毕业设计说明书
伸缩型球笼式等速万向节设计
系 (院): 机械工程系
专业：机械制造与自动化班级: 08112
学号：22
姓名:0.0
指导教师：0.0
成都工业学院
2010年5月25日
摘要
伸缩型球笼式等速万向节是汽车的关键部件之一，它直接影响车辆的转向驱动性能。
本设计根据在汽车传动系统的结构的布置，确定球笼式等速万向节的结构特点与参数等。对球笼式等速万向节的等速性、运动规律、受力情况、效率和寿命进行了深入分析。
对重要零件进行了材料的选择和工艺性分析。并且运用三维制图软件Pro-e和二维制图软件caxa，进行了辅助分析。
关键词等速万向节汽车设计分析效率使用寿命软件
ABSTRACT
Telescopic type of ball cage patterned constant speed universal joint is one of the key components of cars, which directly affect vehicles to drive performance.
This design according to the structure in auto transmission system, to determine the layout of ball cage patterned constant speed universal joint structure characteristics and parameters etc. Of ball cage patterned constant speed universal joint of constant sex, motion, stress, efficiency and analyzes the service life.
An important part of the analysis of the choice of materials and workmanship. And to use 3d drawing software Pro - e and 2d graphics software caxa, the auxiliary analysis.
Keywords: rzeppa constant velocity joins; Car; Design; Analysis; Efficiency; Service life; software.
目录
摘要 (1)
0 引言 (6)
0.1 汽车万向节与传动轴技术发展综述 (6)
0.2 球笼式等速万向节的发展状况 (7)
0.3 球笼式等速万向节的润滑及密封技术现状 (8)
1 万向节结构与设计参数确定 (9)
1.1 结构选择 (9)
1.2 等速证明 (11)
1.3 等速万向节等速的保证 (12)
1.4参数确定 (15)
1.4.1 万向节轴径和钢球直径 (15)
1.4.2 钢球回转中心径 (17)
1.4.3 筒形外壳沟道沟槽形状及设计参数 (17)
1.4.4 沟道偏心距 (19)
1.4.5 万向节基本尺寸的确定 (19)
2 万向节运动分析与力学分析 (23)
2.1 钢球的运动分析 (24)
2.1.1 钢球的运动轨迹 (24)
2.1.2 钢球沿y轴方向运动 (26)
2.1.3 钢球沿径向运动 (27)
2.1.4 钢球的切向速度与切向加速度 (28)
2.2 万向节受力分析 (30)
2.2.1 钢球位置计算 (30)
2.2.2 钢球运动平面与原始平面对应半径的夹角 (32)
2.2.4 椭圆上各钢球的圆周力 (33)
2.3 保持架运动和受力分析 (34)
3 万向节主要零件的材料选择及工艺流程 (36)
3.1 筒形外壳 (36)
3.1.1 筒形外壳材料的选择 (36)
3.1.2 筒形外壳工艺流程 (36)
3.2 球笼 (38)
3.2.1 球笼材料的选择 (38)
3.3 星形套 (40)
3.3.1 星形套材料选择 (40)
3.3.2 星形套工艺流程 (41)
3.4 半轴 (42)
3.4.1 半轴材料的选择 (42)
3.5 钢球 (43)
3.5.1 钢球材料选择 (43)
3.6 星形套与半轴的固定 (43)
4 制造技术 (43)
5 球笼式万向节的润滑 (44)
6 等速万向节的效率 (45)
6.1效率公式的推导; (46)
6.2 扭矩损失公式的推导: (46)
6.3 钢球与内外滚道之间的摩擦损失： (47)
6.4 钢球与保持架之间的摩擦损失： (48)
6.5 外滚道与保持架之间的摩擦损失： (48)
6.6 内滚道与保持架之间的摩擦损失： (49)
7 万向节寿命分析 (50)
8 设计总结 (56)
10 谢词 (57)
11 参考文献 (59)
0 引言
0.1 汽车万向节与传动轴技术发展综述
