萬向節(jié)傳動(dòng)及效率

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1、 一、萬向傳動(dòng)的計(jì)算載荷 萬向傳動(dòng)軸因布置位置不同，計(jì)算載荷是不同的。計(jì)算載荷的計(jì)算方法主要有三種，見表4—1。 表4—1 萬向傳動(dòng)軸計(jì)算載荷 (Nm) ＼＼＼位 置 計(jì)算方法＼＼＼ 用于變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間 用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和—擋傳動(dòng)比來確定 按驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；n 為計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，取法見表4—2；i1為變速器一擋傳動(dòng)比；η

2、為發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷(N)；m2′為汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)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(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或?yàn)r青路面上，φ 可取0．85，對(duì)于安裝防側(cè)滑輪胎的轎車，φ 可取1．25，對(duì)于越野車，φ 值變化較大，一般取1；rr為車輪滾動(dòng)半徑(m)；i。為主減速器傳動(dòng)化；im 為主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比；ηm為主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率；G1 為滿載狀

3、態(tài)下轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷(N)；m1′ 為汽車最大加速度時(shí)的前軸負(fù)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(dòng)器傳動(dòng)比，取法見表4—2：kd 為猛接離介器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，對(duì)于液力自動(dòng)變速器，kd=1 對(duì)于具有手動(dòng)操縱的機(jī)械變速器的高性能賽車，kd= 3，對(duì)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(duì)于 fi>0 的汽車，kd=2 或由經(jīng)驗(yàn)選定。性能系數(shù)由下式計(jì)算 當(dāng)時(shí) fj= 0 當(dāng)時(shí) 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(dòng)比ifg與低擋傳動(dòng)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(duì)萬向傳動(dòng)軸進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，計(jì)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(duì)萬向傳動(dòng)軸進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷 TS 取TsFl或TsF2。 二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 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(shí)，十字軸萬向節(jié)便應(yīng)報(bào)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(jì)十字軸萬向節(jié)時(shí)，應(yīng)保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度。 設(shè)各滾針對(duì)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(dòng)的計(jì)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(dòng)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(huì)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(shí)，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(shí)，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(zhǎng)度一般不超過軸頸的長(zhǎng)度，使其既有較高的承載能力，又不致因滾針過長(zhǎng)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(zhǎng)度(mm)；Fn為在合力 F 作用下一個(gè)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(shí)，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(duì)此處進(jìn)行強(qiáng)度校核。 十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)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(rùn)滑條件等有關(guān)。當(dāng) α ≤25時(shí)可按下式計(jì)算 (4—11) 式中 η0 為十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)效率；f 為軸頸與萬向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)軸承：f=0．15～0．20，滾針軸承：f=0．05～0．10；其它符號(hào)意義同前。 通常情況下，十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)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(jìn)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(jì) 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(diǎn)蝕。在特殊情況下，因熱處理不妥、潤(rùn)滑不良或溫度過高等，也會(huì)造成磨損而損壞。由于星形套滾道接觸點(diǎn)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(jì)算較復(fù)雜，目前還沒有統(tǒng)一的計(jì)算方法。 假定球籠式萬

11、向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)六個(gè)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(jì)算轉(zhuǎn)矩(Nm)，TS = min[Tse，Tss]。 計(jì)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(zhǎng)度 L=(1．33～1．80)d (普通型取下限，長(zhǎng)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(zhǎng)度 L1=2．4d 中心偏移角 δ≥6