【正文】 軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力均符合設(shè)計(jì)要求。 滾針軸承 汽車萬向節(jié)用滾針軸承的結(jié)構(gòu)型式較多，但 就滾針來說、主要有三種型式：錐頭滾針、平頭滾針及圓頭滾針。為了防止在運(yùn)輸及安裝過程中掉針。國內(nèi)的協(xié)作配套廠家大多都采用錐頭滾針。這種結(jié)構(gòu)的軸承除滾針端頭為圓錐形外，還多了一個(gè)擋針圈。并且在外圈滾道與底道之間加工出基底凹槽，滾針圓錐頭靠擋針圈及外圈基底凹槽擋住，從而避免了徑向掉針 [17]。其結(jié)構(gòu)如圖 所示： 十字軸滾針軸承中的滾針直徑通常不小于 以免被壓碎，而且尺寸差別要小，否則會(huì)加重載荷在滾針間分配的不均勻性，公差帶控制在 以內(nèi)。滾針軸承徑向間隔隙過大，承受載荷的滾針數(shù)減少，滾針有 被卡住的可能。間隙過小又有 24 可能出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住。合適的間隙為 ~,滾針軸承的周向總間隙以 ~ 為好。滾針的長度一般不超過軸頸的長度，這可使其既具有較高的承載能力，又不致因滾針過長發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中。滾針在軸向的游隙通常不應(yīng)超過 ~。 1 旋轉(zhuǎn)軸油封； 2擋針圈； 3滾針軸承帽； 4 滾針； 5油封擋圈 圖 滾針軸承剖面圖 十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足： ][1127201 jbnj LFdd ?? ????????? ?? （ ） 式中： 0d — 滾針直徑（ mm）； 1d — 十字軸軸頸直徑； bL — 滾針工作長度（ mm）， 0)~( dLL b ?? ， L 為滾針長度 (mm)； nF —合力 F 作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷（ N），由下式確定： izFFn ? （ ） 式中： i— 滾針列數(shù)； Z— 每列中的滾針數(shù) 當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在 58HRC 以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力 ][ j? 為3000~3200MPa。所設(shè)計(jì)滾針軸承的滾針列數(shù)為 i=1，每列中的滾針數(shù) z=26。將i=1,z=26， F= 代入公式 得： izFFn ? ???? 將 30?d mm， 221?d mm， 15318 ???bL mm， ?nF N 代入公式 得： 25 2 0 815 6 1 1312212721127221??????? ?????????? ??bnj LFdd? MPa ][ j?? 經(jīng)校核軸承滾針接觸應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求。 另外，應(yīng)檢查與從動(dòng)軸萬向節(jié)叉連接的滾針軸承的最大負(fù)荷 maxF ，使其不超過許用值。這一最大作用力，可按如下公式計(jì)算： 310m a xtan79][?gTbinLzdFF ?? （ ） 式中： z— 滾針數(shù)； 0d ， bL — 滾針的直徑和工作長度 (mm)； Tn — 發(fā)動(dòng)機(jī)在最大轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速； 1gi — 自發(fā)動(dòng)機(jī)至萬向節(jié)間的變速機(jī)構(gòu)的低檔傳動(dòng)比； ? — 萬向節(jié)工作夾角 將 z=26, 30?d mm, 15?bL mm, 2100?Tn r/min, ?F N 代入公式 得 : 7 3 7 06t a n91,42 1 0 01532679t a n79][331???????gTboinLzdF N os2m a x ??? ?r TFF N ][F? 