在汽车传动系和驱动系中，万向节和传动轴作为一种重要的工程部件获得了广泛的应用。根据运动学原理，万向节可划分为非等速、等速和准等速万向节三种，单个虎克万向节的非等速性最早是由Ponceler借助球面三角所证明。面球笼式（Rzeppa）万向节和三枢轴（Tripode）万向节的等特征则分别由后来的Metzner和MicheOrain 获得证明。
根据万向节类型，传动轴可分为：虎克万向节传动轴；球笼式万向节传动轴；三枢轴式万向节传动轴。大家知道，传动轴的主要功能是在输入轴和输出轴之间距离与夹角改变时能尽可能均匀滴传递扭矩和旋转运动。
随着汽车工业的发展，特别是前轮驱动桥车大量生产一来，万向节和传动轴，尤其是等速万向节传动轴的设计理论和制造技术获得了飞速的发展。当今国际上，万向节和传动轴生产厂加之间的竞争日趋势激烈：把一种新产品投放市场，不仅要求骑强度和寿命应满足各种
使用要求的规定，而且还要求产品的价格更具有竞争性和轻量化。
我国“八五”开始重视轿车的发展，作为关键零部件之一的等速万向节被国家列为重点扶持的关键零部件项目之一。但由于起步较晚，与国外相比，无论是从产品的设计、还是制造技术都存在一定的差距。
0.2 球笼式等速万向节的发展状况
球笼式等速万向节是奥地利A.H.Rzeppa于1926年发明的（简称Rzeppa型），后经过多次改进。1958年英国波菲尔（Birfidld）集团哈迪佩塞公司成功滴研制了比较理想的球笼联轴器（称Birfield型：或普通型，简称BJ型）。1963年日本东洋轴承株式会社引进这项新技术，进行了大量生产、销售，并于1965年又试制成功了可作轴向滑动的伸缩型（亦称双效补偿型，简称DOJ型）球笼万向联轴器。目前，球笼式等速万向节已在日、英、美、德、法、意等12个国家进行了专利主城。
Birfield型和Rzeppa型万向节在结构上的最大区别，除没有分度机构外，还在于钢球滚道的几何学与断面形状不一样。Rzeppa型
万向节用的是单圆弧的钢球滚道，单圆弧滚到其半径大一个间隙，因此最大接触应力常发生在滚道边缘处。当钢球的载荷很大时，滚道边缘易被挤压坏，从而降低了工作能力。Birfield（BJ型）万向节的钢球滚道横断面的轮廓为椭圆型，骑等角速传动是依靠外套滚到中心A、内套滚到中心B等偏置地位于万向节中心O的两侧实现的。而伸缩型的等速传动则依靠保持架（球笼）外球面中心A与内球面中心B等偏置地位于万向节中心O的两边实现的。
0.3 球笼式等速万向节的润滑及密封技术现状
卫视球笼式等速万向节都能可靠的正常工作，必须使其保持良好的润滑状态，否则就会造成金属元件的直接接触，加剧万向节原件的磨损或擦伤，降低其工作寿命。因此对此种万向节的润滑、密封应给与足够的重视。
球笼式等速万向节所才用的润滑剂主要取决于转速和角度。在转速高达1500r/min时，使用一种优良的油脂，这种油脂能防锈。若转速和角度都较大时，则使用润滑油。同时，万向节的密封装置应包成润滑剂步泄漏。常用筒式波纹型橡胶密封罩。
1 万向节结构与设计参数确定
1.1 结构选择
伸缩型球笼式万向节结构与一般球笼式相近，仅仅外滚道为直槽。在传递转矩时，星形套与筒形壳可以沿轴向相对移动，故可省去其它万向传动装置的滑动花键。这不仅结构简单，而且由于轴向相对移动是通过钢球沿内、外滚道滚动实现的，所以与滑动花键相比，其滚动阻力小，传动效率高。这种万向节允许的工作最大夹角为20°。
Rzeppa型球笼式万向节主要应用于转向驱动桥中，目前应用较少。Birfield型球笼式万向节和伸缩型球笼式万向节被广泛地应用在具有独立悬架的转向驱动桥中，在靠近转向轮一侧采用Birfield型万向节，靠近差速器一侧则采用伸缩型球笼式万向节。伸缩型万向节还被广泛地应用到断开式驱动桥中。
伸缩型球笼式等速万向节属于等速万向节，其工作特点是所有传力点总是位于两轴夹角的等分平面上，这样被万向节所联接的两轴的角速度就永远相等。在转向驱动桥、断开式驱动桥等的车轮传动装置中，广泛地才用等速万向节。某轻型汽车采用的伸缩型球笼式等速万
向节，其结构件图见图1。球笼式万向节由于汽油六个钢球同时承载，承载能力及耐冲击能力强、传动效率高、结构紧凑、安装方便，工作角很大。适合轻型汽车上应用。
1、从动轴
2、筒形外壳
3、密封圈
4、球笼
5、星型套
6、传力钢球
7、主动轴
图1 伸缩型球笼式等角速万向节结构示意图
1.2 等速证明
伸缩型球笼式等角速万向节的等速传动原理如图1所示。外滚到中心A与内滚到的中心B分别位于万向节中心O的两边，且与O 等距离。传力钢球的中心C位于A、B两点的距离也相等。保持架的
内外球面、星型套的外球面和筒形外壳的内球面均以万向节O 为球心。因此，当两轴夹角变化时，保持架科研内、外球面滑动，以保持传力钢球在一定位置。
由图1可见，由于OA=OB,CA=CB,则三角形COA COB ???，因此，COA COB ∠=∠,即两轴相交任意角?时，其传力钢球的中心C 都位于夹角的平分面上。此时，传力钢球到主动轴和从动轴的距离a 和b
相等，根据公式：v r ω= ，.由于传力钢球的速度（v ）相同，半径r a b ==，
从而保证了主、从动轴以相等的角速度转动。 1.3 等速万向节等速的保证
图2 内外环与钢球的工作原理图
