万向轴传动设计.ppt

万向轴传动设计
第1页，共17页，2022年，5月20日，23点49分，星期六
第四章 万向传动轴设计
第一节 概述
第二节 万向节结构方案分析
第三节 万向传动的运动和受力分析
第四节 传动轴结构Birfield型球笼式万向节（图4-3）
取消了分度杆，球形壳和星形套的滚道做
得不同心，使其圆心对称地偏离万向节中
心。这样，即使轴间夹角为0°，靠内、外
子午滚道的交叉也能将钢球定在正确位置。
当轴间夹角为0°时，内、外滚道的横断面
为椭圆形，接触点和球心的连线与过球心
的径向线成45°角，～。当受载时，钢球与滚道的接触点实际上为椭圆形接触区。这种万向节允许的工作角可达42°。由于传递转矩时六个钢球均同时参加工作，其承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便，应用较为广泛。但是滚道的制造精度高，成本较高。
图4-3 Birfield型球笼式万向节
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伸缩型球笼式万向节
伸缩型球笼式万向节（图4-4）结构与一般球笼式相近，仅仅外滚道为直槽。在传递转矩时，星形套与筒形壳可以沿轴向相对移动，故可省去其它万向传动装置的滑动花键。这不仅结构简单，而且由于轴向相对移动是通过钢球沿内、外滚道滚动实现的，所以与滑动花键相比，其滚动阻力小，传动效率高。这种万向节允许的工作最大夹角为20°。
图4-4伸缩型球笼式万向节
Rzeppa型球笼式万向节主要应用于转向驱动桥中，目前应用较少。Birfield型球笼式万向节和伸缩型球笼式万向节被广泛地应用在具有独立悬架的转向驱动桥中，在靠近转向轮一侧采用Birfield型万向节，靠近差速器一侧则采用伸缩型球笼式万向节。伸缩型万向节还被广泛地应用到断开式驱动桥中。
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第三节 万向传动的运动和受力分析
一、单十字轴万向节传动
当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角α时， 主动轴的角速度 与从动轴的角速度 之间存在如下的关系

（4-1）
由于cos 是周期为2 的周期函数，所以 也为同周期的周期函数。当 为0、 时， 达最大值 且为 ；当 为 /2、3 /2时， 有最小值 且为 。因此，当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，此即为普通十字轴万向节传动的不等速性。
十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数k来表示
（4-2）
如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩T1和从动轴转矩T2与各自相应的角速度有关系式
，这样有
（4-3）
显然，当
最小时，从动轴上的转矩为最大
；当
最大时，从动轴上的转矩为最小
。T1与
一定时，T2在其最大
值与最小值之间每一转变化两次。
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附加弯曲力偶矩的分析
具有夹角 的十字轴万向节，仅在主动轴驱动转矩和从动轴反转矩的作用下是不能平衡的。从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析可知，主动叉对十字轴的作用力偶矩，除主动轴驱动转矩T1之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩 。同理，从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩T2和作用在从动叉平面的弯曲力偶矩 。在这四个力矩作用下，使十字轴万向节得以平衡。
图4-5 十字轴万向节的力偶矩
a)
=0，
=
b)
=
/2，
=3
/2
当主动叉
处于0和
时位置时（图4
必
存在，且矢量　　垂直于矢量T2；
处于
/2和3
/2位置时
-5a），由于T1作用在十字轴平面，
为零；而T2的作用平面与十字轴不共平面，
必有
合矢量　+T2指向十字轴平面的法线方向，
与T1大小相等、方向相反。这样，从动叉
上的附加弯矩　=T1sinα。
当主动叉
（图4-5b），同理可知　=0，主
动叉上的附加弯矩　=T1tanα。
分析可知，附加弯矩的大小是在零与上述两最大值之间变化，其变化周期为 ，即每一转变化两次。附加弯矩可引起与万向节相连零部件的弯曲振动，可在万向节主、从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷，从而激起支承处的振动