載重6.5t中型貨車萬向節(jié)與傳動軸設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)+含7張CAD圖紙+帶開題報(bào)告+34頁加正文1.39萬字】

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中間傳動軸.dwg

中間傳動軸裝配圖.dwg

主傳動軸.dwg

主傳動軸裝配圖.dwg

凸緣叉.dwg

十字軸.dwg

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摘要

萬向傳動裝置一般由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時(shí)還需加裝中間支承。本設(shè)計(jì)主要研究中型貨車變速器與驅(qū)動橋之間的萬向傳動裝置。該設(shè)計(jì)是以萬向傳動裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理為基礎(chǔ)，采用有限元分析、理論研究與實(shí)際研究、定性與定量分析等方法計(jì)算出較為合理的萬向節(jié)與傳動軸結(jié)構(gòu)。并用文字?jǐn)⑹雠c圖表說明相結(jié)合的方法闡述了萬向傳動裝置的構(gòu)造及所選基本尺寸，然后計(jì)算了萬向節(jié)的轉(zhuǎn)矩，對十字軸上的力以及十字軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，其中應(yīng)用有限元分析的方法對中間傳動軸進(jìn)行應(yīng)力分析，并繪制出了傳動軸的受力云圖。對十字軸滾針軸承進(jìn)行接觸應(yīng)力和滾針?biāo)艹惺艿淖畲筝d荷的計(jì)算，以適合十字軸的使用；對萬向節(jié)叉與十字軸連接支承時(shí)產(chǎn)生的作用反力，對其萬向節(jié)叉承受彎曲和扭矩載荷進(jìn)行校核，以達(dá)到使用強(qiáng)度。確保其在正常使用的情況下，擁有更長的使用壽命。

關(guān)鍵詞：中型貨車；萬向傳動裝置；十字軸式萬向節(jié)；伸縮花鍵

Abstract

Universal transmission device is generally composed by universal and shaft, and sometimes it also needs to install middle supporting. This design mainly studies about the medium van’s transmission and the universal transmission between axles.It is based on universal transmission device structure and working principle, and calculates the universal shaft and the reasonable structure by finite element analysis, theoretical research , practical research, the qualitative and quantitative analysis. Use text and illustrations method combining describes the structure ,universal transmission device and selected basic dimensions. Then calculate the torque, and compare the bending stress and shear stress intensity of universal shaft and the roots of the neck. Use application of the finite element analysis method in stress analysis of intermediate shaft transmission and mapped the stress contours. The cross axis needle bearing on contact stress and needle roller can withstand the maximum load calculation for the use of spiders. Compare the cardan shaft supporting the role of the reverse force, cardan sustaining bending and torque load test, in order to achieve intensity. To ensure the service life be longer by normal use in the circumstances.

Key words: medium truck；universal driving device；cardan universal joint；slip join