已知偏移角和中心偏置距是保证等速性的关键尺寸。
可根据钢球在内外环钢球滚道中的工作状况，先求出钢球在楔紧状态下的楔角的极限值，再选择一个大于β/2楔角的角度作为偏移角，并求其相对应的中心偏置距。 最大楔角的确定方法如下：
由图2可见，钢球在楔角β时刚好楔紧。由于在楔紧状态下内外环作用在钢球上的法相压力有将钢球推向分离的趋势，因此在接触点E 和F 处的摩擦力则倾向于阻止钢球分离，两种里综合作用的结果，是钢球保持平衡状态。在图中建立坐标系XOY ，则当钢球处于楔紧状态时，应满足下式：
2
2
111sin sin 0
x
P f N
N f N ββ=-+-≤∑ （1-1）
2111cos sin 0
y
P
N N f N ββ=+-≤∑ （1-2）
2211()0
e
M
f N f N r =+≤∑ （1-3）
式中：
1N 、2N ——内环、外环与钢球接触点上的压力； 1f ——内环与钢球接触点处的摩擦系数；
2f ——外环与钢球接触点处的摩擦系数；
β——楔角；
r ——半径。
由式（1-1）、（1-2）可得：22
121f f tg f f β+=
- （1-4）
由式（1-1）、（1-3）可得：1
2
tg
f β
≤ （1-5） 由式（1-2）、（1-3）可得：
2
2
tg
f β
≤ （1-6）
在楔紧状态下，钢球与内外环之间均为静止滑动摩擦，故有：
21e e
f f f t
g ρ=== （1-7）
即（1-4）、（1-7）可得楔进条件为：
22
22211e e
e e e
f t
g tg tg f tg ρβρρ≤
==--
即 2e βρ≤ （1-8） 由式（1-3）、（1-7）可得：
12N N =
由式（1-8）可知，当2e βρ≤时，钢球处于锁止状态。故保证了等速万向节的等速性。
1.4参数确定
1.4.1 万向节轴径和钢球直径
对于球笼式万向节，其轴径尺寸S(万向节的名义尺寸)可按下面经验公式计算：
()max 28.7210F
M S S mm -=
?
式中，F S 为使用因素影响系数，对传动轴而言，F S 的值越大，允许负荷就越小。考虑轻型汽车使用条件主要为城区道路，故取F S =1.2； max M 为传动轴传递的最大扭矩。取动力输出最大转矩158N m ，额定转速4000n =r/min ，主减速器传动比 3.5i =，变速器一档传动比
3.2
g i =。所以传动轴最大扭矩为
max 0.5885g M M i i =???=（N m ）
经计算23.02S mm ≈，由于球笼式万向节结构设计系列标准，见表1。取23.8S mm =，钢球直径为18.000d mm =。
表1 球笼万向节系列数据（部分）
名义
尺寸
单位
75 87 95 100 113 125 150 与星型套
联接的轴
径直接
mm 19.1 22.2 23.8 25.4 28.6 31.8 38.1 钢球直径mm 14.288 16.669 18.000 19.050 21.431 23.812 28.575
星型套最大
直径
mm
22.42/
22.35
26.67/
26.59
26.67/
26.59
30.48/
30.35
33.15/
33.02
37.16/
37.08
46.10/
45.97 最小
直接
mm
20.22、
20.09
24.67/
24.56
24.67/
24.56
25.53/
25.40
30.61/
30.48
33.35/
33.22
41.28/
41.15 槽距mm
22.75/
45.5
22.75/
45.5
22.75/
45.5
20/40 20/40 13/26
10.50/
21
花键齿数19 23 23 23 25 18
1.4.2 钢球回转中心径
筒形外壳与星型套通过各自沟道曲率中心的钢球回转中心径可按下式计算
()ei k D K D D =+
其中：K ——钢球回转中心径系数，一般取0.52K =； ei D ——星型套内花键大经，为26.60mm ； k D ——筒形外壳最大外径，为88mm 。 计算得，59.59D =mm 取：60D =㎜。 1.4.3 筒形外壳沟道沟槽形状及设计参数
由于星型套滚道接触点的纵向曲率半径小于外半轴滚道的纵向曲率半径，所以前者上的接触椭圆比后者的要小，即前者的接触应力大于后者。因而与外滚道相比，内滚道磨损较大，疲劳寿命较短，设计时应着重控制钢球与星型套滚道表面的接触应力，并以此确定万向节的承载能力。
球壳外径 mm 70 81 88 92 103 115 137
本设计采用双偏心弧形的滚道形式，其主参数设计计算如下。
1）沟道截面圆弧半径
筒形外壳沟道圆弧半径可按下式计算
k k R f d =
取0.52k f =，得9.36k R mm =。
2）沟道接触角
钢球与筒形外壳沟道截面圆弧的切点和钢球中心线与钢球纵向中心线的夹角α为接触角，一般45?=?。
3）沟道圆弧与钢球两中心距的水平距离
筒形外壳沟道截面圆弧中心与钢球中心距的水平距离为
1sin 2k h R d α
?
