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1、第六章传动轴与万向节万向节与传动轴万向节与传动轴1 12022/10/72022/10/7第1页，本讲稿共34页万向节传动装置万向节传动装置功用：功用：在轴间夹角和轴的相互位置经常在轴间夹角和轴的相互位置经常发生变化的转轴之间继续传递动力。发生变化的转轴之间继续传递动力。组成：组成：万向节万向节 传动轴传动轴 中间支承中间支承万向节中间支承主传动轴中间传动轴驱动桥第2页，本讲稿共34页万向节传动装置工作演示万向节传动装置工作演示第3页，本讲稿共34页应用：应用：1 1）变速器与驱动桥之间）变速器与驱动桥之间）变速器与驱动桥之间）变速器与驱动桥之间 2）变速器与分动器之间）变速器与分动器之间 3
2、）驱动桥的半轴）驱动桥的半轴 4 4）断开式驱动桥的半轴）断开式驱动桥的半轴）断开式驱动桥的半轴）断开式驱动桥的半轴 5）转向轴）转向轴 第4页，本讲稿共34页第一节第一节 万向节万向节、连接连接连接连接不同心，有夹角且夹角不断变化的两不同心，有夹角且夹角不断变化的两不同心，有夹角且夹角不断变化的两不同心，有夹角且夹角不断变化的两传动轴（装载机的变速箱输出轴与驱动桥输入传动轴（装载机的变速箱输出轴与驱动桥输入传动轴（装载机的变速箱输出轴与驱动桥输入传动轴（装载机的变速箱输出轴与驱动桥输入轴）（转向驱动桥）轴）（转向驱动桥）轴）（转向驱动桥）轴）（转向驱动桥）、需要传递动力的两轴之间的距离较大，
3、且不、需要传递动力的两轴之间的距离较大，且不、需要传递动力的两轴之间的距离较大，且不、需要传递动力的两轴之间的距离较大，且不同轴，可以用两根传动轴和中间加一万向节来连同轴，可以用两根传动轴和中间加一万向节来连同轴，可以用两根传动轴和中间加一万向节来连同轴，可以用两根传动轴和中间加一万向节来连接。接。接。接。、连接虽然同轴，但由于安装或工作易变形两、连接虽然同轴，但由于安装或工作易变形两、连接虽然同轴，但由于安装或工作易变形两、连接虽然同轴，但由于安装或工作易变形两轴（履式推土机的主离合器与变速箱输入轴）轴（履式推土机的主离合器与变速箱输入轴）轴（履式推土机的主离合器与变速箱输入轴）轴（履式推土
4、机的主离合器与变速箱输入轴）万向节作用万向节作用第5页，本讲稿共34页万向节类型万向节类型弹性万向节弹性万向节：依靠弹性元件的弹性变形来适应两传动：依靠弹性元件的弹性变形来适应两传动轴夹角的变化。变形量有限，一般只用在交角不大轴夹角的变化。变形量有限，一般只用在交角不大于于5 50 0的万向节传动中，工程机械上很少用。的万向节传动中，工程机械上很少用。刚性万向节刚性万向节：十字轴万向节（不等角速万向节）交角：十字轴万向节（不等角速万向节）交角一般为一般为15150 020200 0等角速万向节等角速万向节：球叉式、球笼式、三销轴式等：球叉式、球笼式、三销轴式等第6页，本讲稿共34页一、十字轴式
5、刚性万向节一、十字轴式刚性万向节结构结构十字轴万向节叉轴承盖万向节叉滚针轴承第7页，本讲稿共34页十字轴式刚性万向节十字轴式刚性万向节第8页，本讲稿共34页十字轴润滑油道十字轴润滑油道油封油封油封挡盘油封挡盘注油嘴注油嘴采用橡胶油封，当十采用橡胶油封，当十字轴内腔油压过大时，字轴内腔油压过大时，多余的润滑油会从橡多余的润滑油会从橡胶油封内圆表面与轴胶油封内圆表面与轴颈接触处溢出。颈接触处溢出。第9页，本讲稿共34页十字轴万向节运动分析十字轴万向节运动分析 如图所示：设原动轴如图所示：设原动轴如图所示：设原动轴如图所示：设原动轴P1P1P1P1的叉面与纸面的叉面与纸面的叉面与纸面的叉面与纸面垂直
