萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)

《萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)（14頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束q 第一節(jié) 概述q 第二節(jié) 萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析q 第三節(jié) 萬(wàn)向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析q 第四節(jié) 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束 萬(wàn)向傳動(dòng)軸一般是由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支承組成。主要用于在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 萬(wàn)向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足如下基本要求： 保證所連接的兩根軸相對(duì)位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能可靠地傳遞動(dòng)力。 保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。由于萬(wàn)向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。 傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易等。 變速器或分動(dòng)器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸之間普遍采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中

2、，多采用等速萬(wàn)向傳動(dòng)軸。當(dāng)后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)楠?dú)立的彈性，采用萬(wàn)向傳動(dòng)軸。 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束萬(wàn)向節(jié)分為剛性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)。剛性萬(wàn)向節(jié)可分為不等速萬(wàn)向節(jié)（如十字軸式）、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)（如雙聯(lián)式、凸塊式、三銷(xiāo)軸式等）和等速萬(wàn)向節(jié)（如球叉式、球籠式等）。不等速萬(wàn)向節(jié)是指萬(wàn)向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時(shí)，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)的萬(wàn)向節(jié)。準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)是指在設(shè)計(jì)角度下工作時(shí)以等于1的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)，而在其它角度下工作時(shí)瞬時(shí)角速度比近似等于1的萬(wàn)向節(jié)。輸出軸和輸入軸以等于1的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)的萬(wàn)向節(jié)，稱(chēng)之為等速萬(wàn)向節(jié)。 撓性萬(wàn)向節(jié)是靠彈性零件傳遞動(dòng)力的，具有緩沖減振作用。萬(wàn)向節(jié)動(dòng)畫(huà)

3、演示首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束 典型的十字軸萬(wàn)向節(jié)主要由主動(dòng)叉、從動(dòng)叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。 十字軸萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動(dòng)效率高，生產(chǎn)成本低。但所連接的兩軸夾角不宜過(guò)大，當(dāng)夾角由4增至16時(shí)，十字軸萬(wàn)向節(jié)滾針軸承壽命約下降至原來(lái)的1/4。二、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié) 雙聯(lián)式萬(wàn)向節(jié)是由兩個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)組合而成。為了保證兩萬(wàn)向節(jié)連接的軸工作轉(zhuǎn)速趨于相等，可設(shè)有分度機(jī)構(gòu)。偏心十字軸雙聯(lián)式萬(wàn)向節(jié)取消了分度機(jī)構(gòu)，也可確保輸出軸與輸入軸接近等速。 雙聯(lián)式萬(wàn)向節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)是允許兩軸間的夾角較大（一般可達(dá)50，偏心十字軸雙聯(lián)式萬(wàn)向節(jié)可達(dá)60），軸承密封性好，效率高，工作可靠，制造方

4、便。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外形尺寸較大，零件數(shù)目較多。首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束1球叉式萬(wàn)向節(jié) 球叉式萬(wàn)向節(jié)按其鋼球滾道形狀不同可分為圓弧槽和直槽兩種形式。 圓弧槽滾道型的球叉式萬(wàn)向節(jié)（圖4-1a）由兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉、四個(gè)傳力鋼球和一個(gè)定心鋼球組成。兩球叉上的圓弧槽中心線(xiàn)是以O(shè)1和O2為圓心而半徑相等的圓，O1和O2到萬(wàn)向節(jié)中心O的距離相等。當(dāng)萬(wàn)向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心O轉(zhuǎn)動(dòng)任何角度時(shí)，傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點(diǎn)上，從而保證輸出軸與輸入軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)。 球叉式萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可以在夾角不大于3233的條件下正常工作。圖4-1 球叉式萬(wàn)向節(jié)a)圓弧槽滾道型 b)直槽滾道型 直槽滾道型球叉式萬(wàn)向節(jié)（圖4-

5、1b），兩個(gè)球叉上的直槽與軸的中心線(xiàn)傾斜相同的角度，彼此對(duì)稱(chēng)。在兩球叉間的槽中裝有四個(gè)鋼球。由于兩球叉中的槽所處的位置是對(duì)稱(chēng)的，這便保證了四個(gè)鋼球的中心處于兩軸夾角的平分面上。這種萬(wàn)向節(jié)加工比較容易，允許的軸間夾角不超過(guò)20，在兩叉間允許有一定量的軸間滑動(dòng)。 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束 球籠式萬(wàn)向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬(wàn)向節(jié)。Rzeppa 型球籠式萬(wàn)向節(jié)（圖4-2）是帶分度桿的，六個(gè)傳力鋼球2由球籠4保持在同一平面內(nèi)。當(dāng)萬(wàn)向節(jié)兩軸之間的夾角變化時(shí)，靠比例合適的分度桿6撥動(dòng)導(dǎo)向盤(pán)5，并帶動(dòng)球籠4使六個(gè)鋼球2處于軸間夾角的平分面上。 經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)軸間夾角較小時(shí)，分度桿是必要的；當(dāng)軸間夾角大于11時(shí)，

