【文章內(nèi)容簡介】 2左凸塊； 3右凸塊； 4右萬向節(jié)叉 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 )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 O1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(dāng)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。這種球叉式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)較簡單，可以在夾角不大于 32176?！?33176。的條件下正常工作。由于四個鋼球在單向傳動中只有兩個傳遞動力，故單位壓力較大，磨損較快。另外，這種萬向節(jié)只有在傳力鋼球與滾道之間具有一定的預(yù)緊力時，才能保證等 角速傳動。預(yù)緊力用選擇不同尺寸級別的傳力鋼球來保證。在使用中，隨著磨損的增加，預(yù)緊力逐漸減小以至消失，這時兩球叉之間便發(fā)生軸向竄動，從而破壞了 傳動的等速性，嚴(yán)重時會造成鋼球脫落。 畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 圖 球叉式萬向節(jié) a） 圓弧槽滾道型； b）直道滾道型 直槽滾道型球叉式萬向節(jié) (圖 )，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 20176。，在兩叉間 允許有一定量的軸間滑動。圓弧槽型球叉式萬向節(jié)主要應(yīng)用于輕、中型越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中。直槽型球叉式萬向節(jié)主要應(yīng)用于斷開式驅(qū)動橋中，當(dāng)半軸擺動時，用它可補(bǔ)償半軸的長度變化而省去滑動花鍵。圓弧槽型球叉式萬向節(jié)作為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的傳力構(gòu)件時，萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線應(yīng)與車橋的軸線相重合，以避免發(fā)生萬向節(jié)的擺動現(xiàn)象。為了不至于在萬向節(jié)轉(zhuǎn)角接近最大值時，放置傳力鋼球的主、從動叉的交叉槽趨于平行位置導(dǎo)致鋼球無法約束而自動散開，造成萬向節(jié)裝配關(guān)系的破壞，在設(shè)計時應(yīng)使兩叉的最大夾角大于車輪的最大轉(zhuǎn)角，同時萬向節(jié)中心應(yīng)位于轉(zhuǎn)向主銷軸線上。另 外，應(yīng)保證在萬向節(jié)處于最大轉(zhuǎn)角時，各傳力鋼球與定心鋼球之間不接觸，至少使傳力鋼球與定心鋼球在此情況下的間隙不小于 5mm，且使各鋼球與萬向節(jié)軸頭均勻地預(yù)緊在一起，使得在任意方向旋轉(zhuǎn)時能通過萬向節(jié)的兩個傳力鋼球來傳遞轉(zhuǎn)矩，避免靠一個鋼球來傳遞，從而防止產(chǎn)生過載現(xiàn)象。 2．球籠式萬向節(jié) 球籠式萬向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬向節(jié)。早期的 Rzeppa 型球籠式萬向節(jié) (圖 )是帶分度桿的，球形殼 1 的內(nèi)表面和星形套 3 的球表面上各有沿圓周均勻分布的六條同心的圓弧滾道，在它們之間裝有六個傳力鋼球 2，這些鋼球由球籠 4 保持在同一平面內(nèi)。當(dāng)萬向節(jié)兩軸之間的夾角變化時，靠比例合適的分度桿 6 撥動導(dǎo)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)畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 驗表明，當(dāng)軸間夾角較小時，分度桿是必要的；當(dāng)軸間夾角大于 11176。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)無論轉(zhuǎn)動方向如何，六個鋼球全都傳遞轉(zhuǎn)矩，可在兩軸之間的夾角達(dá) 35176?！?37176。的情況下工作。 目前結(jié)構(gòu)較為簡單、應(yīng)用較為廣泛的是 Birfield型球籠式萬向節(jié) (圖 )。