6、，从动轴垂直，从动轴垂直，从动轴垂直，从动轴P2P2P2P2的叉面在纸面内；的叉面在纸面内；的叉面在纸面内；的叉面在纸面内；P1P1P1P1的角速的角速的角速的角速1 1 1 1不变，不变，不变，不变，P2P2P2P2在此位置的角速在此位置的角速在此位置的角速在此位置的角速度为度为度为度为2 2 2 2，两轴的夹角为，两轴的夹角为，两轴的夹角为，两轴的夹角为；l则当十字轴与则当十字轴与P2轴一起转动时，轴一起转动时，A点的速度点的速度UA=2rl则当十字轴与则当十字轴与P1轴一起转动时，轴一起转动时，A点的速度点的速度UA=1rcoslA点的线速度只能有一个，即点的线速度只能有一个，即2=1c
7、os第10页，本讲稿共34页当两轴转过当两轴转过当两轴转过当两轴转过909090900 0 0 0时时时时，P1P1P1P1轴的叉轴的叉轴的叉轴的叉面在纸面内，面在纸面内，面在纸面内，面在纸面内，P2P2P2P2轴的叉面与轴的叉面与轴的叉面与轴的叉面与纸面垂直，设此时纸面垂直，设此时纸面垂直，设此时纸面垂直，设此时P2P2P2P2轴轴轴轴的角的角的角的角速度为速度为速度为速度为2 2 2 2，取，取，取，取B B B B点研究：点研究：点研究：点研究：lU UB B=1 1r=r=2 2rcos rcos 即即2 2=1 1/cos/cos1 1coscos2 21 1/cos/cos；l再转
8、过再转过90900 0，P2P2轴轴的速度从的速度从2 2变为变为2 ，即，即P2P2的角速度为的角速度为2 2在在22 2之间变化；之间变化；传动比为传动比为I=I=1 1/2 2=1/cos=1/cos cos cos第11页，本讲稿共34页绘出绘出绘出绘出 2/1随主动轴转角随主动轴转角随主动轴转角随主动轴转角 1的函数曲线的函数曲线的函数曲线的函数曲线第12页，本讲稿共34页绘出绘出绘出绘出 1 1 2 2随主动轴转角随主动轴转角随主动轴转角随主动轴转角 1 1的变化曲线如下：的变化曲线如下：的变化曲线如下：的变化曲线如下：112 2180=10090第13页，本讲稿共34页 当当当当
9、1 1 1 1=0=0=0=0时，时，时，时，1 1 1 12 2 2 2=0=0=0=0 当当当当0 0 0 0 1 1 1 190 90 90 90 时，时，时，时，1 1 1 12 2 2 20 0 0 0，从动轴相对主动轴超前从动轴相对主动轴超前从动轴相对主动轴超前从动轴相对主动轴超前 当当当当1 1 1 1=90=90=90=90 时，时，时，时，1 1 1 1=2 2 2 2=90=90=90=90 当当当当90 90 90 90 1 1 1 1180 180 180 180 时，时，时，时，1 1 1 12 2 2 20 0 0 0，主动轴相对从动轴超前主动轴相对从动轴超前主动轴
10、相对从动轴超前主动轴相对从动轴超前 当当当当1 1 1 1=180=180=180=180 时，时，时，时，1 1 1 1=2 2 2 2=180=180=180=180 ，两轴都两轴都两轴都两轴都转过半周；同样，后半周情况相同转过半周；同样，后半周情况相同转过半周；同样，后半周情况相同转过半周；同样，后半周情况相同 1 1 1 1 2 290 180 第14页，本讲稿共34页结结 论论（单个十字轴万向节）单个十字轴万向节）单个十字轴万向节）单个十字轴万向节）1.1.当两轴夹角当两轴夹角当两轴夹角当两轴夹角和和和和1 1 1 1为常数时，传动比不为常数，而是在为常数时，传动比不为常数，而是在为