目錄

緒論 1

1 萬向傳動裝置結(jié)構(gòu)方案分析 2

1.1 中型貨車主要參數(shù)選擇 2

1.2 總體設(shè)計(jì)方案 2

1.2.1 傳動軸管選擇 4

1.2.2 伸縮花鍵的選擇 4

1.2.3 萬向節(jié)分析 5

1.2.4 中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 6

2 萬向節(jié)的分類 8

2.1 不等速萬向節(jié) 8

2.2 準(zhǔn)等速萬向節(jié) 9

2.3 等速萬向節(jié) 9

3 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 10

3.1 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì) 10

3.1.1 基本構(gòu)造與基本原理 10

3.1.2 確定十字軸尺寸 10

3.1.3 十字軸萬向節(jié)的傳動效率 11

3.2 萬向節(jié)強(qiáng)度校核 11

3.2.1 十字軸萬向節(jié)運(yùn)動和受力分析 11

3.2.2 十字軸萬向節(jié)傳動的附加彎矩和慣性力矩 12

3.2.3 十字軸萬向節(jié)傳動的彎曲應(yīng)力與剪切應(yīng)力 15

4 萬向傳動軸設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 18

4.1 傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速 18

4.2 傳動軸長度選擇 21

4.3 傳動軸管內(nèi)外徑確定 22

4.4 傳動軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 22

4.5 花鍵內(nèi)外徑確定 22

4.6 花鍵擠壓強(qiáng)度校核 23

5 基于CATIA的有限元分析 25

5.1 設(shè)計(jì)零件模型 25

5.2 生成靜態(tài)分析 25

6 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性分析 27

結(jié)論 28

參考文獻(xiàn) 29

致謝 30

I 學(xué)科門類： 單位代碼 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 中型貨車萬向節(jié)與傳動軸設(shè)計(jì) 生姓名 所學(xué)專業(yè) 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 二○ **年 題報(bào)告 一、 選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀 隨著 汽車行業(yè)的日漸成熟 ， 特別是近幾十年來汽車工業(yè)大發(fā)展以來，汽車行業(yè)對世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類社會的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大影響。現(xiàn)今生活中的汽車的普及極大的擴(kuò)大了人們的活動范圍也加快的人們的生活節(jié)奏。因此，汽車成為了人類生活中不可或缺的一部分。如今，汽車的設(shè)計(jì)要求提高汽車的技術(shù)水平，使其承載能力更強(qiáng)，動力性更好，污染更少使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)舒適。本設(shè)計(jì)的研究對象是中型貨車的萬向傳動裝置， 其作為汽車傳動系統(tǒng)中的重要部件，零件的結(jié)構(gòu)方案、材料的選擇、所受力的分析是本文探討設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 萬向傳動裝置一般由萬向節(jié)和軸管及伸縮花鍵等零部件所組成，對于軸距較長的車輛，為了使傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速得到提高，并且為了避免共振，還需要裝有中間支承。萬向傳動裝置在汽車上應(yīng)用的比較廣泛，主要功用是使工作過程中相對位置不斷變化的兩根軸之間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在 發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動的 汽車上， 萬向節(jié)傳動裝置安裝在變速器輸出軸與驅(qū)動橋主減速器輸入軸 之間；而前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的 汽車 省略了傳動軸，萬向節(jié)安裝在前橋半軸與車輪之間。在 萬向傳動裝置的工作過程中 ，輸出軸繞自身軸的旋轉(zhuǎn) 的動力來源 是由輸入軸繞其軸的旋轉(zhuǎn) 提供 的。為滿足動力傳遞、適應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的上下跳動所造成的角度變化 。 萬向節(jié)允許被連接的零件之間 存在相應(yīng) 的夾角 并 在一定范圍內(nèi)變化。 按萬向節(jié)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)又可分為不等速萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)三種。 （ 1）不等速萬向節(jié) 十字軸式剛性萬向節(jié)為汽車上廣泛使用的不等速萬向節(jié)，允許相鄰兩軸的最大交角為15゜～ 20゜。十字軸式萬向節(jié)由一個(gè)十字軸，兩 個(gè)萬向節(jié)叉和四個(gè)滾針軸承等組成。兩萬向節(jié)叉 1和 3上的孔分別套在十字軸 2的兩對軸頸上。這樣當(dāng)主動軸轉(zhuǎn)動時(shí)，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動，又可繞十字軸中心在任意方向擺動，這樣就適應(yīng)了夾角和距離同時(shí)變化的需要。在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔間裝有滾針軸承 5，滾針軸承外圈靠卡環(huán)軸向定位。為了潤滑軸承，十字軸上一般安有注油嘴并有油路通向軸頸。潤滑油可從注油嘴注到十字軸軸頸的滾針軸承處。 （ 2）準(zhǔn)等速萬向節(jié) 見的準(zhǔn)等速萬向節(jié)有雙聯(lián)式和三銷軸式兩種，它們的工作原理與雙十字軸式萬向節(jié)實(shí)現(xiàn)等速傳動的原理是一樣的。 雙聯(lián)式萬向節(jié)實(shí)際上是一套 將傳動軸長度減縮至最小的雙十字軸式萬向節(jié)等速傳動裝置，雙聯(lián)叉相當(dāng)于傳動軸及兩端處在同一平面上的萬向節(jié)叉。在當(dāng)輸出軸與輸入軸的交角較小時(shí)，處在圓弧上的兩軸軸線交點(diǎn)離上述中垂線很近，使得 α1 與 α2 的差很小，能使兩軸角速度接近相等，所以稱雙聯(lián)式萬向節(jié)為準(zhǔn)等速萬向節(jié)。 （ 3）等速萬向節(jié) 目前轎車上常用的等速萬向節(jié)為球籠式萬向節(jié)，也有采用球叉式萬向節(jié)或自由三樞軸萬向節(jié)的。輸入軸和輸出軸以始終相等的瞬時(shí)角速度傳遞的萬向節(jié)，既稱之為等速萬向節(jié)。 二、研究方案及預(yù)期結(jié)果 （設(shè)計(jì)方案或論文主要研究內(nèi)容、主要解決的問題、理 論、方法、技術(shù)路線及論文框架等） （ 1）當(dāng)前較為常見的萬向節(jié)根據(jù)不同的要求有哪些分類。 （ 2）每種萬向節(jié)的特點(diǎn)及其適用哪些車輛。 （ 3）對十字軸萬向節(jié)進(jìn)行參數(shù)確定以及強(qiáng)度校核，以適應(yīng)其工作環(huán)境，并達(dá)到一定的使用強(qiáng)度和使用壽命。 論： 本論文采用理論研究與實(shí)際研究、定性與定量分析、文字?jǐn)⑹雠c圖表說明相結(jié)合的方法，對研究對 萬向傳動軸運(yùn)動情況 進(jìn)行了 分析，確定出萬向節(jié)的轉(zhuǎn)矩，并對十字軸上的力以及十字軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力進(jìn)行校核。保證使其在正常使用時(shí)，擁有更長的使用時(shí)將 。對十字軸滾針軸承進(jìn)行接觸應(yīng)力和滾針?biāo)艹惺艿淖畲筝d荷的計(jì)算，以適合十字軸的使用；對萬向節(jié)叉與十字軸連接支承時(shí)產(chǎn)生的作用反力，對其萬向節(jié)叉承受彎曲和扭矩載荷進(jìn)行校核，以達(dá)到使用強(qiáng)度。 萬向傳動 軸設(shè)計(jì) 應(yīng)滿足的要求： （ 1) 能可靠傳遞動力，當(dāng)兩軸的相對位置在預(yù)計(jì)的范圍內(nèi)變動時(shí)。 （ 2）保證傳動盡可能同步，兩軸的轉(zhuǎn)速盡可能一樣。 （ 3）振動噪音以及附加載荷（萬向節(jié)傳動引起的）在允許范圍內(nèi)。 （ 4）效率高，使用壽命長 。 （ 5) 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、維修容易。典型的十字軸萬向節(jié)主要由主動叉、從動叉、十字軸、滾針軸 承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。 習(xí)研究《汽車構(gòu)造》、《汽車?yán)碚摗?、《汽車設(shè)計(jì)》、《材料力學(xué)》、《理論力學(xué)》等相關(guān)課程，深入了解萬向傳動裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 （ 1）先閱讀大量關(guān)于汽車萬向傳動裝置的理論文獻(xiàn)，打好理論基礎(chǔ)。后在老師的指導(dǎo)下，明確總體方案設(shè)計(jì)。 （ 2）通過圖書館查閱相關(guān)文獻(xiàn)、工具書、網(wǎng)絡(luò)資源搜索等方法收集相關(guān)資料比整理以備查閱。 （ 3）通過分析研究后完成圖紙繪制并撰寫成論文。 汽車在行駛過程中，由于發(fā)動機(jī)的振動及不平路面的沖擊 等因素影響，會引起彈性懸架系統(tǒng)的振動，使變速器的輸出軸和驅(qū)動橋的輸入軸相對位置經(jīng)常變化，采用萬向傳動裝置可實(shí)現(xiàn)兩軸之間的動力傳遞。 0號紙 說明書 1 份 40000字左右 題名、作者、中英文摘要、引言、正文、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性分析、結(jié)論、參考文獻(xiàn)。 正文： 1． 萬向傳動裝置結(jié)構(gòu)方案分析 2． 萬向節(jié)分類 3． 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 4． 萬向傳動軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 5． 基于 三、研究進(jìn)度 V 第 1業(yè)實(shí)習(xí)， 熟悉相關(guān)資料和參考圖 第 3寫開題報(bào)告及萬向傳動裝置總體方案設(shè)計(jì) 第 5確定 萬向節(jié) 基本參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 第 7動軸尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 第 9繪制 萬向節(jié)與傳動 軸的 總裝配圖 第 11繪制 萬向節(jié)與傳動軸 零件圖 第 13編寫說明書 第 15：修改說明書及 準(zhǔn)備答辯 四、主要參考文獻(xiàn) [1] 王望予 M]大學(xué)：機(jī)械工業(yè)出版社 2] 羊拯民 M]. 北京：人民交通出版社， 3] 陳家瑞 M]機(jī)械工業(yè) 出版社， 4] 孫志禮 ， 冷興聚 ,魏延剛 ,曾海泉 . 機(jī)械設(shè)計(jì) [M]. 第 1版 2000. [5] 習(xí)天錄，蘇俊華 . 十字軸萬向節(jié)串聯(lián)軸系傳動特性研究 [J] 2003. [6] 劉惟信 M]機(jī)械工業(yè)出版社， 7] M]書出版社， 1997. [8] 鞏云鵬，田萬祿，張祖立，黃秋波 計(jì) [M][9] 韓正銅，王天煜 M]國礦業(yè)大學(xué)出版社 ,2007. [10] 10189， 2000 汽車用等速萬向節(jié)及其總成 S] [11] 3232承齒輪 S] [12] 張武農(nóng) J]2001,9(4). 五、指導(dǎo)教師意見 導(dǎo) 教師簽字： 要 萬向傳動裝置一般由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時(shí)還需加裝中間支承。 本設(shè)計(jì)主要研究中型貨車變速器與驅(qū)動橋之間的萬向傳動裝置。該設(shè)計(jì)是以萬向傳動裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理為基礎(chǔ)，采用有限元分析、理論研究與實(shí)際研究、定性與定量分析等方法計(jì)算出較為合理的萬向節(jié)與傳動軸結(jié)構(gòu)。并用文字?jǐn)⑹雠c圖表說明相結(jié)合的方法闡述了 萬向傳動 裝置的構(gòu)造及所選基本尺寸，然后計(jì)算了 萬向節(jié)的轉(zhuǎn)矩，對十字軸上的力以及十字軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力進(jìn)行 強(qiáng)度 校核 ，其中應(yīng)用有限元分析的方法對中間傳 動軸進(jìn)行應(yīng)力分析，并繪制出了傳動軸的受力云圖。 對十字軸滾針軸承進(jìn)行接觸應(yīng)力和滾針?biāo)艹惺艿淖畲筝d荷的計(jì)算，以適合十字軸的使用；對萬向節(jié)叉與十字軸連接支承時(shí)產(chǎn)生的作用反力，對其萬向節(jié)叉承受彎曲和扭矩載荷進(jìn)行校核，以達(dá)到使用強(qiáng)度。 確保 其在正常使用 的情況下 ，擁有更長的使用 壽命 。 關(guān)鍵詞 ：中型貨車；萬向傳動裝置；十字軸式萬向節(jié)；伸縮花鍵 is by it to s is on by of of of in of on of of in to To be by in 錄 緒論 ......................................................................................................................... 