經(jīng)校核滾針軸承承能承受的最大負(fù)荷符合設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)軸承滾針沿圓周無間隙布置時(shí)，滾針中心的最大分布直徑如圖 所示： (a) 滾針沿圓周無間隙布 置 (b) 滾針沿圓周間隙布置 圖 滾針布置圖 000 1 8 0sin dKZdD ???? （ ） 26 26180s in 1180s in 1 ??????ZK ????? dKD mm 式中： Z— 滾針數(shù) 當(dāng)滾針間的距離為 f 時(shí)，滾針中心分布直徑由 0D 增加到 0D? 如圖 所示： )(180s in 000 fdKZfdD ??????? （ ） 式中： f — 滾針軸承兩個(gè)滾針間的間隙 f 合適的間隙為 ~，滾針軸承的周向總間隙以 ~ 為好。當(dāng) ?f mm 時(shí)： )()(180s i n 000 ??????????? fdKZfdD mm 聯(lián)連接元件的設(shè)計(jì) 聯(lián)接螺栓 在發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)動(dòng)的汽車中，連接變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的傳動(dòng)軸是靠萬向節(jié)叉與驅(qū)動(dòng)橋或變速器的法蘭盤 組成的聯(lián)軸器來傳遞轉(zhuǎn)矩的，一般情況下，都是選用結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可傳遞較大轉(zhuǎn)矩的凸緣聯(lián)軸器。 凸緣叉按標(biāo)準(zhǔn)初選螺栓孔中心圓直徑 K=90mm，螺栓孔直徑 L=14mm，凸緣叉邊緣厚度 H=，螺栓數(shù) n=4,螺栓型號 M12，螺栓類型為鉸制孔螺栓。 由于螺栓聯(lián)接工作時(shí)即承受剪切力又承受軸向力，所以需校核抗拉強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度和抗擠壓強(qiáng)度。 抗拉強(qiáng)度可按如下公式進(jìn)行校核： ][4 2 ??? ?? dF （ ） 式中： ? — 拉應(yīng)力（ MPa）； 27 F — 單個(gè)螺栓所受軸向力， 4aFF? ； d — 螺栓最小直徑， ?d mm； ][? — 許用拉應(yīng)， ][ ?? MPa； aF — 滑動(dòng)花鍵滑動(dòng)時(shí)的磨擦力 ?aF N 將 ?F N， 12?d mm 代入公式 得： 622 ??? ??? ?dF?? MPa ][?? 經(jīng)校核螺栓的拉應(yīng)力符合要求。 抗剪強(qiáng)度按如下公式進(jìn)行校核： ][4 2 ??? ?? mdFs （ ） 式中： ? — 剪應(yīng)力； sF — 單個(gè)螺栓所受 工作剪力（ N）； d — 螺栓抗剪面直徑 (mm）； m— 螺栓抗剪面數(shù)； ][? — 螺栓的許用切應(yīng) (MPa) 單個(gè)螺栓所受工作剪力可按如下公式計(jì)算： NKTF s 9892 ???? 式中： T— 傳動(dòng)軸傳動(dòng)遞的扭矩； K— 螺栓孔中心圓直徑 將 ][ ?? MPa， m=1， 12?d mm 代入公式 得： 622 ???? ??? ?md F s?? MPa ][?? 經(jīng)校核螺栓切應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求。 抗擠壓強(qiáng)度按如下公式進(jìn)行校核： ][2 psp hdF ?? ?? （ ） 式中： sF — 單個(gè)螺栓所受工作剪力（ N）， s F =； 28 H— 螺栓桿與孔壁擠壓面的最小長度（ mm）； H=； ][ p? — 螺栓或孔壁較弱材料的許用擠壓應(yīng)力 （ MPa）， ][ ?p? MPa 將 sF =， H=， ][ ?p? MPa 代入公式 得： 94 622 ????? ?hdF sp? MPa ][?? 經(jīng)校核螺栓的抗擠壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。 