11、常数时，传动比不为常数，而是在为常数时，传动比不为常数，而是在coscoscoscos1/cos1/cos1/cos1/cos间作周期性的变化。即间作周期性的变化。即间作周期性的变化。即间作周期性的变化。即从动轴一周中的从动轴一周中的从动轴一周中的从动轴一周中的角速度不均匀，是瞬时变化的（不等速性）。角速度不均匀，是瞬时变化的（不等速性）。角速度不均匀，是瞬时变化的（不等速性）。角速度不均匀，是瞬时变化的（不等速性）。2.2.主、从动轴的转速是相同的，即平均速度相同。（等速性）主、从动轴的转速是相同的，即平均速度相同。（等速性）主、从动轴的转速是相同的，即平均速度相同。（等速性）主、从动轴的转
12、速是相同的，即平均速度相同。（等速性）3.3.不等速性，将使从动轴和与从动轴相连的传动部件产生角不等速性，将使从动轴和与从动轴相连的传动部件产生角不等速性，将使从动轴和与从动轴相连的传动部件产生角不等速性，将使从动轴和与从动轴相连的传动部件产生角加速度，从而产生扭转振动，不利于匀速行驶，使用寿命加速度，从而产生扭转振动，不利于匀速行驶，使用寿命加速度，从而产生扭转振动，不利于匀速行驶，使用寿命加速度，从而产生扭转振动，不利于匀速行驶，使用寿命缩短缩短缩短缩短第15页，本讲稿共34页双万向节传动双万向节传动（）（）（）（）结构：在主动轴和从动轴间加一中间传动轴，结构：在主动轴和从动轴间加一中间传
13、动轴，结构：在主动轴和从动轴间加一中间传动轴，结构：在主动轴和从动轴间加一中间传动轴，用用用用2 2个万向节连接实现动力传递个万向节连接实现动力传递个万向节连接实现动力传递个万向节连接实现动力传递第16页，本讲稿共34页（2）双万向节传动作用、特点）双万向节传动作用、特点、可以布置不相交的转轴（平行、交叉）、可以布置不相交的转轴（平行、交叉）、可以布置不相交的转轴（平行、交叉）、可以布置不相交的转轴（平行、交叉）、可以避免单个万向节传动的不等速性、可以避免单个万向节传动的不等速性、可以避免单个万向节传动的不等速性、可以避免单个万向节传动的不等速性特点：可以实现主从动轴的瞬时传动比始终为特点：可
14、以实现主从动轴的瞬时传动比始终为特点：可以实现主从动轴的瞬时传动比始终为特点：可以实现主从动轴的瞬时传动比始终为1 1第17页，本讲稿共34页（3）双万向节实现等速传动的布置要求）双万向节实现等速传动的布置要求、主动轴、从动轴与中间轴的夹角、主动轴、从动轴与中间轴的夹角、主动轴、从动轴与中间轴的夹角、主动轴、从动轴与中间轴的夹角 1 1=2 2、中间传动轴两端的万向节叉应在同一平面内、中间传动轴两端的万向节叉应在同一平面内、中间传动轴两端的万向节叉应在同一平面内、中间传动轴两端的万向节叉应在同一平面内、应尽量减小、应尽量减小、应尽量减小、应尽量减小 1 1、2 2，最大，最大，最大，最大 角可
15、为角可为角可为角可为3030；在实际；在实际；在实际；在实际使用中，使用中，使用中，使用中，1 1不可能始终等于不可能始终等于不可能始终等于不可能始终等于 2 2，只是近似相等，对，只是近似相等，对，只是近似相等，对，只是近似相等，对单个万向节而言，仍有不等速性单个万向节而言，仍有不等速性单个万向节而言，仍有不等速性单个万向节而言，仍有不等速性第18页，本讲稿共34页用万向节实现两轴间等角速度传动条件用万向节实现两轴间等角速度传动条件采用双万向节采用双万向节采用双万向节采用双万向节第一万向节两轴间夹角第一万向节两轴间夹角第一万向节两轴间夹角第一万向节两轴间夹角a a1 1与第二万向节两轴间夹与