?=- ???
代入数据得：0.255h mm =。
4）沟底间隙
筒形外壳底部与钢球的间隙可通过结构分析由下式计算：
222k d
R h h ε=---
代入数据得：0.102mm ε=
1.4.4 沟道偏心距
由于球笼式万向节等速性的基本原理得，筒形外壳和星型套的沟道中心与各自球面中心的距离（偏心距）相等。由图1的几何关系可得偏心距e 为
1sin 22e AO BO D θ===
取17θ=?，计算得 3.60e mm =。
星型套通过其沟道曲率中心的沟道截面形状是同筒形外壳一样的，也是关于钢球中心对称的双偏心圆弧型，其主要参数的设计计算与筒形外壳相同。
1.4.5 万向节基本尺寸的确定
1）传力钢球分布半径 由经验公式：(1.65 1.71)R d =- 又知：18d =㎜
得：29.730.78R = 取：30R =㎜ 2）球笼厚度
球笼式万向节设计 作者：xxx；指导老师：xxx （xxx大学工学院 2011级车辆工程专业合肥 230036） 下载须知：本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外，有需要电子档的同学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。同进步，建设社会主义和谐社会。 摘要：球笼式万向节是上个世纪六七十年代快捷发展出来的一种万向节，它的特点是密封性好、同步性好、紧凑、结构简单、寿命长、承重效果好、效率高、角位移大。它主要应用于起重机、拖拉机、汽车、纺织、医疗等领域。本设计基于对汽车传动系统布局结构的设计，以确定球笼式万向节的结构特性和其他参数。对于球笼式万向节等速性的运动，受力，效率和寿命有了深入的分析。选择了材料分析过程中的重要部分和零件，并采用三维绘图软件PRO-E进行了分析。 关键词：球笼式万向节；结构；设计；分析；选择；寿命校核 1 绪论 球笼式等速万向节是奥地利A.H.Rzeppa于1926年发明的（简称Rzeppa型），后经过多次改进。1958年英国波菲尔（Birfidld）集团哈迪佩塞公司成功滴研制了比较理想的球笼联轴器（称Birfield型：或普通型，简称BJ型）。1963年日本东洋轴承株式会社引进这项新技术，进行了大量生产、销售，并于1965年又试制成功了可作轴向滑动的伸缩型（亦称双效补偿型，简称DOJ型）球笼万向联轴器。目前，球笼式等速万向节已在日、英、美、德、法、意等12个国家进行了专利主城。
Birfield型和Rzeppa型万向节在结构上的最大区别，除没有分度机构外，还在于钢球滚道的几何学与断面形状不一样。Rzeppa型万向节用的是单圆弧的钢球滚道，单圆弧滚到其半径大一个间隙，因此最大接触应力常发生在滚道边缘处。当钢球的载荷很大时，滚道边缘易被挤压坏，从而降低了工作能力。Birfield （BJ型）万向节的钢球滚道横断面的轮廓为椭圆型，骑等角速传动是依靠外套滚到中心A、内套滚到中心B等偏置地位于万向节中心O的两侧实现的。而伸缩型的等速传动则依靠保持架（球笼）外球面中心A与内球面中心B等偏置地位于万向节中心O的两边实现的。 2 结构分析 球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。早期的Rzeppa型球笼式万向节(图1—a)是带分度杆的，球形壳1的内表面和星形套3的球表面上各有沿圆周均匀分布的六条同心的圆弧滚道，在它们之间装有六个传力钢球2，这些钢球由球笼4保持在同一平面内。当万向节两轴之间的夹角变化时，靠比例合适的分度杆6拨动导向盘5，并带动球笼4使六个钢球2处于轴间夹角的平分面上。经验表明，当轴间夹角较小时，分度杆是必要的；当轴间夹角大于11°时，仅靠球形壳和星形套上的子午滚道的交叉也可将钢球定在正确位置。这种等速万向节无论转动方向如何，六个钢球全都传递转矩，它可在两轴之间的夹角达35°～37°的情况下工作。 目前结构较为简单、应用较为广泛的是Birfield型球笼式万向节(图1—b)。它取消了分度杆，球形壳和星形套的滚道做得不同心，令其圆心对称地偏离万向节中心。这样，即使轴间夹角为0°，靠内、外子午滚道的交叉也能将钢球定在正确位置。当轴间夹角为0’时，内、外滚道决定的钢球中心轨迹的夹角稍大于11°，这是能可靠地确定钢球正确位置的最小角度。滚道的横断面为椭圆形，接触点和球心的连线与过球心的径向线成45‘角，椭圆在接触点处的曲率半径选为钢球半径的1．03～1．05倍。当受载时，钢球与滚道的接触点实际上为椭圆形接触区。由于工作时球的每个方向都有机会传递转矩，且由于球和球笼的配合是球形的，因此对这种万向节的润滑应给予足够的重视。润滑剂的使用主要取决于传动的转速和角度。在转速高达1500r／min时，一般使用防锈油脂。若转速和角度都较大时，则使用润滑油。比较好的方法是采用油浴和循环油润滑。另外，万向节的密封装置应保证润滑剂不漏出，根据传动角度的大小采取不同形式的密封装置。这种万向节允许的工作角可达42°。由于传递转矩时六个钢球均同时参加工作，其承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便。但是滚道的制造精度高，成本较高。