萬向節(jié)叉 萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力 F 作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸軸孔中心線成 ?45 的 BB 截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲應(yīng)力 w? 和扭應(yīng)力b? 應(yīng)滿足： ][ww WFe ?? ?? （ ） ][btb WFa ?? ?? （ ） 式中： W 、 tW — 分別為截面 BB 處的抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù)，矩形截面62bhW? ， 2khbWt ? ；橢圓形截面 10/2bhW ? ， 16/2khbWt ? ； h、 b— 分別為矩形截面的高和寬或橢圓形截面的長軸和短軸； k— 與 bh/ 有關(guān)的系數(shù)，按下表 選?。? 表 系數(shù) K 的選取 h/b 10 k e— 與 十字軸軸孔中心線成 ?45 的 BB 截面到力 F 作用線的距離； a— 萬向節(jié)叉中點(diǎn)與 BB 截面相垂直平面到力 F 作用線的距離 如圖 所示； a=30mm， e=55mm， b=25， h=60mm， r=。則： ??bh ，取 ?bh ，由表 32 得 k=0 .258， F=。 B— B 剖面為矩形， 29 所以 62bhW? ， 2khbWt ? 。 彎曲應(yīng)力的許用值 ][ w? 為 50~80Mpa，扭應(yīng)力的許用值 ][b?為 80~160Mpa。 將 b=25mm、 k=0 .25 h=60mm、 e=55mm 代入公式 和 得： 622 ???? ???? bh FeWFew? Mpa ][ w?? ][ 59 622 btb MP ak hbFaWFa ?? ????? ???? ? 經(jīng)校核萬向節(jié)叉彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力均符合設(shè)計(jì)要求。 圖 萬向節(jié)叉 十字軸總成的潤滑 十字軸萬向節(jié)在工作中承受著較大的扭矩和交變負(fù)荷，其損壞形式主要是十字軸軸頸和滾針軸承的磨損、十字軸軸頸和滾針軸承碗工作面的壓痕與剝落。在車輛維護(hù)規(guī)范中規(guī)定 :滑動(dòng)叉鍵齒和中間軸承使用鈣基潤滑脂（黃油）；十字軸的滾針軸承和三橋驅(qū)動(dòng)汽車的中間軸承使用齒輪油、但在實(shí)際工作中，因十字軸的注油嘴與黃油嘴相同，有時(shí)是為了操作方便，有時(shí)是無加注設(shè)備 .很多駕駛員和保修人員便錯(cuò)誤地對十字軸滾針軸承 使用黃油潤滑，造成十字軸的早期損壞。 下面對加注黃油為什么不能起到潤滑作用進(jìn)行分析 [18]。 （ 1） 鈣基潤滑脂 (黃油 )是由稠化劑鈣和基礎(chǔ)潤滑油組成的，其結(jié)構(gòu)比較分散。如果汽車在大負(fù)荷下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較長，則油膜中的基礎(chǔ)潤滑油大部分便被分離出來，油膜也就基本不存在了 ,而且黃油在常溫下的流動(dòng)性很差，滾針在工作中又只能作原地轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，當(dāng)原有的油膜失效后難以立即形成新的油膜，致使?jié)L針軸承及十字軸呈半干摩擦或干摩擦狀態(tài)。 （ 2） 潤滑脂變質(zhì)蒸發(fā)后形成較硬的皂質(zhì)，本身不但不能起潤滑作用，而且還阻礙了滾針的滾動(dòng)，再加上萬向 節(jié)沒有溢流閥，變質(zhì)的潤滑脂既不能排出，新潤滑脂又 30 不便注入。在保養(yǎng)作業(yè)時(shí)，注入的潤滑脂并不能進(jìn)人到滾針中間，而是從安全閥中擠出來，軸承內(nèi)的潤滑脂基本上仍是第一次注入的，并且已成了變質(zhì)的皂質(zhì)。因而軸承仍得不到良好的潤滑。 （ 3） 由于黃油油膜的堅(jiān)韌程度度較差，而萬向節(jié)在工作中卻要承受較大的扭矩和交變負(fù)荷，因此在軸承中難以形成良好的油膜。 