【正文】 向節(jié)主動(dòng)叉所在平面與萬(wàn)向節(jié) 主、從動(dòng)軸所在平面的夾角 由于 1cos? 是周期為 的周期函數(shù)，所以 2w ／ 1w 也為同周期的周期函數(shù)。當(dāng)1? 為 0、 ? 時(shí)， 2? 達(dá)最大值 max2w 且為 1w ／ ?cos ；當(dāng) 1? 為 2? 、 23? 時(shí)， 2w 有最小值 min2w 且為 ?cos1w 。因此，當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢， 5 此即為普 通十字軸萬(wàn)向節(jié)傳 動(dòng)的不等性 [3]。 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 ?? t a ns in1 m in2m a x2 ??? w wwk （ ） 如不計(jì)萬(wàn)向節(jié)的摩擦損失，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩 1T 和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩 2T 與各自相應(yīng)的角速度有關(guān) 系式 2211 wTwT ? ，這樣有 11222 co s co ss in1 TT ? ???? （ ） 顯然，當(dāng) 2w ／ 1w 最小時(shí)，從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為最 大 ?co s/1m ax2 TT ? ； 當(dāng) 2w ／ 1w 最大時(shí)， 從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為最小 ?co s/1m ax2 TT ? 。當(dāng) 1T 與 ? 一定 時(shí)， 2T 在其最大值與最小值之間每 一轉(zhuǎn)變化兩次。 具有夾角 ? 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。這是因?yàn)檫@兩個(gè)轉(zhuǎn)矩作用在不同的平面內(nèi)，在不計(jì)萬(wàn)向節(jié)慣性力矩時(shí)，它們的矢量互成一角度而不能自行封閉，此時(shí)在萬(wàn)向節(jié)上必然還作用有另外的力偶矩。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 1T 之外， 還有作用在主動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩 1T? 。同理，從動(dòng)叉對(duì)十字軸 也作用有從動(dòng)軸反轉(zhuǎn)矩 和作用在從動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩 2T? 。在這四個(gè)力矩作用下，使十字軸萬(wàn)向節(jié)得以平衡。下面僅討論主動(dòng)叉在兩特殊位置時(shí)，附加彎曲力偶矩的大小及變化特點(diǎn)。當(dāng) 主動(dòng)叉 處于 0 和 ? 位置時(shí) (圖 )，由于 1T 作用在十字軸平面， 1T? 必為零； 而2T? 的作用平面與 十字軸不共平面， 2T? 必有存在，且矢量 2T? 垂直于矢量 2T ；合矢量 2T? + 2T 指向十字軸平面的法線方向，與 1T 大小相等、方向相反。這樣，從動(dòng)叉上的附加 彎矩 2T? =1T ?cos 。當(dāng)主動(dòng)叉 1? 處 于 2? 和 23? 位置時(shí) (圖 )，同理可知 2T? =0， 主動(dòng)叉上的附加彎矩 1T? = 1T ?tan 。 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)。 6 a) 1? =O， 1? =? b) 1? = 2? ， 1? = 23? 圖 十 字 軸 萬(wàn) 向節(jié)的力偶矩 因此，為了控制附加彎矩，應(yīng)避免兩軸之間的夾角過(guò)大。 雙十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) 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人軸等速旋轉(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 )。 在雙萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)中，直接與輸入軸和輸出軸相連的萬(wàn)向節(jié)叉所受的附加彎矩分別由相應(yīng) 軸的支承反力平衡。當(dāng)輸人軸與輸出軸平行時(shí) (圖 )，直接連接傳動(dòng)軸的兩萬(wàn)向節(jié)叉 所受的附加彎矩彼此平衡．，傳動(dòng)軸發(fā)生如圖 中雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲，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)，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 中雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲， 從而對(duì)兩端的十字軸產(chǎn)生大小相等、方向相反的徑向力。