(形成内滚道)。球形壳8的内表面设置有 对应的6条凹槽(形成外滚道)。6个钢球分别嵌装 在6条滚道中,并由保持架4使之保持在同一平面内。 动力由主动轴1经过钢球6、球形壳8输出。
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
二、十字轴式万向节
滚针轴承的润滑和密封
毛毡油封:因防漏油、防水、防尘效果差,已淘汰 双刃口复合油封:防漏油、防水、防尘效果好。在 灰尘较多的环境中万向节寿命显著提高。 多刃口油封:防漏油、防水、防尘效果更好。
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
四、等速万向节
2.三枢轴式万向节
三枢轴式万向节能允许最大轴间交角为43°
万向节安装位置或相连接总成
离合器-变速器;变速器-分动器 (相连接总成均安装在车架上)
驱动桥 传动轴
汽车满载 静止夹角
行驶中的 极限夹角
一般汽车 越野汽车 一般汽车 越野汽车
α不大于
1°~3°
6° 12° 15°~20° 30°
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
三、双联式万向节
汽车工程系
万向传动装置课件
玩命提品质 疯狂抓执行
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2 万向节结构及运动特性
十字轴式刚性万向节
1-套筒 2-十字轴 3-万向节叉 4-卡环 5-滚针轴承 6-万向节叉
技术研究院传动轴项目小组
玩命提品质 疯狂抓执行
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2 万向节结构及运动特性
②输入轴、输出轴与传动轴的夹 角相等,即α1=α2。
玩命提品质 疯狂抓执行
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2 万向节结构及运动特性
准等速万向节
技术研究院传动轴项目小组
双联式
结构简单,制造方便 ,工作可靠,允许有 较大的转向角,多在 转向驱动桥中采用
1) 长度减缩至最小的 双万向节
2)等角速排列条件:
α1=α2
1、2-万向节叉轴,3-双联叉
玩命提品质 疯狂抓执行
1螺丝 2橡胶 3中心钢球4黄油嘴 5传动凸缘 6球座
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3 中间支撑及轴管
中间支撑
1)中间支承通常装 在车架横粱上,能 补偿传动轴轴向和 角度方向的安装误 差,以及汽车行驶 过程中因发动机窜 动或车架变形等引 起的位移。
2)中间支承常用弹性元件来满 足上述要求,它主要由轴承、 带油封的盖、支架、弹性元件 等组成。
玩命提品质 疯狂抓执行
技术研究院传动轴项目小组
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3 中间支撑及轴管
轴管
技术研究院传动轴项目小组
为了得到较高的强度和刚度,轴管多做成空心、壁厚均匀的钢管,一般 由厚度1.5-3.0mm的薄钢板卷焊而成
1)功用 ·传动轴是万向传动装置中的 主要传力部件。通常用来连接 变速器(或分动器)和驱动桥, 在转向驱动桥和断开式驱动桥 中,则用来连接差速器和驱动 轮。
万向传动的运动和受力分析甄选
万向传动的运动和受力分析甄选万向传动是一种能够使两个轴线在不同角度间传递动力和转矩的机构。
在机械传动中,常常需要运动和受力的分析来验证传动的可行性和稳定性。
本文将从运动和受力两个方面,对万向传动进行详细的分析和甄选。
一、运动分析运动分析是对传动机构中各个零件相对运动状态的研究。
在万向传动中,主要需要研究传动轴线的相对位置和速度关系。
常见的万向传动机构有万向节传动和球铰传动两种类型,下面分别对其进行运动分析。
1.万向节传动万向节传动是利用万向节和传动轴实现传递动力和转矩的机构。
在运动分析中,需要分析传动轴线之间的角度关系和变化规律。
首先,传动轴线的角度关系。
万向节传动中,通常有两个角度变化,即入口角和出口角。
入口角是第一个万向节的轴线与输入轴之间的夹角,出口角是输出轴与最后一个万向节之间的夹角。
根据传动比和角度限制要求,可以确定入口角和出口角的取值范围和变化规律。
其次,传动轴线的角度变化。
万向节传动中,输入轴和输出轴之间可以相对旋转,需要分析传动轴线的角度变化与输入轴的角度变化之间的关系。