球笼式等速万向节是前置前驱动轿车的关键部件之一，其性能和寿命与接 触应力密切相关，万向节疲劳破坏的特征是常在滚道表面造成麻坑、剥落和点 蚀。因此，球笼式等速万向节接触应力的分析与计算对于等速万向节的设计显 得尤为重要[2]。 万向节和传动轴的作用是在不在同一轴线上的轴之间传递运动和转矩。由 于球笼式和三枢轴式等速万向节的结构形式不同，因而它们的转矩传递方式也 不尽相同。对于球笼式万向节，传递扭矩的元件是钟型壳、钢球与星形套；对 于三枢轴式万向节，传递元件是筒形壳、球形套圈、滚针和三轴柱。因此，在 确定滚动体与滚道之间的接触应力时应区别对待。 关于球笼式万向节的接触应力，国内的王良模、卢强等对伯菲尔德等速万 向节采用解析方法，假设接触区处于弹性应力状态，且接触面尺寸比物体接 [13] 触点曲率半径小得多，引用Hertzian 理论求解出接触应力，接触面的最大应力 发生在接触椭圆中心。 由于内滚道接触点的曲率半径小于外滚道接触点的纵向曲率半径，因此内 滚道的接触椭圆比外滚道的接触椭圆小，内滚道的接触应力大于外滚道上的应 力值，从而使内滚道就比外滚道易于磨损，疲劳寿命较短。 当滚动体与轨道间为点接触时，运用经典的Hertzian 理论可以求得滚动体 汽车等速驱动轴的结构强度主要取决于万向节关键零件间的接触强度，对 于球笼式等速万向节来说其分析的重点是钢球与星形套和钟形壳滚道之间的 接触应力，尤其是钢球和星形套滚道之间的接触应力 ②球笼式万向节 球笼式等速万向节（亦称球笼式万向联轴器）如图1-7所示，是一类容许两相交轴间有较大角位移的联轴器，它是目前应用最为广泛的等速万向节。球笼式等速万向节主要由钟形壳、星形套、钢球和保持架（亦称球笼）构成。钟形壳的内径球面与保持架的外径球面组成一个转动定心球面副；保持架的内径球面与星形套的外径球面也组成一个转动定心球面副。两个球面副的球心重合于两轴轴线的交点。钢球一般为六个，相应地，保持架有六个周向腰鼓形槽，以在其轴向方向夹持六个钢球。在钟形壳的内径球面上，周向等分地开有六个环面内槽；在星形套的外径表面上，也周向等分地开有六个窝面外槽。它们分别与六个钢球共轭接触，以传递运动和扭矩。钟形壳一般通过螺栓与驱动轴（或被驱动轴）连接；星形套通过花键与被驱动轴（或驱动轴）相连接。环面的轴线偏离两轴轴线的交点（球面副的球心），钟形壳、星形套环面的轴线偏心量应相等。环面的素线是一段圆弧。环面的母线是不完整的半椭圆曲线。因为在传递扭矩过程中，钢球既和钟形壳相接触又同时和星形套接触，同一个钢球的角速度ω相等，因此ω钟=ω球=ω星，就是说固定端具有同步等速性。这种等速万向节无论转动方向如何，六个钢球全都传递转矩，它可在两轴之间的夹角达35°～37°的情况下工作[3][4][5][6]。 球笼式万向节与十字轴式刚性万向节相比，具有单节瞬时同步、两轴间角位移大、效率高、安装拆卸方便、能承受重载及冲击载荷等突出优点。球笼式等速万向节是轿车关键部件之一，它直接关系到汽车转向驱动性能。但是，球笼式等速万向节因其加工制造精度高、难度大，国产球笼式等速万向节由于回转方向间隙原因会产生很大的噪音和振动，当球笼式等速万向节回转方向间隙过大，内部零件之间发生干涉时，等速万向节会产生冲击、噪音。此外，它
等速万向节总成的设计方法 李 科1,何志兵1,沈 海2 (1.襄阳汽车轴承有限公司,湖北 襄樊 441022;2.浙江万向集团机械公司,浙江 杭州 311215) 摘要:从使用性能上可将等速万向节总成分为驱动半轴总成和传动轴总成两大类。分析了各种等速万向节的结构及性能特点,介绍了驱动半轴和传动轴的设计选型原则。关键词:等速万向节;结构;性能;选型;振动 中图分类号:TH133.4;TH122 文献标识码:B 文章编号:1000-3762(2006)09-0037-03 等速万向节总成是轿车动力系中的一个组件。一辆四驱车共由6根等速万向节总成组成,其中2根为前驱半轴总成,2根为后驱半轴总成。它们连接在车轮与差速器上,把差速器的转矩传递给车轮,故称为驱动轴;由于车轮分左、右两个轮,因此需成对安装,又称为驱动半轴总成,其特点是传递转矩大而转速低;另外2根传递发动机转矩,其特点是传递转矩小而转速高,称之为传动轴,前传动轴连接在分动器和前差速器上,后传动轴连接在分动器和后差速器上。