此徑向力作用在滾針軸承碗的底部，并在輸入軸與輸出軸的 支承上引起反力 [4]。 圖 附加彎矩對(duì)傳動(dòng)軸的作用 7 多十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) 多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的從動(dòng)叉相對(duì)主動(dòng)叉的轉(zhuǎn)角差 ?? 的計(jì)算公式與單萬(wàn)向節(jié)相似，可寫(xiě)成 )(2s in4 12 ???? ??? e () 式中， e? 為多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的當(dāng)量夾角； ? 為主動(dòng)叉的初相位角； 1? 為主動(dòng)軸轉(zhuǎn)角。 式 ()表明，多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)輸出軸與輸入軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，如同具有夾角 e? 而主動(dòng) 叉具有初相位 ? 的單萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)。 假如多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的各軸軸線均在同一平面，且各傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié) 叉平面之間的夾角為 0 或 2? ，則當(dāng)量夾角 e? 為 e? = ???? 322212 ??? () 式中， 1? 、 2? 、 3? ? 為各萬(wàn)向節(jié)的夾角。 式中的正負(fù)號(hào)這樣確定：當(dāng)?shù)谝蝗f(wàn)向節(jié)的主動(dòng)叉處在各軸軸線所在的平面內(nèi)，在其余的 萬(wàn)向節(jié)中，如果其主動(dòng)叉平面與此平面重合定義為正，與此平面垂直定義為負(fù)。 為使多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的輸出軸與輸人軸等速旋轉(zhuǎn)，應(yīng)使 e? =0。 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)角差會(huì)引起動(dòng)力總 成支承和懸架彈性元件的振動(dòng)，還能 引起與輸出軸相連齒輪的沖擊和噪聲及駕駛室內(nèi)的諧振噪聲。因此，在設(shè)計(jì)多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)時(shí)，總是希望其當(dāng)量夾角 e? 盡可能小，一般設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使空載和滿載兩種工況下的 e? 不大于 3176。 。另外，對(duì)多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)輸出軸的角加速度幅值 e2? 21w ；加以限制。對(duì)于轎車(chē)， e2? 21w ≤350rad／ s 2 ；對(duì)于貨車(chē)，e2? 21w ≤600rad／ S2[5]。 結(jié)構(gòu)方案的確定 萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)型式 汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置通常稱為汽車(chē) 的萬(wàn)向傳動(dòng)軸或簡(jiǎn)稱為傳動(dòng) 8 軸，它由萬(wàn)向節(jié)、軸管及其伸縮花鍵等組成 如圖 (b),對(duì)于長(zhǎng)軸距汽車(chē)的分段傳動(dòng)軸，還需有中間支承，如圖 (a)。 傳動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承 結(jié)構(gòu)方案分析 傳動(dòng)軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄 (～ )、管徑較大、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲 剛度大、適于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成。 (a)帶有中間支承并有兩根軸管的分段傳動(dòng)軸 ； (b)具有一根軸管的傳動(dòng)軸 1— 萬(wàn)向節(jié)； 2— 傳動(dòng)軸管； 3— 平衡片； 4— 伸縮軸管； 5— 防塵罩； 6— 十字軸； 7— 中間支承 圖 汽車(chē)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)圖 伸縮花鍵具有矩形或漸開(kāi)線齒形，用于補(bǔ)償由于汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié)之間的長(zhǎng)度變化。