根据万向节的运动规律,可以得到两个角度之间的变化规律和传动比。
2.球铰传动球铰传动是利用球铰在一个球面上运动实现传递动力和转矩的机构。
在运动分析中,需要分析球铰的运动轨迹和接触点的变化规律。
首先,球铰的运动轨迹。
球铰在球面上的运动轨迹是一个圆锥面,需要分析接触点的位置和轨迹规律。
通过分析球铰的运动轨迹,可以确定输入轴和输出轴之间的角度关系和变化规律。
其次,接触点的变化规律。
球铰在运动过程中,接触点的位置和数量都会发生变化,需要分析接触点的变化规律。
通过分析接触点的变化规律,可以确定球铰之间的传动比和传动能力。
二、受力分析受力分析是对传动机构中各个零件的受力状态和受力大小的研究。
在万向传动中,常常需要分析传动轴承的受力状态和传动轴的受力大小。
1.传动轴承的受力状态。
传动轴承是传递动力和转矩的关键部件,需要分析传动轴承在运动过程中受到的力和扭矩大小。
万向轴的运动学和动力学
万向轴的运动学和动力学万向轴是一种用于传递动力和运动的机械装置,广泛应用于汽车、机械设备和航天航空等领域。
它具有独特的运动学和动力学特性,能够实现多种运动和传动方式。
在运动学方面,万向轴的主要特点是能够在不同角度和速度下传递动力。
它由两个万向节和一个中间轴组成。
每个万向节都由多个关节组成,可以在不同的方向上弯曲和转动。
这使得万向轴能够适应不同位置和角度的安装需求,并能够传递不同角度和速度的旋转运动。
在动力学方面,万向轴的传动效率和承载能力是关键指标。
传动效率是指输入功率与输出功率之间的比值,通常以百分比表示。
万向轴的传动效率通常在90%以上,因此在实际应用中能够有效地传递动力。
而承载能力则是指万向轴能够承受的最大力矩或转矩。
承载能力的大小取决于万向轴的材料和结构设计,一般需根据具体应用需求进行选择。
万向轴的运动学和动力学特性使其在各个领域有着广泛的应用。
在汽车领域,万向轴通常用于传递发动机动力到车轮,使车辆能够平稳行驶。
在机械设备中,万向轴可以连接不同部件,实现复杂的传动和运动方式。
在航天航空领域,万向轴可以用于传递动力和运动,满足航空器对于高速、高精度和可靠性的要求。
然而,万向轴在使用过程中也存在一些问题。
首先是高速运动时的动平衡问题。
由于外界因素或制造工艺等原因,万向轴可能存在不平衡现象,导致振动和噪声增加,降低传动效率和使用寿命。
其次是万向轴的润滑和维护问题。
万向轴通常需要定期进行润滑和维护,以保证其正常运转和延长使用寿命。
最后是万向轴的安全性问题。
由于万向轴通常承载较大的力矩和转矩,若设计不合理或使用不当,可能会发生断裂或失效,造成安全隐患。
为了解决这些问题,可以采取一些措施。
首先,在制造和安装过程中,要确保万向轴的动平衡和精度。
可以使用动平衡机和精密测量设备进行检测和校准。
其次,在使用过程中,要定期进行润滑和维护,以保证万向轴的正常运转和延长使用寿命。
最后,在设计和选择万向轴时,要考虑到实际应用需求和安全性要求,选择合适的材料和结构,确保其可靠性和安全性。
万向传动轴设计
可见,当输入轴转速很高,且输入、输出轴之间夹角较大时,由 于从动叉轴旋转的不均匀加剧所产生的惯性力矩可能会超过结构许用 值,应采取有效方法降低惯性力矩。
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《汽车设计》电子教案
4.3 万向节传动的运动分析
• 4.3.2 双万向节传动(普通十字轴式万向节)
为克服单万向节传动代来的缺点,出现了双万向节传 动,使得处于同一个平面内的输出轴与输入轴等速旋转 。 要满足如下条件: (1) 与传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面内。 (2) 两万向节与传动轴的夹角相等
橡胶弹性中间支承
越野车传动轴中间支承
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《汽车设计》电子教案
4.6 中间支撑
中间支承悬置质量m的固有频率 f 按下式计算
f 1 CR 1 CR g 1 CR g 2π m 2π mg 2π G
在设计中间支承时,应合理选择其弹性元件的径向刚 度 CR ,使固有频率 f 对应的临界转速 n 60 f (r/min)尽可 能低于传动轴的常用转速范围,以避免共振,保证隔振效 果好。
《汽车设计》电子教案
第4章 万向传动轴设计
1
《汽车设计》电子教案