6、僅靠球形殼和星形套上的子午滾道的交叉也可將鋼球定在正確位置。這種等速萬(wàn)向節(jié)可在兩軸之間的夾角達(dá)到3537的情況下工作。 圖4-2 Rzeppaz型球籠式萬(wàn)向節(jié)1球形殼 2鋼球 3星形套 4球籠 5導(dǎo)向盤(pán) 6分度桿 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束 Birfield型球籠式萬(wàn)向節(jié)（圖4-3）取消了分度桿，球形殼和星形套的滾道做得不同心，使其圓心對(duì)稱(chēng)地偏離萬(wàn)向節(jié)中心。這樣，即使軸間夾角為0，靠?jī)?nèi)、外子午滾道的交叉也能將鋼球定在正確位置。當(dāng)軸間夾角為0時(shí)，內(nèi)、外滾道的橫斷面為橢圓形，接觸點(diǎn)和球心的連線(xiàn)與過(guò)球心的徑向線(xiàn)成45角，橢圓在接觸點(diǎn)處的曲率半徑選為鋼球半徑的1.031.05倍。當(dāng)受載時(shí)，鋼球與滾道的接觸點(diǎn)

7、實(shí)際上為橢圓形接觸區(qū)。這種萬(wàn)向節(jié)允許的工作角可達(dá)42。由于傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)六個(gè)鋼球均同時(shí)參加工作，其承載能力和耐沖擊能力強(qiáng)，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，應(yīng)用較為廣泛。但是滾道的制造精度高，成本較高。圖4-3 Birfield型球籠式萬(wàn)向節(jié) 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束伸縮型球籠式萬(wàn)向節(jié)（圖4-4）結(jié)構(gòu)與一般球籠式相近，僅僅外滾道為直槽。在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，星形套與筒形殼可以沿軸向相對(duì)移動(dòng)，故可省去其它萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的滑動(dòng)花鍵。這不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且由于軸向相對(duì)移動(dòng)是通過(guò)鋼球沿內(nèi)、外滾道滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，所以與滑動(dòng)花鍵相比，其滾動(dòng)阻力小，傳動(dòng)效率高。這種萬(wàn)向節(jié)允許的工作最大夾角為20。 圖4-4伸縮型球籠式萬(wàn)向節(jié) Rzepp

8、a型球籠式萬(wàn)向節(jié)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，目前應(yīng)用較少。Birfield型球籠式萬(wàn)向節(jié)和伸縮型球籠式萬(wàn)向節(jié)被廣泛地應(yīng)用在具有獨(dú)立懸架的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，在靠近轉(zhuǎn)向輪一側(cè)采用Birfield型萬(wàn)向節(jié)，靠近差速器一側(cè)則采用伸縮型球籠式萬(wàn)向節(jié)。伸縮型萬(wàn)向節(jié)還被廣泛地應(yīng)用到斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋中。 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束 一、單十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) 當(dāng)十字軸萬(wàn)向節(jié)的主動(dòng)軸與從動(dòng)軸存在一定夾角時(shí)， 主動(dòng)軸的角速度 與從動(dòng)軸的角速度 之間存在如下的關(guān)系 （4-1） 由于cos 是周期為2 的周期函數(shù)，所以 也為同周期的周期函數(shù)。當(dāng) 為0、 時(shí)， 達(dá)最大值 且為 ；當(dāng) 為 /2、3 /2時(shí)， 有最小值 且為 。因此，當(dāng)主動(dòng)軸以

9、等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢，此即為普通十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的不等速性。 十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)k來(lái)表示 12212cossincos12112/12max2cos/112min2cos1tansin1min2max2k（4-2）如不計(jì)萬(wàn)向節(jié)的摩擦損失，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩T1和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩T2與各自相應(yīng)的角速度有關(guān)系式2211TT，這樣有 11222coscossin1TT（4-3）顯然，當(dāng)12/最小時(shí)，從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為最大cos/1max2TT；當(dāng)12/最大時(shí)，從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為最小cos1min2TT。T1與一定時(shí)，T2在其最大值與最小值之間每一轉(zhuǎn)變化兩次。 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束具