所以，十字軸萬向節(jié)的潤滑不能用黃油，而應(yīng)加注齒輪油。 齒輪油潤滑有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，齒輪油具有適當(dāng)?shù)恼扯?，形成的油膜?qiáng)度較高，潤滑油不至于因離心力而從接觸面甩掉，能形成良好的彈性動(dòng) 壓潤滑。其次齒輪油具有優(yōu)良的油性和極壓性，能保證在壓力很高的工作條件下，也能建立起邊界潤滑油膜。 綜上所述，由于軸承碗的密封性較差，齒輪油的流動(dòng)性較大，故齒輪油有可能被逐漸甩出，從而造成半干摩擦或干摩擦也會(huì)加速十字軸及滾針的磨損。所以，應(yīng)定期對萬向節(jié)加注齒輪油予以潤滑，同時(shí)注意檢查軸承碗的密封性；或者采用鋰基潤滑脂，并結(jié)合保養(yǎng)作業(yè)，分解萬向節(jié)，將舊油清理出來，重新加重注新油予以潤滑。 本章小結(jié) 本章對單個(gè)十字軸萬向節(jié)、雙十字軸萬向節(jié)、多十字軸萬向節(jié)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)和受力分析；確定了十字軸主要尺寸參數(shù)，并對十字軸軸 頸進(jìn)行了強(qiáng)度校核保證其能夠承受各種工況下的載荷；設(shè)計(jì)了聯(lián)接件的形式并對聯(lián)接螺栓和萬向節(jié)叉進(jìn)行了強(qiáng)度校核，保證了傳動(dòng)的可靠性。本章的重點(diǎn)是滾針軸承設(shè)計(jì)，在按照標(biāo)準(zhǔn)選定了滾針軸承主要尺寸后，對滾針進(jìn)行了強(qiáng)度校核。該滾針軸承突出的優(yōu)點(diǎn)是先取了雙刃口復(fù)合橡膠油封，用作徑向密封；當(dāng)向十字軸內(nèi)腔注入潤滑油時(shí)，陳油、磨損產(chǎn)物及多余的潤滑油便從橡膠油封內(nèi)圓表面與十字軸軸頸接觸處溢出，不需安裝安全閥，防塵、防水效果良好。在灰塵較多的條件下使用時(shí)，可顯著提高萬向節(jié)壽命。以及擋針圈的使用，解決了滾針軸承裝配和工作時(shí)掉針、卡針的問 題。 31 第 4章 中間支承的設(shè)計(jì) 中間支承的結(jié)構(gòu)分析與選擇 在長軸距汽車上，為了提高傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速，避免共振以及考慮整車總體布置上的需要，常將傳動(dòng)軸分段。在乘用車中，有時(shí)為了提高傳動(dòng)系的彎曲剛度，改善傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)看特性，減小噪聲，也將傳動(dòng)軸分成兩段。當(dāng)傳動(dòng)軸分段時(shí)，需加設(shè)中間支承 [19]。 中間支承能常安裝在車架橫梁上或車身底架上，以補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度方向的安裝誤差，以及車車輛行駛過程中由于彈性支承的發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車架等變形所引起的位移。目前中間支承主要有橡膠彈性中間支承和擺臂式中間支承兩種形式。橡膠彈性中間支承 在其結(jié)構(gòu)中采用單列滾子軸承，橡膠彈性元件能吸收傳動(dòng)軸的振動(dòng)，降低噪聲。這種彈性中間支承不能傳遞軸向力，它主要承受傳動(dòng)軸因不平衡、偏心等因素引起的徑向力，以及萬向節(jié)上的附加彎矩所引起的徑向力。 蜂窩軟墊式中間支承與車架橫梁相連接。單列球軸承可在軸承座內(nèi)滑動(dòng)。由于蜂窩形橡膠墊的彈性作用，能適應(yīng)上述安裝誤差和行駛中出現(xiàn)的位移。此外還可吸收振動(dòng)并減少噪聲。單列球軸承通過油嘴加入的潤滑脂來實(shí)現(xiàn)，并在球軸承兩端安裝油封加以密封。蜂窩軟墊式結(jié)構(gòu)簡單，效果良好，應(yīng)用廣泛。 雙列圓錐滾子軸承中間支承，其特點(diǎn)是雙列圓錐滾子軸承 可承受較大的軸向力，且便于調(diào)整，使用壽命長。 有的汽車采用擺式中間支承。