传 动 轴 结 构 分 析 和 设 计
万 向 节 设 计
万 向 传 动 的 运 动 和 受 力 分 析
万 向 传 动 轴 的 分 类 和 工 作 原 理
本 章 重 点
2
《汽车设计》电子教案
4.1 概述
汽车上的万向传动轴,由万向节、轴管及其伸缩花键 等组成。在工作过程中,在汽车上有些轴之间的相对位置 不断发生变化。 万向节按其在扭转方向是否有明显的弹性变形,可以 分为刚性万向节和柔性万向节。 对万向节传动的要求如下: (1) 当两轴的相对位置在预计的范围内变动时,能可 靠而稳定地传递动力。 (2) 保证所连接的两轴尽可能等速旋转。 (3) 由万向节传动引起的振动、噪音以及附加载荷在 允许范围内。
万向传动轴说明书
万向传动轴设计说明书商用汽车万向传动轴设计摘要万向传动轴在汽车上应用比较广泛。
发动机前置后轮或全轮驱动汽车行驶时,由于悬架不断变形,变速器或分动器的输出轴与驱动桥输入轴轴线之间的相对位置经常变化,因而普遍采用可伸缩的十字轴万向传动轴。
本设计注重实际应用,考虑整车的总体布置,改进了设计方法,力求整车结构及性能更为合理。
传动轴是由轴管、万向节、伸缩花键等组成。
伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化;万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角发生变化时实现两轴的动力传输;万向节由十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。
传动轴的布置直接影响十字轴万向节、主减速器的使用寿命,对汽车的振动噪声也有很大影响。
在传动轴的设计中,主要考虑传动轴的临界转速,计算传动轴的花键轴和轴管的尺寸,并校核其扭转强度和临界转速,确定出合适的安全系数,合理优化轴与轴之间的角度。
关键字:万向传动轴、伸缩花键、十字轴万向节、临界转速、扭转强度目录一、概述 (04)二、货车原始数据及设计要求 (05)三、万向节结构方案的分析与选择 (06)四、万向传动的运动和受力分析 (08)五、万向节的设计计算 (11)六、传动轴结构分析与设计计算 (17)七、法兰盘的设计 (19)八、参考文献 (20)一、概述汽车上的万向传动轴一般是由万向节、轴管及其伸缩花键等组成。
主要是用于在工作过程中相对位置不断变化的两根轴间传递转矩和旋转运动。
在动机前置后轮驱动的汽车上,由于工作时悬架变形,驱动桥主减速器输入轴与变速器输出轴间经常有相对运动,普遍采用万向节传动(图1—1a、b)。
当驱动桥与变速器之间相距较远,使得传动轴的长度超过1.5m时,为提高传动轴的临界速度以及总布置上的考虑,常将传动轴断开成两段,万向节用三个。
此时,必须在中间传动轴上加设中间支承。
在转向驱动桥中,由于驱动桥又是转向轮,左右半轴间的夹角随行驶需要而变,这是多采用球叉式和球笼式等速万向节传动(图1—1c)。
万向传动装置的工作原理
万向传动装置的工作原理万向传动装置是一种常用的机械传动装置,它具有传动角速度恒定、角度变化自由、力矩传递平稳等优点,广泛应用于机械传动领域。
本文将介绍万向传动装置的工作原理、分类及应用。
万向传动装置是由万向节、中央传动轴、二次传动轴和轴承组成的。
其主要工作原理是利用万向节在两个相互垂直的方向上转动的特点,将主动轴和从动轴连接在一起,实现功率传递。
其工作过程中采用的是摩擦传动的方式,系统能够自动适应转向角度的变化,使得传动输出的角速度及传动比在一定范围内恒定不变。
1. 轮式万向节:应用于车辆转向、动力传动以及航空航天等领域,主要特点是结构简单、耐用性强。
2. 单交叉万向节:适用于角度变化较小且精度要求较高的场合,例如机床主轴、印刷机械传动系统等。
3. 双交叉万向节:适用于角度变化较大的场合,例如起重机、采掘机、摩托车转向等场合,它具有结构紧凑、承载能力强等优点。
4. 滚子万向节:适用于大径向载荷和较小推力载荷的场合,例如船舶传动系统。
1. 汽车转向系统:万向传动装置在汽车转向系统中起着重要作用,它可以实现车轮转向角度的变化,以及主动轴和从动轴之间的传动。
2. 船舶传动系统:船舶传动系统采用了滚子万向节,具有承载能力强、寿命长等特点,可以实现船舶的方向控制。
3. 工程机械:万向传动装置在工程机械中也被广泛应用,例如起重机、钻机、采掘机等,能够在较大角度变化的情况下实现转向控制和动力传递。