10、有夾角 的十字軸萬(wàn)向節(jié)，僅在主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平衡的。從萬(wàn)向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動(dòng)叉對(duì)十字軸的作用力偶矩，除主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1之外，還有作用在主動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩 。同理，從動(dòng)叉對(duì)十字軸也作用有從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩T2和作用在從動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩 。在這四個(gè)力矩作用下，使十字軸萬(wàn)向節(jié)得以平衡。 圖4-5 十字軸萬(wàn)向節(jié)的力偶矩 a) =0， b) /2， =3/2 1T當(dāng)主動(dòng)叉處于0和時(shí)位置時(shí)（圖41T必2T存在，且矢量垂直于矢量T2；1處于/2位置時(shí)-5a），由于T1作用在十字軸平面，為零；而T2的作用平面與十字軸不共平面，必有合矢量+T2指向十字軸平面的

11、法線(xiàn)方向，與T1大小相等、方向相反。這樣，從動(dòng)叉上的附加彎矩=T1sin。2T當(dāng)主動(dòng)叉（圖4-5b），同理可知=0，主動(dòng)叉上的附加彎矩=T1tan。 分析可知，附加彎矩的大小是在零與上述兩最大值之間變化，其變化周期為 ，即每一轉(zhuǎn)變化兩次。附加彎矩可引起與萬(wàn)向節(jié)相連零部件的彎曲振動(dòng)，可在萬(wàn)向節(jié)主、從動(dòng)軸支承上引起周期性變化的徑向載荷，從而激起支承處的振動(dòng)。因此，為了控制附加彎矩，應(yīng)避免兩軸之間的夾角過(guò)大。 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束當(dāng)輸入軸與輸出軸之間存在夾角時(shí)，單個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)的輸出軸相對(duì)于輸入軸是不等速旋轉(zhuǎn)的。為使處于同一平面的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn)，可采用雙萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)，但必須保證同傳動(dòng)軸相連的兩

12、萬(wàn)向節(jié)叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬(wàn)向節(jié)夾角1與2相等（圖4-6）。當(dāng)輸入軸與輸出軸平行時(shí)（圖4-6a），直接連接傳動(dòng)軸的兩萬(wàn)向節(jié)叉所受的附加彎矩，使傳動(dòng)軸發(fā)生如圖4-6b中雙點(diǎn)劃線(xiàn)所示的彈性彎曲，從而引起傳動(dòng)軸的彎曲振動(dòng)。當(dāng)輸入軸與輸出軸相交時(shí)（圖4-6c），傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié)叉上所受的附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動(dòng)軸發(fā)生如圖4-6d中雙點(diǎn)劃線(xiàn)所示的彈性彎曲。 圖4-6 附加彎矩對(duì)傳動(dòng)軸的作用 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束傳動(dòng)軸總成主要由傳動(dòng)軸及其兩端焊接的花鍵和萬(wàn)向節(jié)叉組成。傳動(dòng)軸中一般設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的滑動(dòng)花鍵，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)長(zhǎng)度的變化。 傳動(dòng)軸在工作時(shí)，其長(zhǎng)度和夾角是在一定范圍變化的。

13、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸長(zhǎng)度處在最大值時(shí)，花鍵套與軸有足夠的配合長(zhǎng)度；而在長(zhǎng)度處在最小時(shí)不頂死。傳動(dòng)軸夾角的大小直接影響到萬(wàn)向節(jié)的壽命、萬(wàn)向傳動(dòng)的效率和十字軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性。在長(zhǎng)度一定時(shí)，傳動(dòng)軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動(dòng)軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速，就是當(dāng)傳動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動(dòng)頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動(dòng)軸折斷時(shí)的轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速nk （r/min）為 2228102 . 1ccckLdDn式中，Lc為傳動(dòng)軸長(zhǎng)度（mm），即兩萬(wàn)向節(jié)中心之間的距離；dc和Dc分別為傳動(dòng)軸軸管的內(nèi)、外徑（mm）。 （4-4） 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束在設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸時(shí)，取安全系數(shù)K=nk/nmax=1.22.0，K=1.2用于精確動(dòng)平衡、高精度的伸縮花鍵及萬(wàn)向節(jié)間隙比較小時(shí)，nmax為傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速（r/min）。當(dāng)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度超過(guò)1.5m時(shí)，為了提高nk以及總布置上的考慮，常將傳動(dòng)軸斷開(kāi)成兩根或三根，萬(wàn)向節(jié)用三個(gè)或四個(gè)，而在中間傳動(dòng)軸上加設(shè)中間支承。傳動(dòng)軸軸管斷面尺寸除滿(mǎn)足臨界轉(zhuǎn)速的要求外，還應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。軸管的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足 cccsccdDTD)(1644（4-5） 式中，c為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，為300Mpa；其余符號(hào)同前。 首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)末頁(yè)結(jié)束