11 1 萬向傳動裝置結(jié)構(gòu)方案分析 ............................................................................. 12 型貨車主要參數(shù)選擇 .................................................................................. 12 體設(shè)計(jì)方案 .................................................................................................. 12 動軸管選擇 ............................................................................................... 14 縮花鍵的選擇 ........................................................................................... 14 向節(jié)分 析 ................................................................................................... 15 間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) ........................................................................... 16 2 萬向節(jié)的分類 ..................................................................................................... 18 等速萬向節(jié) .................................................................................................. 18 等速萬向節(jié) .................................................................................................. 19 速萬向節(jié) ...................................................................................................... 19 3 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 ................................................................................. 20 向節(jié)結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì) .................................................................................. 20 本構(gòu)造與基本原理 ................................................................................... 20 定十字軸尺寸 ........................................................................................... 20 字軸萬向節(jié)的傳動效率 ........................................................................... 21 向節(jié)強(qiáng)度校核 .............................................................................................. 22 字軸萬向節(jié)運(yùn)動和受力分析 ................................................................... 22 字軸萬向節(jié)傳動的 附加彎矩和慣性力矩 ............................................... 23 10 字軸萬向節(jié)傳動的彎曲應(yīng)力與剪切應(yīng)力 ............................................... 25 4 萬向傳動軸設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 ............................................................................. 29 動軸的臨界轉(zhuǎn) 速 .......................................................................................... 29 動軸長度選擇 .............................................................................................. 32 動軸管內(nèi)外徑確定 ...................................................................................... 32 動軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 ...................................................................................... 32 鍵內(nèi)外徑確定 .............................................................................................. 33 鍵擠壓強(qiáng)度校核 .......................................................................................... 34 5 基于 有限元分析 ............................................................................... 35 計(jì)零件模型 .................................................................................................. 