4第四章 万向传动轴设计

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1、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万向节设计第五节传动轴结构分析与设计第一节概述二、组成万向节、传动轴、中间支承功用：相对位置变化的轴间传递转矩、旋转运动一、设计要求1.保证所连接的两轴在一定的轴间夹角变化范围内，能可靠地传递动力;2.保证所连接的两轴尽可能等速运转;3.万向节产生的附加载荷振动和噪声应在允许范围内;4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造维修容易。三、万向节的应用(a)变速器与驱动桥之间(b)多轴驱动的汽车的分动器与驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间(c)发动机与变速器之间（由于车架的变形造成轴线间相互位置变化的

2、两传动部件）(d)采用独立悬架的汽车差速器之间(e)转向驱动车桥的差速器与车轮之间(f)汽车的动力输出装置和转向操纵机构中四、万向节的分类第二节万向节结构方案分析一、万向节结构方案分析①夹角由4°增至16°，滚针轴承寿命降至原来的25%②工作面为滑动摩擦∴η低，且易磨损寿命短③只有传力钢球与滚道之间有预紧力作用时，才能保证等角速传动。当磨损↑后，预紧力消失，两球叉可轴向窜动，破坏了传动等速性。二、十字轴万向节1.组成主、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件、橡胶密封件十字轴万向节结构1-套筒；2-十字轴；3-传动轴叉；4-卡环；5-轴承外圈；6-套筒叉2.滚针轴承的轴向定位方式2.

3、滚针轴承的轴向定位方式（续）※有轴向窜动将使传动轴的动平衡状态遭受破坏。三、准等速万向节双联式万向节是由两个十字轴万向节组合而成。为了保证两万向节连接的轴工作转速趋于相等，可设有分度机构。偏心十字轴双联式万向节取消了分度机构，也可确保输出轴与输入轴接近等速。双联式万向节的主要优点是允许两轴间的夹角较大（一般可达50°，偏心十字轴双联式万向节可达60°），轴承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。缺点是结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。四、等速万向节1．球叉式万向节球叉式万向节按其钢球滚道形状不同可分为圆弧槽和直槽两种形式。圆弧槽滚道型的球叉式万向节（图4-1a）由两个万向节叉、

4、四个传力钢球和一个定心钢球组成。两球叉上的圆弧槽中心线是以O1和O2为圆心而半径相等的圆，O1和O2到万向节中心O的距离相等。当万向节两轴绕定心钢球中心O转动任何角度时，传力钢球中心始终在滚道中心两圆的交点上，从而保证输出轴与输入轴等速转动。球叉式万向节结构较简单，可以在夹角不大于32°～33°的条件下正常工作。直槽滚道型球叉式万向节（图4-1b），两个球叉上的直槽与轴的中心线倾斜相同的角度，彼此对称。在两球叉间的槽中装有四个钢球。由于两球叉中的槽所处的位置是对称的，这便保证了四个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。这种万向节加工比较容易，允许的轴间夹角不超过20°，在两叉间允许有一定

5、量的轴间滑动。图4-1球叉式万向节a)圆弧槽滚道型b)直槽滚道型2．球笼式万向节球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。Rzeppa型球笼式万向节（图4-2）是带分度杆的，六个传力钢球2由球笼4保持在同一平面内。当万向节两轴之间的夹角变化时，靠比例合适的分度杆6拨动导向盘5，并带动球笼4使六个钢球2处于轴间夹角的平分面上。经验表明，当轴间夹角较小时，分度杆是必要的；当轴间夹角大于11°时，仅靠球形壳和星形套上的子午滚道的交叉也可将钢球定在正确位置。这种等速万向节可在两轴之间的夹角达到35°～37°的情况下工作。图4-2Rzeppaz型球笼式万向节1—球形壳2—钢球3—星形套4—球

6、笼5—导向盘6—分度杆Birfield型球笼式万向节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，椭圆在接触点处的曲率半径选为钢球半径的1.03～1.05倍。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°。图4-3Birfield型球笼式万向节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，

7、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。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