从使用性能上把等速万向节总成分成驱动半轴总成和传动轴总成两大类,下面分析每种类型的特点。 1 驱动半轴的种类及特点 驱动半轴总成分为前驱和后驱两大类,由于使用性能不同,结构也有所不同。1.1 前驱半轴种类及特点 前驱半轴总成由中心固定型等速万向节、轴、伸缩型等速万向节以及附件组成。由于现代轿车 流行前置前驱排列方式,因此前驱半轴总成具有传递转矩和转向两种功能,中心固定型等速万向节能够形成很大轴间角以满足轿车转向要求,伸缩型等速万向节(具有轴向运动和形成轴间角两种功能的等速万向节)通过轴向滑移改变驱动半轴长度来满足轿车底盘和轮胎在垂直方向上的位置变化。 1.1.1 中心固定型等速万向节(B J 型) 中心固定型等速万向节是由星形套、外套、保持架和钢球组成,见图1。由于外套内球面和保 持架外球面以及保持架内球面和星形套外球面这 收稿日期:2006-01-20;修回日期:2006-07-10 两个球面运动副共同控制使等速万向节没有轴向 运动,因此称为中心固定型等速万向节,产品极限轴间角大约为45°,此类产品未来发展趋势是减轻重量和减小体积,具有高效性,把轮毂轴承和球笼等速万向节设计为一体结构。 图1 中心固定型等速万向节 1.1.2 伸缩型等速万向节 伸缩型等速万向节按结构分为:可轴向移动 的球笼等速万向节(DO J 型)、交叉滚道球笼等速万向节(LJ 型)及三球销式万向节(T J 型)。可轴向移动的球笼等速万向节见图2,是由星形套、外套、保持架和钢球组成,星形套、外套沟道按轴线方向排列,由保持架控制钢球运动。保持架内、外球面中心相对窗口中心呈对称分布,以此来实现轴间角的运动,此类产品具有滑移阻力 图2 可轴向移动的球笼等速万向节 ISS N 1000-3762C N41-1148/TH 轴承 Bearing 2006年9期2006,N o.9 37-39
第二节万向节结构方案分析 一、十字轴万向节 单个普通十字轴万向节是一种不等速万向节，其特点是当主动轴与从动轴之间有夹角时，不能进行等速传递，使主、从动轴的角速度周期性地不相等，而合理采用双十字轴万向节传动的设计方案可以实现等速传递；主、从动轴的角速度在两轴之间的夹角变动时仍然相等的万向节，称为等角速度万向节或等速万向节；准等速万向节是一种近似等速万向节，可以通过分度机构等部件实现主、从动轴之间的近似等速传递。 1、普通十字轴式万向节 如图2-1所示，普通十字轴式万向节一般由两个万向节叉及与它们相连的十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和油封等组成。十字轴轴颈通过与滚针轴承配合安装在万向节叉的孔中。为了防止滚针轴承轴向窜动，在进行结构方案设计时，要采取轴承轴向定位措施。目前，常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式、卡环式、塑料环定位式和瓦盖固定式等。 图2-1 十字轴式刚性万向节 1-轴承盖；2、6-万向节叉；3-油嘴；4-十字轴；5-安全阀；7、11-油封； 8-滚针；9-套筒；10-油封挡盘；12-油封座；13-注油嘴 普通盖板式轴承轴向定位方式一般采用螺栓和盖板将套筒固定在万向节叉上，并用锁片将螺栓锁紧。这种方式的优点是工作可靠、拆装方便，但零件数目
较多。采用弹性盖板的结构方案是将弹性盖板点焊于轴承座底部，装配后，弹性盖板对轴承座底部有一定的预压力，以免高速转动时由于离心力作用，在十字轴端面与轴承座底之间出现间隙而引起十字轴轴向窜动，从而可以避免由于这种窜动造成传动轴动平衡的破坏。 卡环式具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点，可分为外卡式和内卡式两种。塑料环定位结构是在轴承碗外圆和万向节叉的轴承孔中部开一环形槽。当滚针轴承动配合装入万向节叉到正确位置时，将塑料经万向节叉上的小孔压注到环槽中，待万向节叉上另一与环槽垂直的小孔有塑料溢出时，表明塑料已充满环槽。这种结构轴向定位可靠，十字轴轴向窜动小，但拆装不方便。 为了防止十字轴轴向窜动和发热，保证在任何工况下十字轴的端隙始终为零，有的结构在十字轴轴端与轴承碗之间加装端面止推滚针或滚柱轴承。 万向节在工作中承受着较大的转矩和交变载荷，其主要损坏形式是十字轴轴颈和滚针轴承的磨损、十字轴轴颈和滚针轴承碗工作面的压痕与剥落。通常认为当磨损或压痕超过0.25mm时，十字轴万向节就必须报废并更换。为了提高其使用寿命，常用包括组合式润滑密封要求。装置在内的多种设计方案，以用来润滑和保护十字轴轴颈与滚针轴承。 传统的毛毡油封由于漏油多，防尘、防水效果差，加注润滑油时，在个别滚针轴承中可能出现空气阻塞而造成缺油，已不能满足越来越高。轿车常在装配时就封入润滑脂以减少车辆的润滑点，且采用密封效果较好的双刃口或多刃口橡胶油封。 滚针轴承中滚针直径的公差、轴承的径向间隙和周向总间隙应控制在合理范围内，避免由于间隙过大使受载的滚针数减少及滚针倾斜，或由于间隙过小引起受热卡死现象，以保证载荷分配的均匀性和正常工作。 单十字轴万向节两轴的夹角不宜过大，否则会严重缩短滚针轴承的使用寿命。当夹角由4°增至16°时，万向节中滚针轴承的寿命将下降为原来的1/4。