它取消了分度桿，球形殼和星形套的滾道做得不同心，令其圓心對稱 地偏離萬向節(jié)中心。這樣，即使軸間夾角為 0176。，靠內(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，內(nèi)、外滾道決定的鋼球中心軌跡的夾角稍大于11176。，這是能可靠地確定鋼球正確位置的最小角度。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(dāng)受載時，鋼球與滾道的接觸點實際上為橢圓形接觸區(qū)。由于工作時球的每個方向都有機(jī)會傳遞轉(zhuǎn)矩，且由于球和球籠的配合是球 形的，因此對這種萬向節(jié)的潤滑應(yīng)給予足夠的重視。潤滑劑的使用主要取決于傳動的轉(zhuǎn)速和角度。在轉(zhuǎn)速高達(dá) 1500r／ min時，一般使用防銹油脂。若轉(zhuǎn)速和角度都較大時，則使用潤滑油。比較好的方法是采用油浴和循環(huán)油潤滑。另外，萬向節(jié)的密封裝置應(yīng)保證潤滑劑不漏出，根據(jù)傳動角度的大小采取不同形式的密封裝置。這種萬向節(jié)允許的工作角可達(dá) 42176。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(qiáng)，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。但是滾道的制造精度高，成本較高。 伸縮型球籠式萬向節(jié) (圖 )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，星形套與筒形殼可以沿軸向相對移動，故可省去其 它萬向傳動裝置中的滑動花鍵。這不僅使結(jié)構(gòu)簡單，而且由于軸向相對移動是通過鋼球沿內(nèi)、外滾道滾動實現(xiàn)的，所以與滑動花鍵相比，其滾動阻力小，傳動效率高。這種萬向節(jié)允許的工作最大夾角為 20176。 Rzeppa型球籠式萬向節(jié)以前主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中， 目前應(yīng)用較少。Birfield型球籠式萬向節(jié)和伸縮型球籠式萬向節(jié)被廣泛地應(yīng)用在具有獨立懸架的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，在靠近轉(zhuǎn)向輪一側(cè)采用 Birfield型萬向節(jié)，靠近差速器一側(cè)則采用伸縮型球籠式萬向節(jié)，以補(bǔ)償由于前輪跳動及載荷變化而引起的輪距變化。伸縮型萬向節(jié)還被廣泛地應(yīng)用到斷開 式驅(qū)動橋中。 畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 圖 球籠式萬向節(jié) a) Rzeppa 型； b） Birfield型； c）伸縮型 1 球形殼； 2鋼球； 3星型套； 4球籠； 5導(dǎo)向盤； 6分度桿 撓性萬向節(jié) 撓性萬向節(jié)依靠其中彈性元件的彈性變形來保證在相交兩軸間傳動時不發(fā)生干涉。彈性元件可以是橡膠盤、橡膠金屬套筒、鉸接塊、六角環(huán)形橡膠圈等多種形狀。盤式撓性萬向節(jié)的彈性元件通常是 4～ 12層的橡膠纖維或橡膠簾布片結(jié)構(gòu)，并用金屬零件加固。在撓性萬向節(jié)裝配時，通常使纖維層依次錯開，以便于當(dāng)撓性盤變形時，保證纖維簾布層承受最小的力。 六角環(huán)形橡膠撓性萬向節(jié)的橡膠與用鋼或鋁合金制成的金屬骨架硫化在一起。為了使橡膠與金屬可靠地結(jié)合，在硫化之前，骨架鍍一層黃銅覆蓋層。使用這種萬向節(jié)時，為了保證高速轉(zhuǎn)動時傳動軸總成有良好的動平衡，常在萬向節(jié)所連接的兩軸端部設(shè)專門機(jī)構(gòu)保證畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 對正中心。圖 。這種結(jié)構(gòu)中裝有無需潤滑的球形滑動對中軸承，如能正確選擇軸承配合，可使其內(nèi)部在裝配后具有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力。為使萬向節(jié)有必要的壽命，總是設(shè)法使其軸向位移引起的軸向力、側(cè)向位移引起的側(cè)向力和萬向節(jié)工作角引起的力矩盡可能小，使撓性萬向節(jié) 主要傳遞工作轉(zhuǎn)矩。