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1、 一、萬(wàn)向傳動(dòng)的計(jì)算載荷 萬(wàn)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(jiàn)表41。 表41 萬(wàn)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(lái)確定 按驅(qū)動(dòng)輪打滑來(lái)確定 按日常平均使用轉(zhuǎn)矩來(lái)確定 表41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(jiàn)表42；i1為變速器一擋傳動(dòng)比； 為發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)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=(ko1)2十1，ko 為最大變矩系數(shù)；G2為滿(mǎn)載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷(N)；m2為汽車(chē)最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車(chē)：m2=121
2、4，貨車(chē)：m2=1112； 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(chē)，在良好的混凝土或?yàn)r青路面上， 可取085，對(duì)于安裝防側(cè)滑輪胎的轎車(chē)， 可取125，對(duì)于越野車(chē)， 值變化較大，一般取1；rr為車(chē)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(chē)輪之間的傳動(dòng)比；m為主減速器主動(dòng)齒輪到車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率；G1 為滿(mǎn)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷(N)；m1 為汽車(chē)最大加速度時(shí)的前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車(chē)：m1 =080085，貨車(chē)：m1 =075090；F1 為日常汽車(chē)行駛平均牽引力(N)；if 為分動(dòng)器傳動(dòng)比，取法見(jiàn)表42：kd 為猛接離介器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，對(duì)于液力
3、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(chē)，kd= 3，對(duì)于性能系數(shù) fi=0 的汽車(chē)(一般貨車(chē)、礦用汽車(chē)和越野車(chē))，kd=1，對(duì)于 fi0 的汽車(chē)，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(chē)滿(mǎn)載質(zhì)量(若有掛車(chē)，則要加上掛車(chē)質(zhì)量)(kg)。表42 n 與 if 選取表車(chē) 型高擋傳動(dòng)比ifg與低擋傳動(dòng)比ifd關(guān)系ifn4 X 4ifg ifd/2ifg1ifg ifd/3ifg2ifg/2 ifd/3ifd3對(duì)萬(wàn)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
4、=minTsel，Tssl或 TS = minTse2，Tse2，安全系數(shù)一般取2530。當(dāng)對(duì)萬(wàn)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(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 十字軸萬(wàn)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(guò)015mm時(shí)，十字軸萬(wàn)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(wàn)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411)，則 (46)式中，TS 為萬(wàn)向傳動(dòng)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， TS = minTse，Tssmin；r 為合力 F
5、 作用線到十字軸中心之間的距離； 為萬(wàn)向傳動(dòng)的最大夾角。 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力 w 應(yīng)滿(mǎn)足 (47)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；w為彎曲應(yīng)力許用值，為250350MPa。 十字軸軸頸的切應(yīng)力 應(yīng)滿(mǎn)足 (48)式中，為切應(yīng)力 許用值，為80120MPa。 滾針軸承中的滾針直徑一般不小于16mm，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0003mm以?xún)?nèi)。滾針軸承徑向間隙過(guò)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(guò)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000900
6、95mm，滾針軸承的周向總間隙以008030mm為好。滾針的長(zhǎng)度一般不超過(guò)軸頸的長(zhǎng)度，使其既有較高的承載能力，又不致因滾針過(guò)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(guò)0204mm。 滾針軸承的接觸應(yīng)力為 (49)式中，0為滾針直徑(mm)；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(410)確定 (410)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30003200MPa。 萬(wàn)向節(jié)叉與十字軸組成連接支承。在萬(wàn)向節(jié)工作過(guò)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
7、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(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)效率與兩軸的軸間夾角 、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) 25時(shí)可按下式計(jì)算 (411)式中 0 為十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率；f 為軸頸與萬(wàn)向節(jié)叉的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)軸承：f=015020，滾針軸承：f=005010；其它符號(hào)意義同前。 通常情況下，十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率約為9799。 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0812mm，表面硬度為5864HRC，軸頸端面硬度不低于55HRC，芯部硬度為3348HRC。萬(wàn)向節(jié)叉一般
8、采用40或45中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為1833HRC，滾針軸承碗材料一般采用GCrl5。三、球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 球籠式萬(wàn)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(guò)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(lái)確定萬(wàn)向節(jié)的承載能力。不過(guò)，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(méi)有統(tǒng)一的計(jì)算方法。 假定球籠式萬(wàn)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 (412)式
9、中，d為傳力鋼球直徑(mm)；Ts 為萬(wàn)向節(jié)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(Nm)，TS = minTse，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GB754987。 當(dāng)球籠式萬(wàn)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(jiàn)圖412按如下關(guān)系確定：鋼球中心分布圓半徑 R=171d 星形套寬度 B=18d 球籠寬度 B1=18d 星形套滾道底徑 Dl=25d 萬(wàn)向節(jié)外徑 D=49d 球籠厚度 b=0185d 球籠槽寬度 b1=d 球籠槽長(zhǎng)度 L=(133180)d (普通型取下限，長(zhǎng)型取上限) 滾道中心偏移距 h=018d 軸頸直徑 d 14d 星形套花鍵外徑 D2155d 球形殼外滾道長(zhǎng)度 L1=24d中心偏移角 6
萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)及效率