球笼（等速万向节）技术资料本为主要介绍等球笼(以下称等速万向节)，的相关技术参数及分析资料。 第一节等速万向节设计的最新动态与方向等速万向节广泛应用于前置前驱轿车的转向驱动桥中。驱动桥中。靠近车轮侧， 一、靠近车轮侧，即外侧的等速万向节通常采用Birfield(固定型)球笼式万向节，(固定型)球笼式万向节，通常采用允许传动轴(驱动轴)夹角变化。允许传动轴(驱动轴)夹角变化。桑塔纳2000奥迪、奥拓、丰田、2000、桑塔纳2000、奥迪、奥拓、丰田、日产等上海捷迈公司生产的固定型球笼式万向节InnerRaceBallsCageOuterRace圆弧槽滚道型球叉式万向节，圆弧槽滚道型球叉式万向节，也是等速万向但每次只有两个钢球传力，节，但每次只有两个钢球传力，传递转矩能力较小;钢球磨损较快，使钢球与滚道间的预紧较小;钢球磨损较快，力减小，会破坏传动的等速性。力减小，会破坏传动的等速性。不适合高速和连续运转工况，较少采用。连续运转工况，较少采用。 二、靠近差速器侧，即内侧的等速万向节靠近差速器侧，通常采用三叉式(三球销式通常采用三叉式(三球销式，Tripod)或伸缩)型球笼式万向节允许传动轴(驱动轴)万向节，型球笼式万向节，允许传动轴(驱动轴)长度和夹角的变化，夹角的变化，以补偿由于前轮跳动和载荷变化引起的轮距变化。起的轮距变化。三球销式组成：三球销支架、三个滚柱轴承、万向节壳。组成：三球销支架、三个滚柱轴承、万向节壳。壳为主动件，壳为主动件，沿内圆周均匀开有三条平行于轴线的槽;支架的内花键孔与传动轴内端花键配合，线的槽;支架的内花键孔与传动轴内端花键配合，球销垂直于半轴轴线，滚柱轴承可沿球销移动，球销垂直于半轴轴线，滚柱轴承可沿球销移动，还由平行槽带动运动。还由平行槽带动运动。
毕业设计说明书 伸缩型球笼式等速万向节设计 系 (院): 机械工程系 专业：机械制造与自动化班级: 08112 学号：22 姓名:0.0 指导教师：0.0 成都工业学院 2010年5月25日
摘要 伸缩型球笼式等速万向节是汽车的关键部件之一，它直接影响车辆的转向驱动性能。 本设计根据在汽车传动系统的结构的布置，确定球笼式等速万向节的结构特点与参数等。对球笼式等速万向节的等速性、运动规律、受力情况、效率和寿命进行了深入分析。 对重要零件进行了材料的选择和工艺性分析。并且运用三维制图软件Pro-e和二维制图软件caxa，进行了辅助分析。 关键词等速万向节汽车设计分析效率使用寿命软件
ABSTRACT Telescopic type of ball cage patterned constant speed universal joint is one of the key components of cars, which directly affect vehicles to drive performance. This design according to the structure in auto transmission system, to determine the layout of ball cage patterned constant speed universal joint structure characteristics and parameters etc. Of ball cage patterned constant speed universal joint of constant sex, motion, stress, efficiency and analyzes the service life. An important part of the analysis of the choice of materials and workmanship. And to use 3d drawing software Pro - e and 2d graphics software caxa, the auxiliary analysis. Keywords: rzeppa constant velocity joins; Car; Design; Analysis; Efficiency; Service life; software.