有的結(jié)構(gòu)允許有一定的軸向變形 (圖 )。當(dāng)這種環(huán)形撓性萬向節(jié)的軸向變形量滿足使用要求時，可省去伸縮花健。 撓性萬向節(jié)能減小傳動系的扭轉(zhuǎn)振動、動載荷和噪聲，結(jié)構(gòu)簡單，使用中不需潤滑，大多數(shù)用于兩軸間夾角很小 (一般為 3176?！?5176。 )和軸向位移不大的萬向傳動場合。為了使萬向節(jié)有必要的使用壽命，總是設(shè)法使其軸向位移引起的軸向力、側(cè)向位移引起的側(cè)向力和萬向節(jié)工作角引起的力矩盡可能小，使撓性萬向節(jié)主要傳遞工作轉(zhuǎn)矩。 圖 環(huán)形繞性萬向節(jié) a）具有球面對中機(jī)構(gòu)； b）具有軸向變形 萬向 傳動的運動和受力分析 單十字軸萬向節(jié)傳動 單個十字軸萬向節(jié)不是等速萬向節(jié)，在兩軸夾角不為零的情況下，不能傳遞等角速度轉(zhuǎn)動，使主、從動軸的角速度周期性地不等。當(dāng)兩軸存在一定夾角 α 時，主動軸的角速度與從動軸的角速度之間存在如下關(guān)系： 式中， φ 1為主動軸轉(zhuǎn)角，定義為萬向節(jié)主動叉所在平面與萬向節(jié)主、從動軸所畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 在平面的夾角。 由于 cosα 是周期為 2π 的周期函數(shù)，所以 ω 2／ ω 1，也為同周期的周期函數(shù)。當(dāng) φ 1為 0、 π 時， ω 2達(dá)最大值 ω 2max。且為 ω 1／ cosα ； 當(dāng) φ 1為 π ／ 3π ／ 2時， ω 2有 最小值 ω 2min。且為 ω 1 cosα 。所以，單個十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性是指主動軸轉(zhuǎn)動是等角速度，而從動軸轉(zhuǎn)動時快時慢。 十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù) k 來表示 如不計萬向節(jié)的摩擦損失，主動軸轉(zhuǎn)矩 T1和從動軸轉(zhuǎn)矩 T2與各自相應(yīng)的角速度有關(guān)系式 T1ω 1= T2ω 2，這樣有 顯然，當(dāng) ω 2／ ω 1最小時，從動軸上的轉(zhuǎn)矩為最大 T2max=T1／ cosα ；當(dāng) ω 2／ ω 1最大時，從動軸上的轉(zhuǎn)矩為最小 T2min=T1cosα 。當(dāng) Tl與 α 一定時， T2在其最大值與最小值之間每一轉(zhuǎn)變化兩次； 具有夾角α 的十字軸萬向節(jié)，僅在主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和從動軸反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平衡的。這是因為這兩個轉(zhuǎn)矩作用在不同的平面內(nèi)，在不計萬向節(jié)慣性力矩時，它們的矢量互成一角度而不能自行封閉，此時在萬向節(jié)上必然還作用有另外的力偶矩。從萬向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動叉對十字軸的作用力偶矩，除主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 Tl之外，還有作用在主動叉平面的彎曲力偶矩Tl′。同理，從動叉對十字軸也作用有從動軸反轉(zhuǎn)矩 T2和作用在從動叉平面的彎曲力偶矩 T2′。在這四個力矩作用下，使十字軸萬向節(jié)得以平衡。 下面僅討論主動叉在兩特殊位置時，附加彎 曲力偶矩的大小及變化特點。 當(dāng)主動叉φ l 處于 0 和π 位置時 (圖 )， 由于 Tl 作用在十字軸平面，Tl′必為零；而 T2 的作用平面與十字軸不共平面，必有 T2′ 存在，且矢量 T2′ 垂直于矢量 T2；合矢量 T2′ + T2 指向十字軸平面的法線方向，與 Tl 大小相等、方向相反。這樣，從動叉上的附加彎矩 T2′ = Tl sina。當(dāng)主動叉φ l 處于π／ 2和 3π／ 2位置時 (圖 )，同理可知 T2′ =0，主動叉上的附加彎矩 Tl′ = Tl tana。 畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 圖 十字軸萬向節(jié)的力偶矩 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π ，即每一轉(zhuǎn)變化兩次。附加彎矩可引起與萬向節(jié)相連零部件的彎曲振動，可在萬向節(jié)主、從動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。因此，為了控制附加彎矩，應(yīng)避免兩軸之間的夾角過大。 雙十字軸萬向節(jié)傳動 由單十字萬向節(jié)輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速關(guān)系可以看出，當(dāng)輸入軸與輸出軸之間有一定夾角時，單十字萬向節(jié)的兩軸是不等速旋轉(zhuǎn)的，這樣給汽車傳動帶來了很大的麻煩，為了實現(xiàn)等速傳動，汽車傳動系中常采用雙萬向節(jié)傳動的設(shè)計方案 (圖)，圖中 a)、 c） 共同特點是：兩萬向節(jié)叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬向節(jié)夾角 α 1 與 α 2相等。 在雙萬向節(jié)傳動中，直接與輸入軸和輸出軸相連的萬向節(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)輸入軸與輸出軸平行時 (圖 )，直接連接傳動軸的兩萬向節(jié)叉所受的附加彎矩彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖 示的彈性彎曲，從而引起傳動軸的彎曲振動。當(dāng)輸入軸與輸出軸相交時 (圖 )，傳動軸兩端萬向節(jié)叉上所受的附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖 ，從而對兩端的十字軸產(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。 畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 圖 附加彎矩對傳動軸的作用 等速萬向節(jié)傳動 在此僅分析目前在轎車上廣泛采用的 Birfield型球籠式等速萬向節(jié)的運動情況。其等速傳動原理如圖 ，球形殼的內(nèi)表面有六條凹槽，形成外滾道；星形套外表面有相應(yīng)的六條凹槽，形成內(nèi)滾道。外滾道中心 A 與內(nèi)滾道中心 B 分別位于萬向節(jié)中心 O 的兩邊，且 OA=OB 。另外，鋼球中心 C 到 A、 B 兩點的距離也相等，保持架的內(nèi)、外球面也以萬向節(jié)中心為球心， 這樣∠ COA=∠ COB ，即兩軸相交任意交角 α 時，傳力鋼球都位于交角平分面上。此時鋼球中心到主、從動軸的距離 α 相等，從而保證了從動軸與主動軸以相等的角速度旋轉(zhuǎn)。 本次設(shè)計的貨車屬于輕型，且多用于農(nóng)村，結(jié)合在工廠看到的實物汽車，萬向節(jié)選雙十字軸萬向節(jié)。 萬向節(jié)設(shè)計 萬向傳動的計算載荷 萬向傳動軸因布置位置不同，計算載荷是不同的。計算載荷的計算方法主要有三種，見表 。 表 萬向傳動軸計算載荷 （ N m） 畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 位置 設(shè)計方法 用于變速器與驅(qū)動橋 用于轉(zhuǎn)向器驅(qū)動橋中 按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動比來確定 m ax 11 d e fse k T ki iT n ?? m ax 12 2d e fse k T ki iT n ?? 按驅(qū)動輪打滑來確定 221 0 rss mmG m rT ii ??? 112 2 rss mmGm rT i ??? 按日常平均使用轉(zhuǎn)矩來確定 1 0 trsf mmFrT i i n?? 2 2 trsf mmFrT in?? 表 ， Temax 為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； n 為計算驅(qū)動橋數(shù)，取法見表 ；i1為變速器一擋傳動比； η 為發(fā)動機(jī)到萬向傳動軸之間的傳動效率； k 為液力變矩器變矩系數(shù)， k=[(ko— 1)／ 2]十 1， ko 為最大變矩系數(shù)； G2為滿載狀