传动轴设计及应用PPT幻灯片53页PPT

• 准等速万向节：是指输入轴和输出轴以近似等速传递运动 的万向节。双联式万向节、凸块式万向节和三销轴式万向 节等为准等速万向节。主要用于转向驱动桥。
• 等速万向节：等速万向节是指输入轴和输出轴以等速传递 运动的万向节。球笼式万向节和球叉式万向节等为等速万 向节。主要用于轿车和驱动桥。 • 挠性万向节：挠性万向节依靠其中弹性零件的弹性变形来 保证在相交两轴间传动时不发生干涉。它能减小传动系的 扭转振动、动载荷和噪声，结构简单，使用中不需润滑， 一般用于两轴间夹角不大和很小轴向位移的万向传动场合。
传动轴的动平衡
• 传动轴总成不平衡是传动系弯曲振动的一个激 励源，当高速旋转时，将产生明显的振动和噪 声。所以传动轴装配后必须100％进行动平衡 检验，并在传动轴两端焊平衡片校正不平衡量， 其剩余不平衡量不应低于GB 9293中规定的G40 平衡品质等级。 • 影响传动轴动平衡品质的因素： 1、万向节十字轴的轴向间隙； 2、传动轴滑动花键副中的间隙； 3、传动轴总成两端连接处定心精度； 4、高速回转时传动轴的弹性变形。
传动轴额定载荷的确定
• • 传动轴的额定载荷是根据车型的配置参数计算出来的。先按发动机最大扭矩 计算，再按车轮的最大附着力计算，取二者中的小值作为额定扭矩。 1、按发动机最大扭矩计算： Mg=Memax×ik1×ip1/n 式中 Mg—按发动机最大扭矩计算时传动轴承受的扭矩，N.m Memax—发动机最大扭矩，N.m ik1 —变速箱一档速比 ip1 —分动箱低档速比 n —使用分动器低档时的驱动轴数目 2、按车轮最大附着力计算： Mφmax=G×rk×ψ/io 式中 Mφmax—按附着力计算时传动轴承受的扭矩，N.m G—满载时驱动轴上的载荷，N rk —车轮的滚动半径，m ψ —轮胎与地面的附着系数（在良好的沥青路面上取0.8） io —减速器速比

3）将传动轴做成空心的（无缝钢管或1.5～3mm厚的 薄钢板卷焊）
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提高传动轴动平衡的方法
传动轴两端点焊平衡片
❖扭转强度 应保证有足够的扭转强度, 轴管的扭转切应力应满足
c
16 DcT1
( Dc4
d
4 c
)
c
300 MPa
36
37
38
2n
按驱动轮打滑 来确定
按日常平均使 用转矩来确定
TSS1
G2m2 i0imm
rr
TSF1
Ft rr i0immn
TSS2
G1m1 rr 2i m m
TSF 2
Ft rr 2i mm n
静强度计算时, 计算载荷TS取TSe1和TSS1 （或TSe2和TSS2 ）的较小 值；
进行疲劳寿命计算时, 计算载荷TS取TSF1或TSF2。
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十字轴万向节构造
• 万向节叉 十字轴、套筒、轴承盖
万向节叉
套筒
十字轴
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速度特性
当叉轴1以等角速度
1旋转，A点的瞬
时线速度可求:
A= 1r=
2rcos
2> 1
当叉轴1转过900后，
B点的瞬时线速度可
求:
B= 1rcos =
2r
2<
1
不等速性
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不等速性曲线图
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准等速万向节
2.双联式万向节
0
1
f
d1 r
2 tan
( 25时)
❖通常约为97%～99％
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三、球笼式万向节设计
Rzeppa型球笼式万向节设计
假定六个传力钢球均匀受载，则钢球的直径 可按下列经验公式确定:

挠性万向节(Flexible universal joint) ：靠弹性零件传递动力，具有缓冲减振作用。
第二节 万向节结构方案分析 一、十字轴式万向节(Hooke's universal joint)
▪结构：
万向节叉(Yoke) 十字轴(Spider) 滚针(Needle roller) 、套筒(Sleeve) 、 油封(Oil seal) 、轴承盖(Bearing cap) 注油嘴(Injection nozzle)、 安全阀(溢流阀(Relief valve))
双十字轴万向节的等速传动条件（1=2）
Constant velocity requirements of double Hooke's universal joint
问题：汽车变速箱输出轴与驱动桥 主减速器输入轴的轴线相对位置是 否平行？(Is the gearbox output shaft parallel to the final drive input shaft?)
双十字轴万向节的准等速万向传动 (Quasi-constant velocity universal drive of the double Hooke's universal joint)
▪双联式准等速万向节(Dual-quasi-constant velocity universal joint)
Clutch
Transmission
Universal joint
Drive axle Differential
Axle
Propeller shaft Final drive
组成：万向节、传动轴、
中间支承
Components : Universal joints, Propeller shaft, Intermediate support