16、第二万向节两轴间夹与第二万向节两轴间夹与第二万向节两轴间夹角角角角a a2 2相等。相等。相等。相等。第一万向节从动叉与第二第一万向节从动叉与第二第一万向节从动叉与第二第一万向节从动叉与第二万向节主动叉处于同一平万向节主动叉处于同一平万向节主动叉处于同一平万向节主动叉处于同一平面内。面内。面内。面内。第19页，本讲稿共34页铰接式车架双万向节的布置铰接式车架双万向节的布置第20页，本讲稿共34页铰接式车架万向节的布置铰接式车架万向节的布置要实现等速传动的条件：要实现等速传动的条件：（1）、使用双万向节）、使用双万向节（2）、车架铰点）、车架铰点O布置在纵向中心线上布置在纵向中心线上（3）、两万
17、向节铰点与）、两万向节铰点与O点的距离应相等点的距离应相等第21页，本讲稿共34页三万向节、双传动轴传动三万向节、双传动轴传动第22页，本讲稿共34页二、等速万向节二、等速万向节原理：原理：原理：原理：传力点永远位于两轴交点传力点永远位于两轴交点传力点永远位于两轴交点传力点永远位于两轴交点OO的平分面上的平分面上的平分面上的平分面上第23页，本讲稿共34页等角速万向节类型等角速万向节类型球叉式等角速万向节球叉式等角速万向节球叉式等角速万向节球叉式等角速万向节球笼式等角速万向节球笼式等角速万向节球笼式等角速万向节球笼式等角速万向节三销轴式等角速万向节三销轴式等角速万向节三销轴式等角速万向节三销轴
18、式等角速万向节 第24页，本讲稿共34页1、球笼式等速万向节、球笼式等速万向节钢球钢球主动轴主动轴星形套（内滚道）星形套（内滚道）球形壳（外球形壳（外滚道）滚道）外罩外罩球笼（保持架）球笼（保持架）第25页，本讲稿共34页球笼式万向节的等速性球笼式万向节的等速性外滚道中心外滚道中心A与内滚道中心与内滚道中心B分别位于万向节中心分别位于万向节中心O的两侧，的两侧，且到且到O点的距离相等。点的距离相等。星形套内滚道星形套内滚道球笼（保持架）球笼（保持架）球形壳（外滚道）球形壳（外滚道）球滚动时，同时以球滚动时，同时以A、B为球心为球心滚动，所以滚动，所以CA=CB主、从动轴夹角主、从动轴夹角平分面
19、平分面第26页，本讲稿共34页球笼式万向节特点：球笼式万向节特点：承载能力强，结构紧凑，拆装方承载能力强，结构紧凑，拆装方便，两轴最大交角为便，两轴最大交角为42 第27页，本讲稿共34页2.三销轴式万向节三销轴式万向节特点特点特点特点 ：允许相邻两：允许相邻两：允许相邻两：允许相邻两轴有较大的交角，轴有较大的交角，轴有较大的交角，轴有较大的交角，提高机动性；但所提高机动性；但所提高机动性；但所提高机动性；但所占空间较大。占空间较大。占空间较大。占空间较大。三销轴三销轴主动偏心轴叉主动偏心轴叉从动偏心轴叉从动偏心轴叉止推垫片止推垫片轴承座轴承座叉孔中心线与叉轴中心线垂叉孔中心线与叉轴中心线垂直
20、但不相交直但不相交第28页，本讲稿共34页6-2传传动动轴轴一、作用：一、作用：传递扭矩，一般不承受弯矩。传递扭矩，一般不承受弯矩。二、结构二、结构第29页，本讲稿共34页结构特点：空心、壁厚均匀的钢管。空心、壁厚均匀的钢管。空心、壁厚均匀的钢管。空心、壁厚均匀的钢管。（1.54.0mm1.54.0mm）（只传（只传（只传（只传递扭矩）采用均质、轻型材料，常用钢板卷制对焊递扭矩）采用均质、轻型材料，常用钢板卷制对焊递扭矩）采用均质、轻型材料，常用钢板卷制对焊递扭矩）采用均质、轻型材料，常用钢板卷制对焊而成（因转速高，离心力大，扭振较大）而成（因转速高，离心力大，扭振较大）而成（因转速高，离心力
