【正文】 所設(shè)計滾針軸承的滾針列數(shù)為 i=1，每列中的滾針數(shù) z=50。 圖 滾針軸承剖面圖 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 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）； nF — 合力 F 作用下一個滾針所受的最大載荷（ N），由下式確定： izFFn ? （ ） 式中： i— 滾針列數(shù)； z— 每列中的滾針數(shù)。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。間隙 過小又有可能出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住。其結(jié)構(gòu)如圖 所示： 當軸承套的尺寸一定時，應(yīng)選用小直徑滾針配用較粗的軸頸，同時增加滾針數(shù)目，以降低滾針與軸頸間的接觸應(yīng)力， 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，否則會加重載荷在滾針間分配的不均勻性，公差帶控制在 以內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的軸承除滾針端頭為圓錐形外，還多了一個擋針圈。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。軸承以總成方式把萬向節(jié)叉連接起來，軸承套用鋼制作，其硬度大于 HRC60。 3～ 48HRC。 8～64HRC,軸頸端面硬度不低于 錯誤 !未找到引用源。 等低碳合金鋼，軸頸表面進行滲碳淬火處理，滲碳層深度為 錯誤 !未找到引用源。 0CrMnTi 、 20Cr錯誤 !未找到引用源。 將 451?d mm， 62?d mm， 152??hs mm， F= 代入公式 、 得： 52)645( 1 4 3 14532)( 32 442414 1 ?? ?????? dd Fsdw ?? MPa ][ w?? )645( 1 4 3 14)( 4 222212 ?????? dd F?? MPa ][?? 經(jīng)校核十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力均符合設(shè)計要求。將數(shù)據(jù)代入公式 得： Nr TF 1 4 3 120c o 3 9 8 7 4 0 0c o s2 ?????? ? 表 推薦選用十字軸尺寸 （ mm） 載重 質(zhì)量 (t) 十 字 軸 總 成 錯誤 !未找到引用源。 設(shè)作用于十字軸軸頸中點的力為 F 如圖 所示 ： ?cos2r TF ? () 式中： T— 萬向傳動軸計算轉(zhuǎn)矩； r— 合力 F 作用線到十字軸中心之間的距離； ? — 主、從動叉軸的最大夾角。一般情況下，當磨損或壓痕超過 時便應(yīng)報廢。 十字軸 根據(jù)該設(shè)計車型載質(zhì)量 m =8t，按表 初選十字軸長 H=165mm，軸頸直頸 451?d mm,h=30mm, 371?h mm,十字軸油孔直徑 60?d mm,平均作用力到校核應(yīng)力處的距離 29 s=15mm,合力 F作用線到 十字軸中心之間的距離 r=,滾針直徑 30?d mm，滾針長度 L =24mm，滾針數(shù) n =50，滾針軸承帽外徑 D =。對于乘用車， 2212 /3 5 0 sra de ??? ；對于商用車， 2212 /6 0 0 sra de ??? 。因此，在設(shè)計多萬向節(jié)傳動時，應(yīng)該讓當量夾角 e? 不大于 ?3 。 為使多萬向節(jié)傳動的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn)，應(yīng)使 0?e? 。 假如多萬向節(jié)傳 動和各軸軸線均在同一平面，且各傳動軸兩端萬向節(jié)叉平面之間的夾角為零或 π/2，則當量夾角 e? 為 ????? 322212 ???? e () 式 中， α α α3 等為各萬向節(jié)的夾角。 （ a) Z型布布置示意圖 （ b) Z型布置時的彎矩圖 （ c) W型布置示意圖 （ d) W型布置時的彎矩圖 F 圖 附加彎矩對傳動軸的 作用 多十字軸萬向節(jié)傳動 多萬向節(jié)傳動的從動叉相對主動叉的轉(zhuǎn)角差為： )(2s in4 12 ???? ??? e （ ） 式中： e? — 多萬向節(jié)傳動的當量夾角； θ— 主動叉的初相位角； 1? — 主動軸轉(zhuǎn)角。當輸入軸與輸出軸的軸線相交時如圖 ，傳動軸兩端萬向節(jié)叉上所受附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖 27 中雙點劃線的彈性彎曲，因此對兩端的十字軸產(chǎn)生大小相等、方向相反的徑向力。 