35 成靜態(tài)分析 .................................................................................................. 35 6 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性分析 ............................................................................................. 37 結(jié)論 ......................................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 39 致謝 ......................................................................................................................... 40 11 緒論 隨著 汽車行業(yè)的漸成熟 ， 特別是近幾十年來汽車工業(yè)大發(fā)展以來，汽車行業(yè)對世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類社會的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大影響?，F(xiàn)今生活中，汽車的普及極大的擴(kuò)大了人們的活動 范圍也加快的人們的生活節(jié)奏。如今，汽車成為了人類生活中不可或缺的一部分。在 過去 的幾十 年中， 發(fā)達(dá) 國家一輛新車的零售價(jià)上漲了 100%，而個(gè)人平均收入只增加了50%。為確保在 2015 年 廣大人民 仍舊能夠買得起車并且讓制造商有利可圖，汽車制造商需要將每輛汽車的制造成本降低 1500 歐元 左右 。降低成本的措施包括對生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡化和標(biāo)準(zhǔn)化，以及生產(chǎn)低成本汽車。 現(xiàn)今，汽車的設(shè)計(jì)的形勢要求提高汽車的技術(shù)水平，使其承載能力更強(qiáng)，動力性更好，污染更少使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)舒適。 本設(shè)計(jì)的研究對象是中型貨車的萬向傳動裝 置，其作為汽車傳動系統(tǒng)中的重要部件，零件的結(jié)構(gòu)方案、材料的選擇、所受力的分析是本設(shè)計(jì)探討設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 萬向傳動裝置一般由萬向節(jié)和軸管及伸縮花鍵等零部件所組成，如果是軸距較長的車輛，為了使傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速得到提高和避免共振，還需要裝有中間支承。萬向傳動裝置在汽車上應(yīng)用的比較廣泛，主要功用是在工作過程中相對位置不斷變化的兩根軸之間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)車型是發(fā)動機(jī)前置后驅(qū)時(shí)， 萬向節(jié)傳動裝置安裝在變速器輸出軸與 驅(qū)動橋主減速器輸入軸 之間；而前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的 汽車 省略了傳動軸，萬向節(jié)安裝在前橋半軸與車輪之間。在 萬向 傳動裝置的工作過程中 ，輸出軸繞自身軸的旋轉(zhuǎn) 的動力來源 是由輸入軸繞其軸的旋轉(zhuǎn) 提供 的。萬向節(jié)允許被連接的零件之間 存在相應(yīng) 的夾角 并 在一定范圍內(nèi)變化 來 滿足動力傳遞、適應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的上下跳動所造成的角度變化 。 本文主要進(jìn)行 4置后驅(qū)中型貨車的萬向節(jié)與傳動軸設(shè)計(jì)。該類車上萬向傳動裝置安裝在變速器與驅(qū)動橋之間，且兩者之間距離較遠(yuǎn)的情況下，將傳動軸分成主傳動軸和中間傳動軸兩端，并用三個(gè)十字軸式萬向節(jié)相連，且在中間傳動軸后端加裝上中間支撐。 12 1 萬向傳動裝置結(jié)構(gòu)方案分析 型貨車主要參數(shù)選擇 表 1要參數(shù)選擇 -1 to 動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（ 318N?m 發(fā)動機(jī)到萬向軸之間傳動效率（ η ） 載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動橋靜載荷（ 54498N 變速器一檔傳動比 速器五檔傳動比 減速器傳動比 輪滾動半徑（ m） 減速器主動齒輪到車輪之間傳動效率 (η m) 車最大加速度時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)（ ） 算驅(qū)動橋（ n） 1 最大變 矩系數(shù)（ 3 軸距 3360 前、后輪距 1760、 1610（ 貨車自重 重量 接離合器所產(chǎn)生的動載荷系數(shù)（ 1 體設(shè)計(jì)方案 汽車在行駛的過程中，由于車輛上發(fā)動機(jī)的振動和行駛路面的不平的沖擊等因素引起彈性懸架系統(tǒng)的振動，導(dǎo)致變速器的輸出軸和驅(qū)動橋的輸入軸之間的相對位置經(jīng)常發(fā)生變化，所以兩根軸之間不能采用剛性的連接，而一般采用由萬向節(jié)、軸管及伸縮花鍵等組成的萬向傳動裝置來連接。其安裝在變速器與驅(qū)動橋之間，位置如圖 1示。伸縮套能自動調(diào)節(jié)變速器 與驅(qū)動橋之間距離的變化，使兩軸在不同工況下能正常的工作。較為常見的萬向節(jié)一般由十字軸、滾針軸承和凸緣叉等組成。萬向節(jié)可保證變速器輸出軸與驅(qū)動橋輸 13 入軸兩軸之間夾角的變化，并實(shí)現(xiàn)兩軸的等角速傳動。 萬向傳動 軸設(shè)計(jì) 應(yīng)滿足的要求： （ 1) 確保兩軸的夾角及相對位置在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，能可靠的傳遞動力 。 （ 2）保證傳動盡可能同步，兩軸的轉(zhuǎn)速盡可能一樣。 （ 3） 振動噪音以及附加載荷（萬向節(jié)傳動引起的）在允許范圍內(nèi)。 （ 4) 傳動 效率高，使用壽命長 、 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、維修容易 [1]。 汽車中傳動軸的選擇可根據(jù)車 型的不同來選擇相應(yīng)形式的傳動軸，車輛中，一般情況下，驅(qū)動形式為 4× 2 的汽車時(shí)所選用傳動軸為一根主傳動軸。 6× 4 驅(qū)動形式的汽車有中間傳動軸、主傳動軸和中、后橋傳動軸。 6× 6 驅(qū)動形式的汽車不僅有中間傳動軸、主傳動軸和中、后橋傳動軸，而且還有前橋驅(qū)動傳動軸。在軸距較長的汽車上所選用的傳動軸形式是將傳動軸分成主傳動軸與中間傳動軸兩段，并且為了提高傳動軸臨界轉(zhuǎn)速，避免共振以及考慮整車總體布置上的需要，一般情況下在中間傳動軸后端安裝上中間支承。