整個(gè)中間支承通過螺栓固定在支架和車架橫梁上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)軸向竄動(dòng)時(shí)，擺臂可繞支承軸擺動(dòng)，適應(yīng)中間傳動(dòng)軸的軸線在縱向平面的位置變化，改善了軸承的受力狀況。此外橡膠襯套能適應(yīng)傳動(dòng)軸軸線在橫向平面內(nèi)少量的位置變化。 綜上所述，由于本設(shè)計(jì)適用車型 CA1041 載重小，行駛時(shí)傳動(dòng)軸承受沖擊載荷小，而 擺動(dòng)式中間支承具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、制造容易、維修保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)選用擺動(dòng)式中間支承，其結(jié)構(gòu)如圖 。 單列深溝球軸承套裝在中間傳動(dòng)軸上，內(nèi)圈由凸 緣叉和軸肩軸向定位，外圈由兩個(gè)卡環(huán)固定在軸承座孔上使之不能在軸向滑動(dòng)。兩個(gè)支承銷管由兩個(gè)擋圈通過銷聯(lián)接在一起；銷管分別與軸承座和支架焊接，支架由螺栓固定在車架橫梁上。 由于擺動(dòng)式中間支承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，作用在軸承上的軸向力和徑向力都較小，故選用單列深溝球軸承。中間傳動(dòng)軸花鍵大徑 D=40mm，所以取軸承內(nèi)徑 d=45mm,初選 32 軸承外徑 D=85mm，軸承寬度 B=19mm。選定軸承型號后需對其使用壽命進(jìn)行校核。 圖 擺動(dòng)式中間支承 軸承的選取 由機(jī) 械設(shè)計(jì)手冊查得：對于每日 8 小時(shí)工作的機(jī)械（利用率不高），預(yù)期使用壽命 hL =12021~2021h； 每日 8 小時(shí)工作（利用率較高），預(yù)期使壽命 hL =20210~30000h。取預(yù)期使用壽命 [ hL ]=20210h 計(jì)算 [20]。 計(jì)算公式（以小時(shí)數(shù)表示）如下： ???????? PCfnL th 60106 （ ） 式中： n— 軸承轉(zhuǎn)速（ r/min），取 n=2500r/min； ε— 壽命指數(shù)，對球軸承 3?? ； C— 基本額定動(dòng)載荷， C=20500N； P— 當(dāng)量動(dòng)載荷； Ft— 溫度系數(shù)，工作溫 ?? ct 120 時(shí)， 1?tf 當(dāng)量動(dòng)載荷 P 的一般計(jì)算公式為： )( arp YFXFfP ?? （ ） 式中： Pf — 考慮載荷性質(zhì)引 入的載荷系數(shù)，取 ?Pf ； 33 X、 Y— 徑向，軸向載荷系數(shù)； rF — 軸承徑向載荷； aF — 軸承軸向載荷，取 500?aF N 軸承徑向載荷可按如下公式計(jì)算： 5001507s i n3030s i n ???????? GFF r ? N （ ） 式中： F— 滑動(dòng)花鍵滑動(dòng)時(shí)的阻力， F=3030N； a— 傳動(dòng)軸工作時(shí)兩萬向節(jié)的夾角； G? — 傳動(dòng)軸重力作用在軸承上的分力 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得： X=， Y=。將 ?Pf ， X=， Y=， 500?rF N，500?aF N 代入公式 得： 5 1 0)(3)( ???????? arp YFXFfP N 將 n=2500r/min， 3?? ， 1?tf ， C=20500N， NP ? 代入公式 得： ][27 15 1(h ) 1020 50 0125 0060 106010 66 hth LP CfnL ???????? ?????????? ? 經(jīng)計(jì)算軸承壽命符合設(shè)計(jì)要求。 另外，還應(yīng)考慮中間支承的固有頻率，計(jì)算公式如下： mCf R?210 ? （ ） 式中： 0f — 中間支承的固有頻率（ Hz）； RC — 中間支承橡膠彈性元件的徑向剛度（ N/mm）； m— 中間支承懸置質(zhì)量（ Kg），等于傳動(dòng)軸落 在中間支承上的一部分質(zhì)