萬向節(jié)傳動及效率

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1、 一、萬向傳動的計算載荷 萬向傳動軸因布置位置不同，計算載荷是不同的。計算載荷的計算方法主要有三種，見表4—1。 表4—1 萬向傳動軸計算載荷 (Nm) ＼＼＼位 置 計算方法＼＼＼ 用于變速器與驅(qū)動橋之間 用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和—擋傳動比來確定 按驅(qū)動輪打滑來確定 按日常平均使用轉(zhuǎn)矩來確定 表4—1各式中，Temax 為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；n 為計算驅(qū)動橋數(shù)，取法見表4—2；i1為變速器一擋傳動比；η

2、為發(fā)動機到萬向傳動軸之間的傳動效率；k 為液力變矩器變矩系數(shù)，k=[(ko—1)／2]十1，ko 為最大變矩系數(shù)；G2為滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷(N)；m2′為汽車最大加速度時的后軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m2′=1．2～1．4，貨車：m2′=1．1～1．2；φ 為輪胎與路面間的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或瀝青路面上，φ 可取0．85，對于安裝防側(cè)滑輪胎的轎車，φ 可取1．25，對于越野車，φ 值變化較大，一般取1；rr為車輪滾動半徑(m)；i。為主減速器傳動化；im 為主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比；ηm為主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率；G1 為滿載狀

3、態(tài)下轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋上的靜載荷(N)；m1′ 為汽車最大加速度時的前軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m1′ =0．80～0．85，貨車：m1′ =0．75—0．90；F1 為日常汽車行駛平均牽引力(N)；if 為分動器傳動比，取法見表4—2：kd 為猛接離介器所產(chǎn)生的動載系數(shù)，對于液力自動變速器，kd=1 對于具有手動操縱的機械變速器的高性能賽車，kd= 3，對于性能系數(shù) fi=0 的汽車(一般貨車、礦用汽車和越野車)，kd=1，對于 fi>0 的汽車，kd=2 或由經(jīng)驗選定。性能系數(shù)由下式計算 當(dāng)時 fj= 0 當(dāng)時 式中，ma為汽車滿載質(zhì)

4、量(若有掛車，則要加上掛車質(zhì)量)(kg)。 表4—2 n 與 if 選取表 車 型 高擋傳動比ifg與低擋傳動比ifd關(guān)系 if n 4 X 4 ifg> ifd/2 ifg 1 ifg < ifd/2 ifd 2 6 X 6 ifg/2 > ifd/3 ifg 2 ifg/2 < ifd/3 ifd 3 對萬向傳動軸進行靜強度計算時，計算載荷 TS 取 Tsel 和 Tssl 的最小值，或取Tse2和 Tse2 的最小值，即 TS =min[Tsel，Tssl]或 TS = min[Tse2，Tse2]，安全系數(shù)一般取2．5

5、～3．0。當(dāng)對萬向傳動軸進行疲勞壽命計算時，計算載荷 TS 取TsFl或TsF2。 二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計 十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要有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表面出現(xiàn)壓痕和剝落。一般情況下，當(dāng)磨損或壓痕超過0．15mm時，十字軸萬向節(jié)便應(yīng)報廢。十字軸的主要失效形式是軸頸根部處的斷裂，所以在設(shè)計十字軸萬向節(jié)時，應(yīng)保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強度。 設(shè)各滾針對十字軸軸頸作用力的合力為F(圖4—11)，則 (4—6) 式中，TS 為萬向傳動的計算轉(zhuǎn)矩， TS =

6、min[Tse，Tss]min；r 為合力 F 作用線到十字軸中心之間的距離；α 為萬向傳動的最大夾角。 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力 σw 應(yīng)滿足 (4—7) 式中，d1 為十字軸軸頸直徑；d2 為十字軸油道孔直徑；s 為合力 F 作用線到軸頸根部的距離；[σw]為彎曲應(yīng)力許用值，為250～350MPa。 十字軸軸頸的切應(yīng)力 τ 應(yīng)滿足 (4—8) 式中，[τ]為切應(yīng)力 τ 許用值，為80～120MPa。 滾針軸承中的滾針直徑一般不小于1．6