中間支承是由支承架、軸承和橡膠支承組成。這樣，可避免因傳動軸過長而產(chǎn)生高轉(zhuǎn)速 下的共振，提高了傳動軸的工作可靠性。傳動軸在工作過程中做高轉(zhuǎn)速運(yùn)動且少有支撐體，用其來傳遞角度不斷改變的兩根軸間的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。傳動軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用將產(chǎn)生劇烈振動。因此，當(dāng)傳動軸與萬向節(jié)裝配后，必須滿足動平衡要求。所以傳動軸安裝平衡用的平衡片，當(dāng)平衡后，在萬向節(jié)滑動叉與主傳動軸上刻上裝配位置標(biāo)記，以便拆卸后重新裝配時(shí)，保持二者的相對角位置不變。 本設(shè)計(jì)所選車型為中型載貨汽車，其軸距為 3360且載重量為 體參數(shù)可由表 1知，所以傳動軸選用主傳動軸與中間傳動軸兩段軸，避免 由于傳動軸過長時(shí)固有頻率會降低而產(chǎn)生的共振，并加設(shè)中間支承。根據(jù)貨車的整體布置要求，將離合器與變速器，變速器與分動器之間拉開一段距離，考慮到軸與軸同心及車架的變形，決定采用十字軸式萬向傳動軸，為避免運(yùn)動干涉，在傳動軸中設(shè)有由滑動叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié)。 14 圖 1變速器與驅(qū)動橋之間的萬向傳動裝置 了使傳動軸得到較高的強(qiáng)度和剛度，因此，將傳動軸做成空心的傳動軸 ，這樣形式的傳動軸具有質(zhì)量較小，成本較低，傳遞轉(zhuǎn)矩較大的優(yōu)點(diǎn)，且比實(shí)心傳動軸具有更高臨界轉(zhuǎn)速。萬向傳動軸的伸縮花鍵軸結(jié)構(gòu)如圖 1示。傳動軸驚顫處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，傳動軸材料的選擇可根據(jù)機(jī)械零件手冊選取 40用于重要軸的制造，具有較高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 動軸管選擇 傳動軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄 （ 1.5 ，管徑較大、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高，彎曲剛度大，適于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼薄板卷制的電焊鋼管制成。超重型貨車的傳動軸則直接采用無縫鋼管。 縮花鍵的選擇 伸縮花鍵選用矩 形花鍵，來補(bǔ)償由于汽車運(yùn)動時(shí)傳動軸兩端萬向節(jié)之間的長度變化。裝車時(shí)傳動軸的伸縮花鍵一端不應(yīng)靠近后驅(qū)動橋，而應(yīng)靠近中間支撐，以減小其軸向摩擦力及磨損。，對花鍵齒進(jìn)行磷化處理或噴涂尼龍，在花鍵軸外面加設(shè)有防塵罩，間隙小一些，一面引起傳動軸的振動。花鍵齒與鍵槽按對應(yīng)標(biāo)記裝配，以保持傳動軸總成的動平衡。動平衡的不平衡度由電焊在軸管外的平衡片補(bǔ)償，裝配式，傳動軸的伸縮花鍵一端應(yīng)靠近變速器，減小其軸向阻力和磨損 [2]?；ㄦI應(yīng)有可靠地潤滑以及防塵措施，且間隙不宜過大，以免引起傳動軸振動。內(nèi)、外花鍵應(yīng)對中，為減小鍵齒摩擦表 面間的壓力及磨損應(yīng)使鍵齒長與其最大直徑之比不小于 2。花鍵齒與鍵槽應(yīng)按對應(yīng)標(biāo)記裝配，以免破壞傳動軸總成的動平衡。動平衡的不平衡度由點(diǎn)焊在軸管外表面上的平衡片補(bǔ)償。 15 圖 1向傳動軸 — 花鍵軸結(jié)構(gòu)簡圖 -2 23456 789101 - 動軸的長度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動軸長度處在最大值時(shí)，花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長度；而在長度處于最小時(shí)，兩者不頂死。傳動軸夾角大小會影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動效率和十字軸的不均勻性。根據(jù)車架與輪胎的形變量確定傳動軸夾角變化范圍為 15゜～ 18゜ 之間。 向節(jié)分析 萬向節(jié)種類繁多， 典型的 要數(shù) 十字軸萬向節(jié) ，它一般 由主動叉、從動叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。 目前常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式、卡環(huán)式、固定式、和塑料環(huán)定位式等。蓋板式軸承軸向定位方式的一般結(jié)構(gòu)是用螺栓和蓋板將套筒。固定在節(jié)叉上，并用鎖片將螺栓鎖緊。它工作可靠、拆裝方便，但零件數(shù)目較多。有時(shí)將蓋板點(diǎn)焊于軸承座底部，裝配后，彈性蓋板對軸承座底部有一定的預(yù)，以免高速轉(zhuǎn)動時(shí)由于離心力作用，在十字軸端面與軸承底座之間出現(xiàn)間隙而引起十字軸軸向竄動，從而避免了由于這種竄 動造成的傳動軸動平衡狀態(tài)的破壞。 滾針軸承的潤滑和密封好壞直接影響著十字軸萬向節(jié)的使用壽命。毛氈油封由于漏油多，防塵、防水效果差，在加注潤滑油時(shí)，在個(gè)別滾針軸承中可能出現(xiàn)空氣阻塞而造成缺油，已不能滿足越來越高的使用要求。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙刃口復(fù)合油封，其中反裝的單刃口 16 橡膠油封用作徑向密封，另一雙刃口橡膠油封用作端面密封。當(dāng)向十字軸內(nèi)腔注人潤滑油時(shí)，陳油、磨損產(chǎn)物及多余的潤滑油便從橡膠油封內(nèi)圓表面與十字軸軸頸接觸處溢出，不需安裝安全閥，防塵、防水效果良好。在灰塵較多的條件下使用時(shí)，萬向節(jié)壽命可顯著提高。 十字軸萬 向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)成本低。但所連接的兩軸夾角不宜過大，當(dāng)夾角由 4°增至 16°時(shí)，十字軸萬向節(jié)滾針軸承壽命約下降至原來的1／ 4。 汽車除轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋及帶有擺動半軸的驅(qū)動橋的分段式半軸多采用等速萬向節(jié)外，一般驅(qū)動橋傳動軸均采用一對十字軸萬向節(jié)材料選擇。 材料選擇：十字軸常用材料為 20頸表面進(jìn)行滲碳淬火處理，滲碳深度表面硬度為 8 ，軸頸端面硬度不低于 55 部硬度為3 。萬向節(jié)叉一般采用 40 或 45 中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理硬度 8 ，滾針針軸承材料一般采用 字軸萬向節(jié)的損壞形式主演由十字軸周靜和滾針軸承的磨損，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，，十字軸萬向節(jié)便報(bào)廢。