當(dāng)承受轉(zhuǎn)矩的花鍵在伸縮時(shí)，產(chǎn)生軸向摩擦力為 aF RTfF ja ? 式中： jT — 傳動(dòng)軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩； R— 花鍵齒側(cè)工作表面的中徑； f — 摩擦系數(shù) 。 由于花鍵齒側(cè)工作表面面積較小，在大的軸向摩擦力作用下將加速伸縮花鍵的磨損，引起不平衡及振動(dòng)。應(yīng)提高鍵齒表面硬度及光潔度，進(jìn)行磷化處理、噴涂尼龍，改善潤(rùn)滑。可減小摩擦阻力及磨損。也有用滾珠或滾柱的滾動(dòng)摩擦代替 9 花鍵齒間的滑動(dòng)摩擦的結(jié)構(gòu)如圖 ?；ㄦI應(yīng)有可靠的潤(rùn)滑及防塵措施，間隙不宜過(guò)大，以免引起傳動(dòng)軸振動(dòng)。內(nèi)、外花鍵應(yīng)對(duì)中，為減小鍵齒摩擦表面間的壓力及磨損應(yīng)使鍵齒長(zhǎng) jl 與其最大直徑 jd 之比不小于 2?；ㄦI齒與鍵槽應(yīng)按對(duì)應(yīng)標(biāo) 記裝配，以免破壞傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。動(dòng)平衡的不平衡度由點(diǎn)焊在軸管外表面上的平衡片補(bǔ)償。裝車(chē)時(shí)傳動(dòng)軸的仲縮花鍵一端不應(yīng)靠近后驅(qū)動(dòng)橋，而應(yīng)靠近變速器或中間支承，以減小其軸向摩擦力及磨損。中間支承用于長(zhǎng)軸距汽車(chē)的分段傳動(dòng)軸，以提高傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，避免共 1— 滾柱； 2— 帶有滾柱內(nèi)滾道的傳動(dòng)軸管； 3— 帶有滾柱外滾道的軸管 圖 帶有滾柱的汽車(chē)傳動(dòng)軸 振，減小噪聲 [6]。它安裝在車(chē)架橫梁或車(chē)身底架上，應(yīng)能補(bǔ)償傳動(dòng)軸的安裝誤差及適應(yīng)行駛中由于彈性懸置的發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車(chē)架變形引起的位移，而其軸承應(yīng)不受或少受由此產(chǎn)生的附加載荷。以前中間支承多采用自位軸承，目前則廣泛采用坐于橡膠彈性元件上的單列球軸承 如 圖 ，圖 。橡膠彈性元件能吸收傳動(dòng)軸的振動(dòng)，降低噪聲，承受徑向力，但不能承受軸向力。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇支承剛度，避免 在傳動(dòng)軸常用轉(zhuǎn)速內(nèi)產(chǎn)生共振。擺臂式中間支承的擺臂用于適應(yīng)中間傳動(dòng)軸軸線在縱向平面內(nèi)的位置變化。 66 越野汽車(chē)傳動(dòng)軸的中間支承常安裝在中驅(qū)動(dòng)橋殼上 ,多采用兩個(gè)圓錐滾子軸承，軸承座應(yīng)牢固地固定在中橋殼上如圖 所示 。 1— 油封； 2— 彈性擋圈； 3— 軸承 圖 擺臂式中間支承 10 (a)傳動(dòng)軸及其中間支承； (b)(e)中間 支承方案 1 一撓性萬(wàn)向節(jié)； 4 一前、后傳動(dòng)軸； 3 一彈性中間支承； 5 一平衡片； 6 一橡膠套； 7 一橫梁 圖 汽車(chē)傳動(dòng)軸的中間支承 圈 越野汽車(chē)傳動(dòng)軸的中間支承 萬(wàn)向節(jié)類型分析 汽車(chē)用萬(wàn)向節(jié)分為剛性的、撓性的、等速的和不等速的幾種。 汽車(chē)除轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋及帶有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋的分段 式半軸多采用等 速 萬(wàn)向節(jié)外，一般驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸均采用一對(duì)十字軸萬(wàn)向節(jié)，如圖 (b)。 普通十字輔萬(wàn)向節(jié) 11 普通十字軸萬(wàn)向節(jié)如圖 所示，由兩個(gè) 萬(wàn)向節(jié)叉及聯(lián)接它們的十字軸、滾針軸承及訥 封等組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高。十字軸 萬(wàn)向節(jié)的損壞形式主要是十字軸軸頸和滾針軸 承的磨損，以及十字軸軸頸和滾針軸承碗工作 表面的壓痕和剝落。通常認(rèn)為當(dāng)磨損或壓痕超 過(guò) 0． 25mm 時(shí)，十字軸萬(wàn)向節(jié)就應(yīng)報(bào)廢。為了 提高其使用壽命。出現(xiàn)了各種有效的組合式潤(rùn) 向節(jié)滑密封裝置，以潤(rùn)滑和保護(hù)十字軸軸頸與 1 一 軸承蓋； 6 一 萬(wàn)向節(jié) 一油嘴；滾針 軸承如圖 。 