4. 机床:机床主轴传动系统中采用了单交叉万向节,可以实现主轴和马达之间的转速转向控制。
万向传动装置在各种机械传动系统中都有着广泛的应用,无论是在船舶、汽车、工程机械等领域,还是在机床、工业自动化等领域中,都可以发挥重要作用。
除以上介绍的应用外,万向传动装置还可以用于机器人行走、空气动力学领域、洗衣机等家电产品,以及摩托车、自行车等个人交通工具中。
在摩托车与自行车的转向系统应用了单交叉万向节,它能够自动适应车轮的角度变化,保证了转向的稳定性和灵活性。
万向联轴节的运动学及受力分析计算
万向联轴节的运动学及受力分析计算万向联轴节的运动学及受力分析计算是一种比较复杂的主题,在机械设计工程中受到广泛的应用。
广泛应用于机械系统中的联轴节是用来连接多个机械元件,它使得它们能够以万向运动及多种方向受力,以在机械系统中承受运动及载荷。
因此,通过对万向联轴节的运动学及受力分析计算可以有效地分析设计机械系统中的运动及载荷,确保其安全可靠性。
首先,在研究万向联轴节的运动学及受力分析计算时,需要确定联轴节的受力方向及大小,并结合机械系统的运动来分析其受力情况。
根据设计分析,可以设定联轴节的受力方向,也可以分析出它们在不同方向上受力的大小,以及对以联轴节构成的机械系统的运动及载荷的影响。
其次,在研究万向联轴节的运动学及受力分析计算时,可以建立数学模型,并用数值分析的方法来研究联轴节的运动及受力特性。
首先,选取合适的数学模型描述联轴节和机械系统的运动特性,其中可以使用齿轮模型、滑轮模型等来描述联轴节的运动特性。
然后,根据该模型,可以计算联轴节受力的大小以及受力方向,为此,可以使用有限元分析法来计算联轴节的受力情况。
此外,在研究万向联轴节的运动学及受力分析计算时,还可以使用实验方法对联轴节的运动及受力情况进行实验测量,以分析联轴节的运动及受力行为。
在实验测量中,可以使用诸如磁控滑移测量器、回转角百分表、压力表等传感器来直接测量联轴节的运动及受力特性,找出运动及受力的数字化分布,以获得更准确的结果。
最后,在研究万向联轴节的运动学及受力分析计算时,也可以使用计算机辅助设计(CAD)来进行运动及受力分析,以实现更加精确及快速的计算,而不需要过多的计算量。
通过CAD分析,可以进行三维结构建模,并利用有限元分析法来研究联轴节的运动及受力分布,根据计算结果可以对联轴节的结构及受力特性做出相应的调整,以提高机械系统的整体性能。
综上所述,万向联轴节的运动学及受力分析计算是一种比较复杂的主题,为了确保机械系统的安全可靠性,需要深入分析联轴节的运动及受力特性。
万向轴的工作原理
万向轴的工作原理
万向轴是一种能够传递旋转动力和承受轴向负载的机械元件,它常用于连接两个旋转的轴线,并且能够在二者之间传递动力。
万向轴主要通过其特殊的结构原理来实现这一功能。
万向轴的基本结构包括两个万向节,它们之间由一个内部和一个外部环位于之中。
内环和外环由多个轴向排列的滚子组成,这些滚子能够在节之间滚动。
滚子与内外环之间的接触点形成了摩擦力,这样在内外环上施加扭矩时,摩擦力将传递到滚子上,从而使其进行旋转。
当内环和外环的轴线不在同一直线上时,滚子通过其滚动运动可以补偿轴线的不对齐,从而实现两个轴线之间的连接。
由于滚子的旋转方向相反,因此万向轴可以在承受扭矩的同时,保持平稳的运转。
此外,万向轴还具有一定的轴向变位能力,可以在工作过程中适应一定程度的轴向变形。
除了以上结构原理,万向轴还采用了一些特殊的设计来提高其传递动力和承受负载的能力。
例如,滚子和轴承内环之间通常采用球面对球面的接触方式,以减小接触面的压力和摩擦,并增加承载能力。
此外,万向轴还采用了合适的润滑方式来减少滚子的磨损和摩擦热量,并延长其使用寿命。
总体而言,万向轴通过其特殊的结构原理和设计,能够可靠地传递旋转动力和承受轴向负载,多用于各种机械设备中,如汽车传动系统、船舶传动系统等。
万象传动工作原理
万象传动工作原理万象传动是一种广泛应用于机械设备中的传动装置,它通过传递动力和运动,使设备能够正常工作。
万象传动工作原理涉及到多个方面,包括传动比、传动方式、传动件及其相互配合等。
下面将详细介绍万象传动的工作原理。
1. 传动比传动比是指输入轴和输出轴的转速之比。
万象传动通过不同的传动比来实现不同的工作需求。
在万象传动中,常见的传动比有固定传动比和可调传动比两种形式。
固定传动比是指输入轴和输出轴的转速比是固定的,一般适用于转速要求相对稳定的设备。
而可调传动比则可以根据实际需要进行调整,适用于转速要求有较大变化的设备。