十字軸的主要失效形式時(shí)軸頸根部的斷裂，因此應(yīng)保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度。 間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 在乘用車上，有時(shí)為了提高傳動系的彎曲剛度，改善傳動系彎曲振動特性 ，減小噪聲需在中間加裝中間支撐將傳動軸分成兩段 [3]。 中間支撐通常安裝在車架橫梁上或車身底架上，以補(bǔ)償傳動軸軸向和角度方向的安裝誤差，以及車輛行駛過程中的發(fā)動機(jī)啊的竄動和車架等變形所引起的位移。目前廣泛采用橡膠彈性中間支承，其結(jié)構(gòu)中采用單列滾子軸承，橡膠彈性元件能吸收傳動軸的振動，降低噪聲。這種彈性中間支撐不能傳遞軸向力，它主要承受傳動軸因不平衡、偏心等因素引起的徑向力，以及萬向節(jié)上的附加彎矩所引起的徑向力。中間支承的固有頻率可按下式計(jì)算 ?210 ? （ 1 式中，0 中間支承橡膠彈性元件的徑向剛度（ N/ 17 m 為中間支承懸置質(zhì)量（ 它等于傳動軸落在中間支承上的一部分質(zhì)量與中間支承軸承及其軸承所承受的質(zhì)量之和。 在設(shè)計(jì)中間支承時(shí)，應(yīng)合理選擇橡膠彈性元件的徑向剛度 固有頻率 n=600f（ r/可能低于傳 動軸的常用轉(zhuǎn)速范圍，以免共振，保證隔振效果好。需用臨界轉(zhuǎn)速為 1000于乘用車，取下限。選取 n 為 1800r/中間支承的固有頻率依此數(shù)據(jù)確定時(shí)，由于傳動軸不平衡引起的共振轉(zhuǎn)速為1000由于萬向節(jié)上的附加彎矩引起的共振轉(zhuǎn)速為 500r/此，確定00 圖 1支架； 234561-U 234- 5- 618 2 萬向節(jié)的分類 萬向節(jié)種類較多可根據(jù)其 在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性 ，可以將萬向節(jié) 分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié) 兩大類 [1]。 剛性萬向節(jié)是靠零件的鉸鏈?zhǔn)竭B接傳遞動力，而 剛性萬向節(jié)又可分為不等速萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)三種。 撓性萬向節(jié)是靠彈性零件傳遞動 力的，其具有結(jié)構(gòu)簡單、無需潤滑、減振降噪的優(yōu)點(diǎn)。萬向節(jié)詳細(xì)分類如下圖 2示： 圖 2等速萬向節(jié) 十字軸式剛性萬向節(jié) 是最為典型的 不等速萬向節(jié) ，并在汽車中得到廣泛應(yīng)用 ， 其 允許相鄰兩軸的最大交角為 15゜～ 20゜。十字軸式萬向節(jié)由一個(gè)十字軸，兩個(gè)萬向節(jié)叉和四 組 滾針軸承等組成。這樣當(dāng)主動軸轉(zhuǎn)動時(shí)，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動，又可繞十字軸中心在萬向節(jié) 剛性萬向節(jié) 擾性萬向節(jié) 不等速萬向節(jié) 準(zhǔn)等速萬向節(jié) 等速萬向節(jié) 十字軸式 雙聯(lián)式 凸塊式 三銷軸式 球面滾輪式 球叉式 球籠式 圓弧槽滾道型式 直槽軌道型 伸縮型 9 任意方向擺動，這樣就適應(yīng)了夾角 和距離同時(shí)變化的需要。在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔間裝有滾針軸承，滾針軸承外圈靠卡環(huán)軸向定位。為了潤滑軸承，十字軸上一般安有注油嘴并有油路通向軸頸。潤滑油可從注油嘴注到十字軸軸頸的滾針軸承處。 等速萬向節(jié) 常見的準(zhǔn)等速萬向節(jié)有雙聯(lián)式和三銷軸式兩種，它們的工作原理與雙十字軸式萬向節(jié)實(shí)現(xiàn)等速傳動的原理是一樣的。 雙聯(lián)式萬向節(jié)實(shí)際上是一套將傳動軸長度減縮至最小的雙十字軸式萬向節(jié)等速傳動裝置，雙聯(lián)叉相當(dāng)于傳動軸及兩端處在同一平面上的萬向節(jié)叉。在當(dāng)輸出軸與輸入軸的交角較小時(shí)，處在圓弧上的兩軸軸線交點(diǎn)離上述中垂線 很近，能使兩軸角速度接近相等，所以稱雙聯(lián)式萬向節(jié)為準(zhǔn)等速萬向節(jié)。 速萬向節(jié) 目前轎車上常用的等速萬向節(jié)為球籠式萬向節(jié)，也有采用球叉式萬向節(jié)或自由三樞軸萬向節(jié)的。輸入軸和輸出軸以始終相等的瞬時(shí)角速度傳遞的萬向節(jié)，既稱之為等速萬向節(jié)。 等速萬向節(jié)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋和斷開式驅(qū)動橋的車輪傳動裝置中應(yīng)用較為廣泛，常見的類型有球籠式、球叉式、凸塊式等。 20 3 萬向節(jié)的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 向節(jié)結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì) 本構(gòu)造與基本原理 由于本設(shè)計(jì)對象為中型貨車的萬向節(jié)與傳動軸，因此，選用十字 軸式萬向節(jié)。十字軸式萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單和傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)。為了減少摩擦損失，提高傳動效率和使用壽命，在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔之間裝有由滾針和套筒組成的滾針軸承?，F(xiàn)今，常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式、卡環(huán)式、瓦蓋固定式 和塑料環(huán)定位式等。本中型貨車滾針軸承所選 軸向定位為外卡環(huán)式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作 圖 3可靠 、零件少和質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn)。滾針軸承的潤 好密封好壞能影響到十字軸萬向節(jié)的使用性 能及壽命。為防止漏油、提高防塵和防水效果，本文選用結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙刃口復(fù)合油封，在工作條件較差的情況下可顯著提高萬向節(jié)使用壽命。 然后，用螺釘和軸承蓋將套筒固定在萬向節(jié)叉上，并用鎖片將螺釘鎖緊，以防止軸承在圖 1字軸尺寸及受力簡圖離心力作用下從萬向節(jié)叉內(nèi)脫出。這樣，當(dāng)主動軸轉(zhuǎn)動時(shí)，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動，又可饒十字軸中心在任意方向擺動。 