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。 雙十字軸萬向節(jié)傳動 當輸入軸與輸出軸之間存在夾角 α 時，單個十字軸萬向節(jié)的輸出軸相對于輸入軸是不等速旋轉(zhuǎn)的。 如果十字軸萬向節(jié)的主動叉軸轉(zhuǎn)速不變，則從動叉軸周期地加速、減速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的慣性力矩為： 222 ?JT G ? （ ） 式中， J2— 從動叉軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量； ε2— 從動叉軸的角加速度，可通過對式 求導(dǎo)得出： )c o ss in1( 2s ins inc o s 122 12212 ?? ????? ?? （ ） 可見，當輸入軸轉(zhuǎn)速很高，且輸入、輸出軸之間夾角較大時，由于從動叉軸旋轉(zhuǎn)的不均勻加劇所 產(chǎn)生的慣性力矩，可能會超過結(jié)構(gòu)許用值。在從動軸支承和萬向節(jié)上造成大小相等、方向相反的側(cè)向載荷為： ??costan212 LTF c ? （ ） 附加彎矩可引起與萬向節(jié)相連零部件的彎曲振動，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，使傳動軸產(chǎn)生附加應(yīng)力和變形，從而降低傳動軸的疲勞強度。與此方向相反的反作用力矩則由主動叉軸的支承承受。 （ a) 01?? 或π時 （ b) 1? ＝π /2或 2/3? 圖 十字軸萬向節(jié)的力矩平衡 分析可知，附加彎矩1T?、2T?的大小是在零與上述兩面最大值之間變化，變化周期為 π，即每一轉(zhuǎn)變化再次。這樣，從動叉上的附加彎矩2T?= T1sinα。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矩2T?在這四個力矩的作用下，使十字軸萬向節(jié)得以平衡。在不計萬向節(jié)慣性力矩時，主、從動叉軸上的轉(zhuǎn)矩 T1 、 T2 和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矩。當 T1 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。因此，當主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動時快、時慢，此即為普通十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性。 由于 1cos? 是周期為 2π的周期函數(shù)，所以 21/?? 也為同周期的周期函數(shù)。 主動叉在水平位置，并且十字軸平面與從動軸垂直。 不大于 離合器與變速 器；變速器與分動器（相聯(lián)總成均裝在車架上） 1～ 3 驅(qū)動橋 傳動軸 汽車滿載 靜止時 一般汽車 6 越野汽車 12 行駛中 極限夾角 一般汽車 15～ 20 短軸距越野汽車 30 十字軸式萬向節(jié)傳動不等速性分析 單個十字軸式萬向節(jié)在輸入軸和輸出軸之間有夾角的情況下，其兩軸的角速度是不相等的。當夾角由 ?4 增至于 ?16 時，萬向節(jié)中的滾針軸承壽命將下降到原來壽命的 1/4。在灰塵較多的條件下使用時，可顯著提高萬向節(jié)壽命。在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙刃口復(fù)合油封中反裝的單刃口橡膠油封，用作徑向密封；另一雙刃口橡膠油封用作端面密封。 滾針軸承的潤滑和密封好壞直接影響十字軸萬向節(jié)的使用壽命。 這種結(jié)構(gòu)軸向定位可靠，十字軸軸向竄動小，但拆裝不方便。這種結(jié)構(gòu)具有拆裝方便、使用可靠的優(yōu)點，但加工藝復(fù)雜。它們具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、零件少和質(zhì)量小的優(yōu)點。有時將彈性蓋板點焊于軸承座底部，裝配后，彈性蓋板對軸承座底部有一定的預(yù)壓力，用來防止高速轉(zhuǎn)動時由于離心力作用，在十字軸端面與軸承座底之間出 現(xiàn)間隙而引起十字軸軸向竄動，并避免了由于這種竄動所造成的傳動軸動平衡狀態(tài)的破壞。 最普通的蓋板式軸承軸向定位結(jié)構(gòu)是用螺栓和蓋板將套筒固定在萬向節(jié)叉上，并用鎖片將螺栓鎖緊。這樣，當主動軸轉(zhuǎn)動時，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動，又可繞十字軸中心在任意方向擺動。為了減少磨擦損失、提高效率、在十字軸軸頸和萬向節(jié)間有由滾針和 套筒組成的滾針軸承。 