第七章、万向节与传动轴

第三节
传动轴
1-万向节叉，2-滚针轴承盖；3-十字轴；4-滑动叉；5-传动轴；6-平衡片
1-盖子；2-盖板；3-盖垫4-万向节叉5-加油嘴6-伸缩套 7-滑动花键槽8-油封9-油封盖10-传动轴管
根据机械振动原理，两端铰接、等截面空心圆轴的临界转速为
nK 10 .25 108
D2 d 2 L2
滚针轴承的承载能力
Pmax=P/cos α＜[P]
主、从动轴与中间轴的夹角不可能在任何时候都保证相等； 在转向驱动桥上，与转向轮所要求的大偏转角度不相适应；
布置上受到车桥空间轴向尺寸的限制。
第二节
等角速万向节
双联式等角速万向节 准等角速万向节
三销式等角速万向节
球笼式等角速万向节 等角速万向节 球叉式等角速万向节
即
1 2 cos
在B点有
2 1 cos
结论：
主动轴以匀速转动，从动轴的瞬时角速度是
不均匀的，在ω 1cosα , ω 1/cosα 之间变 化。ω 2变化周期180º
当主动轴、从动轴在同一平 面时，传动的等角速条件为： （1）主动轴1与中间轴的夹角a1与 从动轴2与中间轴的夹角a2相等； （2）当主动轴、从动轴在同一平 / cos 3 1 1 面时，中间轴两端的万向节叉应 该在同一平面。 当主动轴、从动轴不在同一平 面时，第二条应为：中间轴上和 主动轴连接的万向节叉在中间轴 和主动轴组成的平面内时，中间 轴上和从动轴连接的万向节叉在
夹角的万向节
可使车辆获得 较小的转弯半 径，提高了车 辆的机动性。
三 、球笼式等角速万向节
等速万向节的基本原理：从结构上保证万向节在工作过程 中，其传力点永远位于两轴交点的平分面上。
主动轴
外罩
球笼（保持架）
星形套（内滚道） 传力球
球形壳 （外滚道）
COA COB
球笼式等角速万向节设计要点
线中点重合。
优点：允许较大的轴间夹角， 工作可靠，制造方便； 缺点：外形尺寸大，结构复 杂，非完全等速。
二
三销式等角速万向节
双十字轴万向节的另一种形式，它将两个十字轴转化为两个三销轴
插在一起，取消了中间架。输入叉和输出叉变成了偏心轴叉。
最大的特点是允许相邻两轴有较大的交角。
在转向驱动桥 中，较大轴间
从动叉承受的附加弯矩。
对于图b的情况，主动叉承受的附加弯矩， M1′=M1 tgα。
结论：
主动轴，从动轴的附加弯矩分别在M1’、M2’、
0之间变动，变化周期180º。
设计时，应尽量减少α值
(一般<8º
重型车、铲运机18º ) -20º
二 、铰接式车架万向节的布置 传动轴的中点和车 架铰点要在一条铅 垂线上。
一
双联式等角速万向节
准等速万向节的基本原理：根据双万向节实现等速传动的原 理而设计。
实际上是一套传动轴长度 缩减至最小的双十字轴万向
节等速传动装置。
双联叉相当于两个在同一 平面上的万向节叉。
欲使主动轴和从动轴角速
度相等，应保证双联叉的对 称线平分所连两轴的夹角。
球头与球座的中
心与十字轴中心的连
球笼式等角速万向节磨损小，由于工作时同时有
六个钢球传递动力，故承载能力、寿命较球叉式高， 且能在夹角350～420下传力，适用于重型车辆。 球笼式万向节的失效形式主要是钢球与接触滚道表面 的疲劳点蚀。应控制钢球与星形套滚道表面的接触应
力，并以此来确定万向节的承载能力。
四 球叉式等角速万向节
结构简单，零件少。轴间夹角大，接触应力，磨损快，寿命短。

输出轴、输入轴、 中间轴应该在机器 的纵向平面内。

铰接点O应该布置 在两个万向节的铰 接点A、B的中间。 以实现等角速传动。

三、 十字轴的设计计算
轴颈弯曲强度

32d j Ps
(d d )
4 j 4 k

滚针接触强度
c 272.3 (
1 1 Q ) c d j dz l
3 1 / cos 1
2 3 cos 2
2 3 cos 2
中间轴和从动轴组成的平面内。
同时必须满足两个条件： （1）第一个万向的两轴间的夹角与第二个万向的两轴间的 夹角相等，即α1=α2； （2）传动轴两端的万向节叉处于同一平面内。
α1 α2
ຫໍສະໝຸດ Baidu河北工程大学车辆工程系
传动轴
万向节
转向驱动桥的半轴与驱动轮
适用场合：
1、连接传递动力的两个部件间的距离较大，且不同轴； 2、连接既要传递动力，夹角又要变化的两轴； 3、连接理论上同轴但实际上可能不同轴的两轴；
功用：在两轴不同心或成一个角度的情况下传
递动力。
万向传动装置的构成 ：
1.两个十字轴万向节+传动轴 2.等角速万向节
第七章
主要讲授内容
万向节与传动轴
1.十字轴万向节的结构原理及其设计 2.等角速万向节的类型及其结构原理 3.传动轴结构及其设计
万向传动装置主要用于汽车和自行式工程机械上任何 一对轴线相交且相对位置经常变化的转轴之间的动力传递， 主要有以下三个方面：
（1）两根轴间的
距离较远，而且 相对位置可能变 化的时候。 （2）两根轴间的 夹角变化的时候。 （3）为了弥补制 造过程中的各种 误差，便于装配。
万向节类型：弹性、刚性
｛ 不等角速
等角速
第一节
1.结构
十字轴万向节
一、十字轴万向节的构造和原理
普通十字轴万向节的构造：
轴承盖 万向节叉
套筒 滚针 油封
安全阀
油嘴
十字轴
2．运动学分析
设主动轴以角速度ω1匀速转动，A点绕主动叉的速度vA1为 vA1= ω1 r 设从动轴以角速度 ω2转动，A点绕从动叉的速度vA2为 vA2= ω2 r cosα vA1= vA2
0.50～0.75
0.25～0.50
0.15～0.25
0.10～0.15
习题
万向传动装置的要求是什么？
十字轴万向传动实现等角速度传动的条件是
什么？为什么？ 设计不等速十字轴万向节时，主从动轴的夹 角应该怎样设计有利？为什么？
设计时应使轴的最高转速＜nk
在外径D不变的条件下，内径d越大nK值越大，而且空心轴的重量轻，所 以传动轴一般采用空心钢管焊接而成。 大多数传动轴要进行动平衡试验。 传动轴转速与不平衡度的关系
传动轴转速 （r/min） ＜2000 2000～3000 3000～4000 4000～5000
不平衡度 （N· cm）
万向传动装置
3、双万向节传动的等速条件：
河北工程大学车辆工程系
万向传动装置
3．动力学分析 设主动轴作用于十字轴的力矩为M1，从动轴作用于其上 的力矩为M2，如果不计转动时的摩擦损失，则 M1ω1= M2ω2
对于图a的情况，由
1 2 cos
有 M2= M 1 cosα
附加弯矩M2′ M2′=M1 sinα