7、mm，以免壓碎，而且差別要小，否則會加重載荷在滾針間分配的不均勻性，一般控制在0．003mm以內(nèi)。滾針軸承徑向間隙過大時，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；而間隙過小時，有可能出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住，合適的間隙為0．009～0．095mm，滾針軸承的周向總間隙以0．08～0．30mm為好。滾針的長度一般不超過軸頸的長度，使其既有較高的承載能力，又不致因滾針過長發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中。滾針在軸向的游隙一般不應(yīng)超過0．2～0．4mm。 滾針軸承的接觸應(yīng)力為 (4—9) 式中，η0為滾針直徑(m

8、m)；Lb為滾針工作長度(mm)；Fn為在合力 F 作用下一個滾針?biāo)艿淖畲筝d荷(N)，由式(4—10)確定 (4—10) 式中，i為滾針列數(shù)；z為每列中的滾針數(shù)。 當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在 58HRC 以上時，許用接觸應(yīng)力為3000～3200MPa。 萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承。在萬向節(jié)工作過程中產(chǎn)生支承反力，叉體受到彎曲和剪切，一般在與十字軸軸孔中心線成45的某一截面上的應(yīng)力最大，所以也應(yīng)對此處進行強度校核。 十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角 α

9、、十字軸支承結(jié)構(gòu)和材料、加工和裝配精度以及潤滑條件等有關(guān)。當(dāng) α ≤25時可按下式計算 (4—11) 式中 η0 為十字軸萬向節(jié)傳動效率；f 為軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動軸承：f=0．15～0．20，滾針軸承：f=0．05～0．10；其它符號意義同前。 通常情況下，十字軸萬向節(jié)傳動效率約為97％～99％。 十字軸常用材料為20CrMnTi、20Cr、20MnVB等低碳合金鋼，軸頸表面進行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0．8～1．2mm，表面硬度為58～64HRC，軸頸端面硬度不低于55HR

10、C，芯部硬度為33～48HRC。萬向節(jié)叉一般采用40或45中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為18～33HRC，滾針軸承碗材料一般采用GCrl5。 三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計 球籠式萬向節(jié)的失效形式主要是鋼球與接觸滾道表面的疲勞點蝕。在特殊情況下，因熱處理不妥、潤滑不良或溫度過高等，也會造成磨損而損壞。由于星形套滾道接觸點的縱向曲率半徑小于外半軸滾道的縱向曲率半徑，所以前者上的接觸橢圓比后者上的要小，即前者的接觸應(yīng)力大于后者。因此，應(yīng)控制鋼球與星形套滾道表面的接觸應(yīng)力，并以此來確定萬向節(jié)的承載能力。不過，由于影響接觸應(yīng)力的因素較多，計算較復(fù)雜，目前還沒有統(tǒng)一的計算方法。 假定球籠式萬

11、向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩時六個傳力鋼球均勻受載，則鋼球的直徑可按下式確定 (4—12) 式中，d為傳力鋼球直徑(mm)；Ts 為萬向節(jié)的計算轉(zhuǎn)矩(Nm)，TS = min[Tse，Tss]。 計算所得的鋼球直徑應(yīng)圓整并取最接近標(biāo)準(zhǔn)的直徑。鋼球的標(biāo)準(zhǔn)直徑可參考GB7549—87。 當(dāng)球籠式萬向節(jié)中鋼球的直徑 d 確定后，其中的球籠、星形套等零件及有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸可參見圖4—12按如下關(guān)系確定： 鋼球中心分布圓半徑 R=1．71d 星形套寬度 B=1．8d 球籠寬度 B1=1．8d 星形套滾道底徑 Dl=2．5d 萬向節(jié)外徑 D=4．9d 球籠厚度 b=0．185d 球籠槽寬度 b1=d 球籠槽長度 L=(1．33～1．80)d (普通型取下限，長型取上限) 滾道中心偏移距 h=0．18d 軸頸直徑 d′ ≥1．4d 星形套花鍵外徑 D2≥1．55d 球形殼外滾道長度 L1=2．4d 中心偏移角 δ≥6