2. 传动方式万象传动的传动方式有多种,常见的有齿轮传动、链条传动、带传动等。
齿轮传动是一种通过齿轮齿面之间的啮合来传递动力和运动的方式,其具有传递效率高、传动精度高等优点,广泛应用于机械设备中。
链条传动是一种通过链条的拉紧来传递动力和运动的方式,适用于长距离传动和高速传动。
带传动则是通过带子的张紧来传递动力和运动,适用于需要减震和减速的场合。
3. 传动件及其相互配合万象传动中的传动件包括输入轴、输出轴、齿轮、链条、带子等。
这些传动件之间需要相互配合,以保证传递动力和运动的顺畅进行。
在齿轮传动中,齿轮之间的齿面啮合是关键,其配合精度和齿形几何参数的合理设计能够影响传动效果。
在链条传动和带传动中,链条和带子的张紧度也是非常重要的,过松或过紧都会影响传动效率和寿命。
万象传动的工作原理可以简单归纳为:通过输入轴提供的动力,经过传动装置的传递和转换,最终输出到输出轴,从而实现设备的正常工作。
传动比、传动方式以及传动件的配合是保证传动效果的关键要素。
合理选择传动比、传动方式,并确保传动件之间的良好配合,可以提高传动效率、增加传动力和扭矩,并延长传动装置的使用寿命。
万象传动是一种通过传递动力和运动来实现设备工作的传动装置。
其工作原理涉及到传动比、传动方式以及传动件的相互配合。
合理选择传动比和传动方式,并确保传动件之间的良好配合,可以提高传动效率和寿命,从而保证设备的正常运转。
万向节
第一节概述万向传动轴由万向节和传动轴组成,有时还加装中间支承。
它主要用来在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。
万向传动轴设计应满足如下基本要求:1)保证所连接的两轴相对位置在预计范围内变动时,能可靠地传递动力。
2)保证所连接两轴尽可能等速运转。
由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。
3)传动效率高,使用寿命长,结构简单,制造方便,维修容易等。
万向传动轴在汽车上应用比较广泛。
在发动机前置后轮或全轮驱动的汽车上,由于弹性悬架的变形,变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴的轴线相对位置经常变化,所以普遍采用十字轴万向传动轴。
在转向驱动桥中,内、外半轴之间的夹角随行驶需要而变,这时多采用等速万向传动轴。
当后驱动桥为独立悬架时,也必须采用万向传动轴。
万向节按扭转方向是否有明显的弹性,可分为刚性万向节和挠性万向节。
刚性万向节是靠零件的铰链式连接传递动力的,可分成不等速万向节(如十字轴式)、准等速万向节(如双联式、凸块式、三销轴式等)和等速万向节(如球叉式、球笼式等)。
挠性万向节是靠弹性零件传递动力的,具有缓冲减振作用。
不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零时,输出轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动,但平均角速度比为1的万向节。
准等速万向节是指在设计角度下工作时以等于1的瞬时角速度比传递运动,而在其它角度下工作时瞬时角速度比近似等于1的万向节。
输出轴和输入轴以等于1的瞬时角速度比传递运动的万向节,称之为等速万向节。
第二节万向节结构方案分析一、十字轴万向节典型的十字轴万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。
目前常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式(图4—1a、b)、卡环式(图4—1c、d)、瓦盖固定式(图4—1e)和塑料环定位式(图4—1f)等。
盖板式轴承轴向定位方式的一般结构(图4—1a)是用螺栓1和盖板3将套筒5固定在万向节叉4上,并用锁片2将螺栓锁紧。
万向节
16 Dc Ts ≤ [τ c ] π ( Dc4 d c4 )
(4-5)
]为许用扭转切应力,为300Mpa;其余符号同前. 式中,[ τ c 传动轴动画演示
ba式万向节 4-4
Rzeppa型球笼式万向节主要应用于转向驱动桥中,目前应用较少. Birfield型球笼式万向节和伸缩型球笼式万向节被广泛地应用在具有独立 悬架的转向驱动桥中,在靠近转向轮一侧采用Birfield型万向节,靠近差 速器一侧则采用伸缩型球笼式万向节.伸缩型万向节还被广泛地应用到 断开式驱动桥中.
