萬向節(jié)傳動軸設(shè)計

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1、第七章萬向傳動軸設(shè)計第一節(jié)概述第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析第三節(jié)萬向傳動的運動和受力分析第四節(jié)傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計6/17/2021第一節(jié)概述萬向傳動軸一般是由萬向節(jié)、傳動軸和中間支承組成。主要用于在工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運動。萬向傳動軸設(shè)計應滿足如下基本要求：保證所連接的兩根軸相對位置在預計范圍內(nèi)變動時，能可靠地傳遞動力。保證所連接兩軸盡可能等速運轉(zhuǎn)。由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應在允許范圍內(nèi)。傳動效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易等。變速器或分動器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸之間普遍采用十字軸萬向傳動軸。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，多

2、采用等速萬向傳動軸。當后驅(qū)動橋為獨立的彈性，采用萬向傳動軸。6/17/2021第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析萬向節(jié)分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)可分為不等速萬向節(jié)（如十字軸式）、準等速萬向節(jié)（如雙聯(lián)式、凸塊式、三銷軸式等）和等速萬向節(jié)（如球叉式、球籠式等）。不等速萬向節(jié)是指萬向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時角速度比傳遞運動的萬向節(jié)。準等速萬向節(jié)是指在設(shè)計角度下工作時以等于1的瞬時角速度比傳遞運動，而在其它角度下工作時瞬時角速度比近似等于1的萬向節(jié)。輸出軸和輸入軸以等于1的瞬時角速度比傳遞運動的萬向節(jié)，稱之為等速萬向節(jié)。撓性萬向節(jié)是靠彈性零件傳

3、遞動力的，具有緩沖減振作用。萬向節(jié)動畫演示6/17/2021一、十字軸萬向節(jié)典型的十字軸萬向節(jié)主要由主動叉、從動叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)成本低。但所連接的兩軸夾角不宜過大，當夾角由4°增至16°時，十字軸萬向節(jié)滾針軸承壽命約下降至原來的1/4。二、準等速萬向節(jié)雙聯(lián)式萬向節(jié)是由兩個十字軸萬向節(jié)組合而成。為了保證兩萬向節(jié)連接的軸工作轉(zhuǎn)速趨于相等，可設(shè)有分度機構(gòu)。偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)取消了分度機構(gòu)，也可確保輸出軸與輸入軸接近等速。雙聯(lián)式萬向節(jié)的主要優(yōu)點是允許兩軸間的夾角較大（一般可達50°

4、，偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)可達60°），軸承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。缺點是結(jié)構(gòu)較復雜，外形尺寸較大，零件數(shù)目較多。6/17/2021三、等速萬向節(jié)1．球叉式萬向節(jié)球叉式萬向節(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向節(jié)（圖4-1a）由兩個萬向節(jié)叉、四個傳力鋼球和一個定心鋼球組成。兩球叉上的圓弧槽中心線是以O(shè)1和O2為圓心而半徑相等的圓，O1和O2到萬向節(jié)中心O的距離相等。當萬向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心O轉(zhuǎn)動任何角度時，傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點上，從而保證輸出軸與輸入軸等速轉(zhuǎn)動。球叉式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)較簡單，可以在夾角不大于32

5、°～33°的條件下正常工作。圖4-1球叉式萬向節(jié)a)圓弧槽滾道型b)直槽滾道型直槽滾道型球叉式萬向節(jié)（圖4-1b），兩個球叉上的直槽與軸的中心線傾斜相同的角度，彼此對稱。在兩球叉間的槽中裝有四個鋼球。由于兩球叉中的槽所處的位置是對稱的，這便保證了四個鋼球的中心處于兩軸夾角的平分面上。這種萬向節(jié)加工比較容易，允許的軸間夾角不超過20°，在兩叉間允許有一定量的軸間滑動。6/17/20212．球籠式萬向節(jié)球籠式萬向節(jié)是目前應用最為廣泛的等速萬向節(jié)。Rzeppa型球籠式萬向節(jié)（圖4-2）是帶分度桿的，六個傳力鋼球2由球籠4保持在同一平面內(nèi)。當萬向節(jié)兩軸之間的夾角變化時，靠比例合

6、適的分度桿6撥動導向盤5，并帶動球籠4使六個鋼球2處于軸間夾角的平分面上。經(jīng)驗表明，當軸間夾角較小時，分度桿是必要的；當軸間夾角大于11°時，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。這種等速萬向節(jié)可在兩軸之間的夾角達到35°～37°的情況下工作。圖4-2Rzeppaz型球籠式萬向節(jié)1—球形殼2—鋼球3—星形套4—球籠5—導向盤6—分度桿6/17/2021Birfield型球籠式萬向節(jié)Birfield型球籠式萬向節(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，使其圓心對稱地偏離萬向節(jié)中心。這樣，即使軸間夾角為0°，靠內(nèi)、外子午滾道的交叉也能

7、將鋼球定在正確位置。當軸間夾角為0°時，內(nèi)、外滾道的橫斷面為橢圓形，接觸點和球心的連線與過球心的徑向線成45°角，橢圓在接觸點處的曲率半徑選為鋼球半徑的1.03～1.05倍。當受載時，鋼球與滾道的接觸點實際上為橢圓形接觸區(qū)。這種萬向節(jié)允許的工作角可達42°。由于傳遞轉(zhuǎn)矩時六個鋼球均同時參加工作，其承載能力和耐沖擊能力強，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，應用較為廣泛。但是滾道的制造精度高，成本較高。圖4-3Birfield型球籠式萬向節(jié)6/17/2021伸縮型球籠式萬向節(jié)伸縮型球籠式萬向節(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