定十字軸尺寸 查閱汽車設(shè)計(jì)等資料，結(jié)合其他汽車的十字軸萬向節(jié)尺寸及表 1定下面的十字 表 3向節(jié)參數(shù)選擇 字軸軸頸直徑 5字軸油道孔直徑 8力 r=40針直徑 針總長度 L=2321 其他參數(shù) e=44； a=24； h=46、 b=23（ h、 b 分別為矩形截面的高和寬的長度） 滾針軸承尺寸： 表 3針軸承的選擇 he of 軸承代號 基本尺寸（ b 01D H 1B 8 9 0 21 0 21 0 32 26 2 35 26 5 39 32 2 25 5 13 7 7 25 5 13 32 0 27 5 15 34 0 27 5 15 34 根據(jù)已知條件選取滾針軸承： 十字軸萬向節(jié)的傳動效率 十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角 ? 、十字軸的支承結(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) 25???時(shí)，可按下式計(jì)算 ??? ta 0 ????????a 1 10 ?????????????? ? ?? （ 3 式中， 0? 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： 22 0 ~ 0 f ? ，滾針軸承： 0 ~ 0 f ? ；其他符號意義同前。通常情況下，十字軸萬向節(jié)的傳動效率約為 97% ~ 99% 。 向節(jié)強(qiáng)度校核 字軸萬向節(jié)運(yùn)動和受力分析 本文所選萬向傳動軸分為主傳動軸和中間傳動軸兩段并由三個(gè)萬向節(jié)相連接，因此運(yùn)動和受力分析可按多十字軸萬向節(jié)傳動計(jì)算 : 多萬向節(jié)傳動的從動叉相對主動叉的轉(zhuǎn)角差??（ 計(jì)算公式與單萬向節(jié)相似，可寫成 )(2s 2 ???? ??? e（ 3 式中，e?為多萬向節(jié)傳動的當(dāng)量夾角； ? 為主動叉的初相位角； 1? 為主動軸轉(zhuǎn)角。如果同具有夾角為e?，而主動叉具有初相位 ? 單萬向節(jié)傳動一樣。 假如多萬向節(jié)傳動的各軸 軸線均在同一平面，且各傳動軸兩端萬向節(jié)叉平面之間的夾角為零或 ? /2，則當(dāng)量夾角e?為 ????? 232221 ???? e （ 3 式中， 1? 、 2? 、3?等為各萬向節(jié)的夾角。當(dāng)?shù)谝蝗f向節(jié)的主動叉處在各軸軸線所在的平面內(nèi)，在其余的萬向節(jié)中，如果其主 動叉平面與此平面重合定義為正，與此平面垂直定義為負(fù)。為使多萬向節(jié)傳動的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn)，應(yīng)使e?=0 。萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)角差會引起動力總成支承和懸架彈性元件的振動，還能引起與輸出軸相連齒輪的沖擊的噪聲及駕駛室內(nèi)的諧振噪聲。因此，在設(shè)計(jì)多萬向節(jié)傳動時(shí)，總是希望其當(dāng)量夾角e?盡可能小。一般設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使空載和滿載兩種工況下的e?不大與 3゜ 。另外，對多萬向節(jié)傳動輸出軸的角加 速度幅值 212??于乘用車，2212 /3 5 0 ?? ；對于商用車， 2212 /6 0 0 ?? 。 23 字軸萬向節(jié)傳動的附加彎矩和慣性力矩 車輛行駛時(shí)，由于扭矩傳遞的方向一致，十字軸的受力方向也一致。久而久之，造成十字軸軸頸的單邊磨損，隨著時(shí)間的推移，十字軸受力的一面便會磨損加大，起槽，以致于松曠發(fā)響。可以采取將十字軸在相對于原先位置轉(zhuǎn)動 90° 再使用，這樣可以延長使用時(shí)間。在組裝時(shí)應(yīng)注意將有油嘴的一面朝向傳動軸 ，萬向節(jié)叉應(yīng)在十字軸上轉(zhuǎn)動自如，不應(yīng)有卡滯現(xiàn)象，也不應(yīng)出現(xiàn)有軸向的間隙。在平時(shí)保養(yǎng)中應(yīng)勤注潤滑脂，防止由于缺少潤滑脂造成十字軸軸頸和軸承的磨損。 如圖 3十字軸萬向節(jié)的主動叉軸上作用著不變的轉(zhuǎn)矩 ，則與它成夾角 ? 的從動叉軸上的轉(zhuǎn)矩 隨叉的轉(zhuǎn)角而變化，除非其主、從動叉軸的夾角 ? =0? [4]。如不記萬向節(jié)的摩擦損失，則有 T 1 ? 1 = ? ，代入式12??=122 co s ??? ? ，則可得如下的關(guān)系式 : ??? co s s = ??? c o s c o sc o ss ? （ 3 式中 1? —— 主動叉轉(zhuǎn)角。 當(dāng)主動叉轉(zhuǎn)角 1? 為 90? ， 270? 等值時(shí)得 3 當(dāng)主動叉轉(zhuǎn)角 1? 為 0? ， 180? 等值時(shí)得 T T T1 （ 3 具有夾角 ? 的十字軸萬向節(jié)，由于其主、從動叉軸上的轉(zhuǎn)矩 用在不同平面上，因此僅在主動傳動叉軸上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和從動叉軸上的反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平衡的。由萬向節(jié)的力矩平衡來看，在萬向節(jié)上必然還作用有另外的力矩。要想使用十字軸平衡，必須使主、 從動叉對十字軸的力矩作用平面與十字軸軸線所在平面共面。主動叉對十字軸的作用力矩除主動轉(zhuǎn)矩 ，在一定 ? 1 轉(zhuǎn)角下還有附加彎矩 從動叉對十字軸的作用力矩除其反轉(zhuǎn)矩 ，在一定轉(zhuǎn)角下也產(chǎn)生附加彎矩 正是由于這些附加彎矩的存 24 在，補(bǔ)償了 使得它們的力矩平面與十字軸軸線所在平面共面，才使得十字軸萬向節(jié)得以平衡。圖 3出了在一定 1? 轉(zhuǎn)角下產(chǎn)生的附加彎矩向量 轉(zhuǎn)矩向量 間的關(guān)系 [4]。又該圖所見，當(dāng) 1? =0? ,180? ,360? ，···時(shí)，因 用于十字軸軸線平面上，故 為零，這時(shí) 作用平面與十字軸軸線所在平面不共面，故必有彎矩 生，且彎矩向量 垂直于 它們的合向量（ 與 方向相反，大小相等，十字軸得以平衡。由力矩的向量三角形得： ?? T （ 3 n 1n 1 t a n s e c T 1T 2n 2n 2n 1n 1 s e c t a n -2 1? =90? ,270? ,450? ，···時(shí)同理可知 2T 為零，則主動叉上的附加彎矩為 1T = 1T （ 3 由上述可知，附加彎矩 1T ， 2T 在 0 與以上兩式所表達(dá)的最大值間作周期為 180? 的變 25 化。 從動叉軸支承承受周期性變化的徑向載荷為 P? =?=? （ 3 式中 L? —— 萬向節(jié)中心至從動叉軸支承間的距離。 這時(shí)，萬向節(jié)也承受與上力大小相等、方向相反的力。與此相反的反作用力矩則由主動叉軸的支承所承受。 同樣， 1T 使主動叉軸支承承受周期性變化的徑向載荷，萬向節(jié)也承受與其大小相等，方向相反的力。而在從動軸支承和萬向節(jié)上造成大小相等，方向相反的側(cè)向載荷 P? =??T （ 3 附加彎矩在萬向節(jié)主從叉軸支承上引起周期性變化的徑向脈沖負(fù)荷，可能激起支撐振動。此附加