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传动轴花键，以往大 多采用矩形花键，目前渐 开线花键的应用越来越普 遍。渐开线花键具有齿面 接触好、自动定心、强度 高、寿命长、加工成本低 等优点。滑动花键按在传 动轴中的位置分，有内侧 滑动和外侧滑动两种结构。 按结构形式分，有滑动叉 结构和花键轴叉结构。为 了减小滑动花键的轴向滑 动阻力和磨损，有时对花 键齿进行尼龙涂敷处理。
• 不等速万向节(卡当或虎克万向节）：十字轴万向节为不等速
万向节。对于单万向节传动，当主动轴等速旋转时，从动轴的
转速时快时慢，这就是十字轴万向节的不等速性。不等速性与
两轴夹角有关，夹角越大，不等速性越严重，从而引起动力总
成支承和悬架弹性元件的摆动，引起变速箱和后桥齿轮的冲击
噪声。一般要求，当万向节工作夹角大于3°时，夹角（度）
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传动轴的动平衡
• 传动轴总成不平衡是传动系弯曲振动的一个激 励源，当高速旋转时，将产生明显的振动和噪 声。所以传动轴装配后必须100％进行动平衡 检验，并在传动轴两端焊平衡片校正不平衡量， 其剩余不平衡量不应低于GB 9293中规定的G40 平衡品质等级。
渐开线花键应力的计算方法与矩形花键相似，只是计算的作用面是按其工作面的投影 进行。
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传动轴连接螺栓的计算
• 连接螺栓的强度校核：
•
拉应力：σ= 4 P
π d2
•
剪切应力： τ= 4 M max
π nr d 2
•
挤压应力： σ挤=
M max nr dL
• 式中： n－螺栓数量 d－螺栓小径， mm L－突缘叉法兰厚度， mm r－突缘叉螺栓分布圆半径， mm P－每个螺栓承受的拉力，N（P=Mmax·f/n·r ） f－花键副的摩擦系数

ma g 1 ( 16 0 . 195 ) 100 Te max 性能系数计算公式： f = j 0 m g 当0.195 a 16时 Te max m g 当0.195 a 16时 Te max
k—液力变矩器变矩系数； k = [(k0 -1) / 2] 1 k0为最大变矩系数 —发动机到万向传动轴之间的传动效率； iⅠ—变速器一挡传动比； n 与i f选取表 n—计算驱动桥数； 高挡传动比ifg与 车型 if n i f —分动器传动比； 低挡传动比ifd关系 i0 —主减速器传动比； i fg i fd 2 ifg 1 i m—主减速器从动齿轮到车轮 4 ×4 i i 2 之间传动比； fg fd ifd 2 m—主减速器主动齿轮到车轮 i 2i 3
2 cos2 2 1 求导： = cos2 cosa 1 1 1
得运动关系：
2 cosa = 1 1 - sin 2 a cos2 1
(5 - 1)
讨论：假定a不变，则2/1仅与cos2φ1有关！
当φ1=0°、180 ° 、360 °时,cos φ1=1 当φ1=90°、270 ° 时,cos φ1=0
2 max - 2 min k= = sin a tana 1
(5 - 2)
返 回
T 由功率相等 2 = 1 T1 2
2.
力矩关系
1 - sin 2 a cos2 1 T2 = T1 cosa
(5 - 3)
讨论：

设T1=常数，则T2随1/2变化： T1 T2 max = （φ1=90°、270 ° 时） cos a （φ1=0°、180 ° 、360 °时）
2.
计算载荷Ts的确定

红旗M6传动轴
FAW Car Co.,Ltd M6固定节各零件的货源
外星轮、内星轮、球笼和实轴是由SDS自制 夹箍、齿圈和钢球国内采购 护套、油脂和卡紧环从国外进口
红旗M6传动轴
FAW Car Co.,Ltd
护套
▪
实轴
M6---AAR2600i 改进型移动节
护套夹箍 滚轮总成
三销轴叉
卡簧
三销轴
护套夹箍
FAW Car Co.,Ltd
移动节端各组成零件的功能(二)
夹箍: 此零件的主要功能是固定护套,确保万向节内的油脂不从夹箍固定处 泄漏. 护套: 它的主要功能是能随万向节任意转动并使护套内的油脂不泄漏. 实轴:把扭矩和运动从万向节的一端传递到另一端. 卡簧: 确保三销节总成与实轴的连接. 油脂: 润滑万向节,降低磨损,从而提高万向节的寿命.
红旗M6传动轴
FAW Car Co.,Ltd 前轮驱动
M6等速万向节传动轴是属于前传动轴，传动轴的主要功能是能万向 传递运动和扭矩。
红旗M6传动轴
FAW Car Co.,Ltd 小红旗传动轴结构
RF95节
+ 实轴 +
（固定节）
红旗M6传动轴
VL107节 （移动节）
FAW Car Co.,Ltd M6传动轴结构
红旗M6传动轴
FAW Car Co.,Ltd
固定节端各组成零件的功能(二)
夹箍: 此零件的主要功能是固定护套,确保万向节内的油脂不从夹箍固定处泄 漏. 护套: 它的主要功能是能随万向节任意转动并使护套内的油脂不泄漏. 实轴:把扭矩和运动从万向节的一端传递到另一端. 卡紧环: 确保实轴与万向节的连接. 齿圈：提供信号给速度传感器 油脂:润滑万向节,降低磨损,从而提高万向节的寿命.