萬向節(jié) 剛性萬向節(jié) 不等速萬向節(jié) 十字軸式 準等速萬向節(jié) 雙聯(lián)式 凸塊式 三銷軸式 球面滾輪式樣 等速萬向節(jié) 球叉式 球籠式 撓性萬向節(jié) 22 十字軸式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)方案與傳動不等速性分析 十字軸式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)方案分析 十字軸式萬向節(jié)的基本構(gòu)造，一般由一個十字軸、主動叉、從動叉、滾針軸承等組成。萬向節(jié)分類如下圖 所示： 圖 萬向節(jié)的分類 由于十字軸式萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動可靠、效率高、且制造成本低，被廣泛應(yīng)用于各類汽車的傳動系統(tǒng)中。準等速萬向節(jié)是指在設(shè)計角度下以相等的瞬時角速度傳遞運動，而在其他角度下以近似相等的瞬時角速度傳遞運動的萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)根據(jù)其運動特點又可分為不等速萬向節(jié)、準等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)三種形式。 21 第 4 章 萬向節(jié)總成的設(shè)計 萬向節(jié)類型的選擇 萬向節(jié)是轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)軸之間實現(xiàn)變角度傳遞動力的基本部件，按其在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，可分為撓性萬向節(jié)和剛性萬向節(jié)。本設(shè)計中選用了相對漸開線花鍵定心精度更高、加工更容易的矩型花鍵，這種形式提高了傳動軸高速轉(zhuǎn)動時的穩(wěn)定性，也減少了花鍵的磨擦從而提高了傳動軸整體的使用壽命。在確定了傳動軸尺寸后對其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力進行了校核，使傳動軸在各種工況以及沖載荷情況下 不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。 20 本章小結(jié) 本章完成了對中間傳動軸、主傳動軸的設(shè)計。 當花鍵的齒而硬度大于 35HRC 時，非滑動花鍵許用擠壓應(yīng)力 100~50][ ?y? MPa，取 100][ ?y? MPa。 中間傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力 y? MPa 應(yīng)滿足： ][24 00000ykkkkky NLdDdDKT ?? ??????? ??????? ??? （ ） 式中： T— 傳動軸的計算轉(zhuǎn)矩（ N h? 的計算公 式如下： 3016][ kh dT?? ? （ ） 將 mmNT 選定花鍵尺寸后，對作用在花鍵軸上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 h? (MPa)和作用在齒側(cè)的擠壓應(yīng)力 y? (MPa)進行校核。 選取中間傳動軸花鍵鍵型為矩型花鍵，主要尺寸參照表 ：初選花鍵小徑520?kd mm，大徑 600?kD mm，鍵齒數(shù) N=16，鍵寬 B=5mm。 中間傳動軸連接花鍵的 設(shè)計 由于所設(shè)計的傳動軸為兩段，為中間傳動軸和主傳動軸，所以要考慮兩段軸的連接問題。有時對于有嚴重沖擊載荷的傳動，還采用具有彈性的傳動軸。 代入公式 得： 8 9 2 7673 9 8 7 4 0 ???? rTfF a N 為了減小滑動花鍵的軸向滑動阻力和磨損，有時對花鍵齒進行磷化處理或噴涂尼龍層，有的則在花鍵槽中放入滾針、滾柱或滾珠等滾動元件，以滾動摩擦代替滑動摩擦，從而提高傳動效率。mm、 ??K 、 72?hD mm、 62?hd mm、 95?hL mm、 16?N代入公式（ ）得： 18 16952 62724 627224????????? ??????? ????????? ??????? ???NLdDdDKThhhhhy?MPa ][ y?? 經(jīng)校核主傳動軸花鍵齒側(cè)擠 壓應(yīng)力符合設(shè)計要求。 當花鍵的齒而硬度大于 35HRC 時，滑動花鍵 50~25][ ?y? MPa。 傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力 y? MPa 計算公式如下： ][24yhhhhhy NLdDdDKT ?? ??????? ??????? ??? （ ） 圖 矩形花鍵的主要形式 式中： T— 傳動軸的計算轉(zhuǎn)矩（ N 16 表 矩形花鍵基本尺寸系列 （ 摘自 GB/T 11442020） （ mm）