轎車(chē)和輕型客、貨車(chē)常于 4 一 十字軸； 5 一 安全閥； 7 一 油封；裝配 時(shí)封入潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以減少車(chē)輛的 8 一 滾針； 9 一 軸承碗 潤(rùn)滑點(diǎn)， 這時(shí) 應(yīng)采 用密封效果較好的雙刃口或 圖 普通十字軸萬(wàn) 向節(jié) 多刃口橡膠油 封。當(dāng)需定期加注潤(rùn)滑脂時(shí)，應(yīng)如圖 所示將油封反裝以利在加注潤(rùn)滑脂時(shí)能將陳油和磨損產(chǎn)物排出。軸蕊中的滾針直徑的差值應(yīng)控制在 以內(nèi)，否則會(huì)加重載荷在滾針間的分配不均勻性。滾針軸承的徑向間隙過(guò)大會(huì)使受載的滾針數(shù)減少及引起滾針歪斜，間隙過(guò)小則可能受熱卡住，合適的間隙為 ～ 。 滾針的用向總間隙取 ～ 為宜。重型汽車(chē)有時(shí)采用較粗的滾針并分成兩段以提高其壽命，也有以滾柱代替滾針的結(jié)構(gòu)。為防止十字軸軸向竄動(dòng)及避免摩擦發(fā)熱，有的在十字軸軸端和軸承碗之間加裝端面滾針軸承 [7]。 1 一 防塵罩； 2 一 油封座圈； 3 一 止推環(huán)； 4 一 滾針； △— 間隙； a 一油封壓配錐面 圖 十字軸的潤(rùn)滑與密封 單個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)不是等速萬(wàn)向節(jié)，其特點(diǎn)是當(dāng)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間有夾角時(shí)，不能等速傳遞而有轉(zhuǎn)角差 (圖 )，使主、從動(dòng)軸的角速度周期性地不相等。采用兩個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)并把與傳動(dòng)軸相連的兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉布置在同一平面內(nèi)，且使萬(wàn)向節(jié)的夾角 21 ??? (圖 )，則可使處于同一平面內(nèi)的輸出軸與輸入軸等角 12 速旋轉(zhuǎn)。 圖 轉(zhuǎn)角差 ??? 與)( 21 ? 的關(guān)系 圖 雙十字軸萬(wàn)向節(jié)的等速傳動(dòng)條件 十字軸萬(wàn)向節(jié)兩軸的夾角。不宜過(guò)大．當(dāng) ? 由 ?4 增至 ?16 時(shí)，滾針軸承壽命將下降至原壽命的 1／ 4。 撓性萬(wàn)向節(jié) 利用橡膠盤(pán)、塊、環(huán)及橡膠一金屬套筒等橡膠彈 性元件在夾角不大于 ?5 的兩軸間傳遞轉(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需潤(rùn)滑，能減小傳動(dòng)系的扭振、動(dòng)載荷及噪聲。有的結(jié)構(gòu)還允許一定的軸向變形．當(dāng)這種軸向變形量能滿足使用要求時(shí)，可省去伸縮花鍵。常用作轎車(chē)三萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)中的靠近變速器的第一萬(wàn)向節(jié)或用在重型車(chē)的離臺(tái)器與變速器，變速器與分動(dòng)器之間。考慮到用到這些地方的撓性萬(wàn)向節(jié)常要在掛直接檔時(shí)的高轉(zhuǎn)速下工作，為保證傳動(dòng)軸總成的平衡精度，則必須使萬(wàn)向節(jié)兩側(cè)的軸線對(duì)中。圖 給出了汽車(chē)撓性萬(wàn)向節(jié)及其橡膠彈性元件的典型結(jié)構(gòu)圖，其中圖 (a)、圖 (b)分別為具有球面對(duì)中機(jī)構(gòu)的環(huán)形和六角形撓性萬(wàn)向節(jié)：圖 (c)為橡膠 — 金屬套筒結(jié)構(gòu)的撓性萬(wàn)向節(jié)；圖 (d)、圖 (e)分別為組合型和盤(pán)形橡膠元件。金屬套筒結(jié)構(gòu)的橡膠應(yīng)具有的物理機(jī)械特性為：抗拉強(qiáng)度不小于 1 5 MPa ；相對(duì)拉伸率不小于 350％；肖氏硬度 65～ 75；最大擠壓應(yīng)力為 ～8 MPa ；剪切彈性模量 G = ；工作溫度范圍為 45℃ ～ 80℃ 。 等速萬(wàn)向節(jié) 主、從動(dòng)軸的角速度在兩軸之間的夾角變動(dòng)時(shí)仍然相等的萬(wàn)向節(jié)，稱為等角速萬(wàn)向節(jié)或等速萬(wàn)向節(jié)。 等速萬(wàn)向節(jié)的 “ 等角速 ” 工作原理，可以一對(duì)大小相同的圓錐齒輪傳動(dòng)為例來(lái)說(shuō)明。如圖 所 13 (a) 球面對(duì)中機(jī)構(gòu)的環(huán)形撓性萬(wàn)向節(jié)； (b)六角形撓性萬(wàn)向節(jié)； (c)橡膠 — 金屬套筒結(jié)構(gòu)的撓性萬(wàn)向節(jié)； (d) 組合型橡膠元件； (e)盤(pán)形橡膠元件 圖 撓性萬(wàn)向節(jié)及其橡膠元件的典型結(jié)構(gòu) 示，兩齒輪的軸線交角為 ? ，這兩個(gè)齒輪輪齒的接 觸 點(diǎn) P 位于軸間夾角的平分線上 。 由點(diǎn) P 到兩軸線 的 垂直距離相等并等于 0r 在 P 點(diǎn)處兩齒輪的圓周速 度是相等的，因而兩齒輪的角