三,等速万向节
1.球叉式万向节 球叉式万向节按其钢球滚道形状 不同可分为圆弧槽和直槽两种形式. 圆弧槽滚道型的球叉式万向节 (图4-1a)由两个万向节叉,四个传 力钢球和一个定心钢球组成.两球叉 上的圆弧槽中心线是以O1和O2为圆 心而半径相等的圆,O1和O2到万向 节中心O的距离相等. 当万向节两轴绕定心钢球中心O 转动任何角度时,传力钢球中心始终 在滚道中心两圆的交点上,从而保证 输出轴与输入轴等速转动. 球叉式 万向节结构较简单,可以在夹角不大 于32°~33°的条件下正常工作.
2.球笼式万向节
球笼式万向节是目前应用最 为广泛的等速万向节.Rzeppa 型球笼式万向节(图4-2)是带 分度杆的,六个传力钢球2由球 笼4保持在同一平面内.当万向 节两轴之间的夹角变化时,靠比 例合适的分度杆6拨动导向盘5, 并带动球笼4使六个钢球2处于轴 间夹角的平分面上. 经验表明,当轴间夹角较小时,分度杆是必要的;当轴间夹角 大于11°时,仅靠球形壳和星形套上的子午滚道的交叉也可将钢球 定在正确位置.这种等速万向节可在两轴之间的夹角达到35°~ 37°的情况下工作.
图4-5 十字轴万向节的力偶矩
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第三节 万向传动的运动和受力分析
一、单十字轴万向节传动
当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角α 时,主动轴的角速度ω1与从动轴的角速度ω2之间存在如下关系 1
2212cos sin 1cos ϕααωω−= (4-1) 式中,φ1为主动轴转角,定义为万向节主动叉所在平面与万向节主、从动轴所在平面的夹角。
由于cos α是周期为 2π 的周期函数,所以ω2/ω1,也为同周期的周期函数。
当φ1为0、π时,ω2达最大值ω2max 。
且为ω1/cos α; 当φ1为 π/2、3π/2时, ω2有最小值ω2min 。
且为ω1 cos α。
因此,当主动轴以等角速度转动时,从动轴时快时慢,此即为普通十字轴万向节传动的不等速性。
十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数 k 来表示 ααωωωtan sin 1
min 2max 2=−=k (4-2) 如不计万向节的摩擦损失,主动轴转矩T 1和从动轴转矩T 2与各自相应的角速度有关系式T 1ω1= T 2ω2,这样有 11222cos cos sin 1T T α
ϕα−= (4-3) 显然,当ω2/ω1最小时,从动轴上的转矩为最大T 2max =T 1/cos α;当ω2/ω1最大时, 从动轴上的转矩为最小T 2min =T 1cos α。
当T l 与α一定时,T 2在其最大值与最小值之间每一转变化两次;
具有夹角 α 的十字轴万向节,仅在主动轴驱动转矩和从动轴反转矩的作用下是不能平衡的。
这是因为这两个转矩作用在不同的平面内,在不计万向节惯性力矩时,它们的矢量互成一角度而不能自行封闭,此时在万向节上必然还作用有另外的力偶矩。
从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析可知,主动叉对十字轴的作用力偶矩,除主动轴驱动转矩T l ,之外,
还有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩T l ′。
同理,从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩T 2和作用在从动叉平面的弯曲力偶矩T 2′。
在这四个力矩作用下,使十字轴万向节得以平衡。
下面仅讨论主动叉在两特殊位置时,附加弯曲力偶矩的大小及变化特点。