f
j
=
1 100
(16 -
0.195 ma g ) Te m a x
0
当0.195 ma g 16时 Te m a x
当0.195 ma g 16时 Te m a x
k—液力变矩器变矩系数； k = [(k0 -1) / 2] 1 k0为最大变矩系数
—发动机到万向传动轴之间的传动效率；
iⅠ—变速器一挡传动比；
点： 力强，效率较高，尺寸紧凑，安装方
便，精度要求高，成本较高
目前应用最为广泛的等速万向节！
伸缩型 结构简单，滚动阻力小，传动效率高
伸缩型球笼式万向节
四、挠性万向节
特 能减小传动系的扭转振动、 点：动允载许荷a=和°噪~声5°，及结很构小简轴单,
向位移,使用中不需要润滑
应用：常用作轿车三万向节传
主动轴 T1
a T2 从动轴
T2
a
T1 T2'
此时：T1'=T1sina
（T1的最大值）
当1=9 °时 ，T作用于十字轴平面，T2’必为零.
主动轴
特点：
a 从动轴
a T1
T2
T1'
此时：T1'=T1tana
（T’1的最大值）
附加弯矩值每转半转就在上述最大值与零之间变
化一次（周期为180°）
危害： 附加弯矩可引起与万向节相连机件的弯曲振动，
效率高，工作可靠，制造方便。
双联式万向节
缺点：结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。 应用： 中吨位以上的越野车
凸块式万向节
组成：主要由两个万向节叉和两个凸块组成
优点：
工作可靠，加工简单，允许所联两 轴夹角较大(可达50°)

•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
传动轴设计及应用PPT幻灯片
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
Thank you

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2、汽车传动轴管用15Ti冷轧带钢的研制 （1993）
• 用15Ti冷轧带钢试制直径89x2.5mm汽车传动轴管,取代 23.5号钢。主要是在钢中加人钛,使其形成TiC,并利用TiC, 弥散强化作用,细化晶粒,以提高钢的强度：
• （1）屈服强度可提高45MPa,屈服扭矩可提高1260N·m。 从而可减薄管壁,提高轴管使用寿命；
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三、轴管制造（首钢管厂）
• （1）原料选择
• 壁厚为4.0mm~5.0mm的轴管可选择082热轧带钢; • 壁厚在2.smm以下的轴管宜选择冷轧带钢 • 08Ti、10Ti、15Ti钢均属含钦的低合金钢。钢中加入Ti后,使晶粒细化,
提高了钢的屈服强度、抗拉强度和屈强比(约0.8)。
• （2）成型孔型设计
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• （3）108x7mm高强度厚壁管在国内首次试制成功,填补了我国重型 汽车传动轴管的空白,为重型汽车和其它行业所需的各种规格的高强度 厚壁管的生产开辟了道路,将为我厂和社会创造更好的效益。
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• （4）传动轴管精密缩径上限分析 （2000）
• 为了提高传动轴临界转速,要求提高传动轴管两端口尺寸精度,若采用 传统的无芯棒缩径工艺已无法保证制造精度。本文提出一种有芯棒精 密缩径开式挤压工艺,并应用上限理论计算方法可准确预示挤压力,合 理设计出凹模及芯棒几何尺寸。经过上限理论分析及实验,得出最佳模 角A=12°,最佳轴管外径Rf=64.2 mm,挤压前对轴管进行磷化皂化处理 最为理想。
汽车传动轴之轴管
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1
一、传动轴管简介
•
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1、传动轴组成
• 传动轴总成装在变速器和后桥之间，将变速器传来的扭矩 与旋转运动传递给后桥的主减速器。传动轴是由轴管、伸 缩套（伸缩花键)和万向节组成,分段式须加中间支承。

万向节传动的工作转速高低和引起的离心力大小，
而在长度处在最小时不顶死。
并带动球笼4使六个钢球2处于轴
笼4保持在同一平面内。
4—球笼 5—导向盘 6—分度杆
在工程机械底盘传动系统中，
十字轴式万向节传动装置各元件的材料，除铆钉用20号钢外，
这类联轴器结构紧凑，维护方便。
两轴之间距离较大，前一部件的输出轴和后一部件的输入轴又不同轴。
如采用寿整命体车约架下的轮降式至工程原机来械的的转1向/4驱。动桥中半轴和轮轴之间的连接。
设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；
传动轴的临界转速nk （r/min）为 并带动球笼4使六个钢球2处于轴
工程机械用不等速万向节
4—球笼 5—导向盘 6—分度杆
在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴。
（单个）十字轴万向节的 运动学分析简图
tan 1tan 2co s
分析a 线速度度
1
2
结论
参考
参考
tan 1tan 2co s
参考
参考
2 动力学分析
所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。 所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。 笼4保持在同一平面内。 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量的轴间滑动。 两轴之间距离较大，前一部件的输出轴和后一部件的输入轴又不同轴。 二、双十字轴万向节传动 –等速万向传动
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。
球笼
（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 节两轴之间的壳 2—钢球 3—星形套
4—球笼 5—导向盘 6—分度杆