21、大，扭振较大）而成（因转速高，离心力大，扭振较大）伸缩节：其长度可随行驶状况而变。伸缩节：其长度可随行驶状况而变。伸缩节：其长度可随行驶状况而变。伸缩节：其长度可随行驶状况而变。传动轴的长度要传动轴的长度要传动轴的长度要传动轴的长度要求能变化（常用滑动叉和花键连接两段传动轴，花键求能变化（常用滑动叉和花键连接两段传动轴，花键求能变化（常用滑动叉和花键连接两段传动轴，花键求能变化（常用滑动叉和花键连接两段传动轴，花键的长度应能保证传动轴在各种工况下既不会脱开，也的长度应能保证传动轴在各种工况下既不会脱开，也的长度应能保证传动轴在各种工况下既不会脱开，也的长度应能保证传动轴在各种工况下既不会脱开，
22、也不会卡死，为减小磨损，产生空隙振动，现多用滚动不会卡死，为减小磨损，产生空隙振动，现多用滚动不会卡死，为减小磨损，产生空隙振动，现多用滚动不会卡死，为减小磨损，产生空隙振动，现多用滚动花键代替滑动花键）花键代替滑动花键）花键代替滑动花键）花键代替滑动花键）安装：安装：安装：安装：注意安装标记，满足动平衡要求。注意安装标记，满足动平衡要求。注意安装标记，满足动平衡要求。注意安装标记，满足动平衡要求。第30页，本讲稿共34页三、三、传动轴的临界转速传动轴的临界转速两端连接万向节的传动轴可看成两端自由支承的轴。当由于两端连接万向节的传动轴可看成两端自由支承的轴。当由于质量不均、受自重影响等原因时，
23、轴在旋转时在离心力的作质量不均、受自重影响等原因时，轴在旋转时在离心力的作用下会产生横向弯曲振动。当轴的转速等于其弯曲自振频率用下会产生横向弯曲振动。当轴的转速等于其弯曲自振频率时，出现共振，使轴的挠度急剧增大甚至折断，把轴的这一时，出现共振，使轴的挠度急剧增大甚至折断，把轴的这一转速，称为临界转速。转速，称为临界转速。设轴为等截面：用设轴为等截面：用n nl l表示临界转速，则有表示临界转速，则有第31页，本讲稿共34页D传动轴外径传动轴外径cm d传动轴内径传动轴内径 cm L支承长度支承长度cm，一般取两万向节中心距离，一般取两万向节中心距离由此可知，同样外径的轴，空心轴比实心轴的由此可
24、知，同样外径的轴，空心轴比实心轴的n nl l要大。要大。在设计时，应使传动轴的最大转速在设计时，应使传动轴的最大转速n nmaxmax0.7n0.7nl l第32页，本讲稿共34页习习题题1.1.简述十字轴万向节的不等速性及等速性？简述十字轴万向节的不等速性及等速性？简述十字轴万向节的不等速性及等速性？简述十字轴万向节的不等速性及等速性？2.2.何为传动轴的临界转速？何为传动轴的临界转速？何为传动轴的临界转速？何为传动轴的临界转速？3.3.十字十字十字十字轴轴轴轴万向节要实现等速传动的条件？万向节要实现等速传动的条件？万向节要实现等速传动的条件？万向节要实现等速传动的条件？4.4.铰接式车架的万向节应如何布置，才能实现等铰接式车架的万向节应如何布置，才能实现等铰接式车架的万向节应如何布置，才能实现等铰接式车架的万向节应如何布置，才能实现等速传动？速传动？速传动？速传动？第33页，本讲稿共34页十字轴刚性万向节的工作特性十字轴刚性万向节的工作特性单个万向节在输入轴与输出轴之间单个万向节在输入轴与输出轴之间有夹角的情况下，两轴的角速度不相等。有夹角的情况下，两轴的角速度不相等。w1w2w1w2vA=w1r=w2rcosavB=w1rcosa=w2r第34页，本讲稿共34页