当主动叉 φl 处于 0 和 π 位置时(图4—9a), 由于 T l 作用在十字轴平面,T l′必为零;而 T2 的作用平面与十字轴不共平面,必有 T2′存在,且矢量 T2′垂直于矢量T2;合矢量 T2′+ T2 指向十字轴平面的法线方向,与 T l 大小相等、方向相反。
这样,从动叉上的附加弯矩T2′= T l sina。
当主动叉 φl 处于π/2和3π/2位置时(图4—9b),同理可知T2′ =0,主动叉上的附加弯矩T l′= T l tana。
分析可知,附加弯矩的大小是在零与上述两最大值之间变化,其变化周期为 π,即每一转变化两次。
附加弯矩可引起与万向节相连零部件的弯曲振动,可在万向节主、从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷,从而激起支承处的振动。
因此,为了控制附加弯矩,应避免两轴之间的夹角过大。
二、双十字轴万向节传动
当输入轴与输出轴之间存在夹角 α 时,单个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴是不等速旋转的。
为使处于同一平面的输出轴与输入轴等速旋转,可采用双万向节传动,但必须保证同传动轴相连的两万向节叉应布置在同一平面内,且使两万向节夹角 α1 与α2相等(图4一10)。
在双万向节传动中,直接与输入轴和输出轴相连的万向节叉所受的附加弯矩分别由相应轴的支承反力平衡。
当输入轴与输出轴平行时(图4—10a),直接连接传动轴的两万向节叉所受的附加弯矩彼此平衡,传动轴发生如图4—10b中双点划线所示的弹性弯曲,从而引起传动轴的弯曲振动。
当输入轴与输出轴相交时(图4—10c),传动轴两端万向节叉上所受的附加弯矩方向相同,不能彼此平衡,传动轴发生如图4—10d中双点划线所示的弹性弯曲,从而对两端的十字轴产生大小相等、方向相反的径向力。
此径向力作用在滚针轴承碗的底部,并在输入轴与输出轴的支承上引起反力。
三、多十字轴万向节传动
多万向节传动的从动叉相对主动叉的转角差 Δφ 的计算公式与单万向节相似,可写成 )(2sin 412
θϕαϕ+=Δe (4—4)
式中,αe 为多万向节传动的当量夹角;θ 为主动叉的初相位角;φ1 为主动轴转角。
式(4—4)表明,多万向节传动输出轴与输入轴的运动关系,如同具有夹角 αe 而主动叉具有初相位 θ 的单万向节传动。
假如多万向节传动的各轴轴线均在同一平面,且各传动轴两端万向节叉平面之间的夹角为 0 或 π/2,则当量夹角 αe 为 ...232221±±±=ααααe (4—5)
式中,α1、α2、α3…为各万向节的夹角。
式中的正负号这样确定:当第一万向节的主动叉处在各轴轴线所在的平面内,在其余的万向节中,如果其主动叉平面与此平面重合定义为正,与此平面垂直定义为负。
为使多万向节传动的输出轴与输入轴等速旋转,应使αe =0。
万向节传动输出轴与输入轴的转角差会引起动力总成支承和悬架弹性元件的振动,还能引起与输出轴相连齿轮的冲击和噪声及驾驶室内的谐振噪声。
因此,在设计多万向节传动时,总是希望其当量夹角 αe 尽可能小,一般设计时应使空载和满载两种工况下的 αe 不大于3°
另外,对多万向节传动输出轴的角加速度幅值小加以限制。
对于轿车,≤350rad
/s 212ωαe 212ωαe 2;对于货车,≤600rad/s 212ωαe 2。
四、等速万向节传动
在此仅分析目前在轿车上广泛采用的Birfield型球笼式等速万向节的运动情况。
其等速传动原理如图4—7b所示,球形壳的内表面有六条凹槽,形成外滚道;星形套外表面有相应的六条凹槽,形成内滚道。
外滚道中心 A 与内滚道中心 B 分别位于万向节中心 O 的两边,且 OA=OB 。
另外,钢球中心 C 到 A、B 两点的距离也相等,保持架的内、外球面也以万向节中心为球心,这样∠COA=∠COB ,即两轴相交任意交角 α 时,传力钢球都位于交角平分面上。
此时钢球中心到主、从动轴的距离 α 相等,从而保证了从动轴与主动轴以相等的角。