. 汽车球笼式等速万向节及其总成评论3等速驱动轴 2008-07-27 09:20 阅读216 小中字号：大一，概况球笼式等速万向节是利用若干钢球分别置于与两轴联接的外星轮槽，以实现两轴转速同步的万向联轴器。其结构主要由外壳（俗称钟形壳或外轮），传力钢球，星形轮（俗称星形套或轮）和球笼保持架等四部份组成。．分类1 等速万向节按工作性能分为固定型和伸缩型。等速万向节按在汽车中安装型式和形状分为末端封闭型，轴套型，法兰型，轮盘型。等速万向节传动轴总成分为前轮驱动和后轮驱动两种。 2．结构型式 1a）分：中心固定型等速万向节（见图型GE）--球道与钢球的接触形状呈球底面接触；及型（图）--球道与钢球的接触形状呈90 度四点接触；RF1c型（图BJ1b ）。（图2 ）。型（图6）和三球销；及4）--VL型（图5GI型（图钢球；）型（图伸缩型等速万向节分：DOJ3--TJ 3．安装部分的形式和形状 10987末端封密型（图），轴套型（图），法兰型（图），轮盘型（）。. . ．等速万向节转动轴总成结构分：4 前轮驱动总成型的组合型RF+TJBJ型+TJ型或型+VL型或RF型+VL型的组合（图12）；）；型BJ+DOJ型或RF型+DOJ型的组合（图11BJ 13）。（图后轮驱动总成型TJ型的组合（图+VL17）；+TJ 的组合（图16）；VL型型型的组合（图BJ型+DOJ型或RF型+DOJ15）；BJ型+TJ型或RF ）。+TJ型的组合（图18 标准。5．技术要求，性能要求，外观质量要求，出厂检验和型式检验，标志、包装等要求按JB/T 10189-2000 型球笼万向节的制造二, BJ(RF),型球笼万向节（俗称外球笼）主要由外轮（钟形壳），星形轮（轮），保持架，钢球四个零件组成。其中所用钢球BJ(RF) 外轮、轮、保持架坯料一般属外购件，车、铣、搓、磨等为自主加工。）型球笼式等速万向节的过程中，决定品质优劣的主要关键：一是必须严格控制外轮和轮三对球道两钢球距离RFBJ（在加工的公差要求；二是必须严格控制外轮六条球道和轮六条球道六等分的公差要求；三是必须严格控制外轮球面中心高与球道中心高和轮外球面中心高和球道中心高两者偏心距的公差要求；四是严格控制外轮球面和六条球道的同轴度，轮外球面和六条球道的同轴度公差要求；五是必须符合原车型对外轮螺栓、外花键及其总长度的装配要求和轮花键与芯轴的配合要求。上述一、二、三、四点是为了保证球笼万向节组装后旋转灵活，无松动，无异常声响；五是为了保证与整车的装配。以下分别对外轮，轮，保持架的生产流程、加工过程中的质量监控以及必需注意的事项逐一于以阐述。 (坯料)→粗车→精车→铣球道→花键螺杆→热处理→磨外圆→磨球道→磨球外轮加工流程:锻件锻坯：㈠外表有无缺料、裂痕、夹灰等不良现象。编写验收报告备,对外购坯料在入库前须进行抽检 ,检查重点：型号规格是否符合案。粗车：㈡ )夹坯料小端柄部，粗)三爪(或弹簧夹具等, C618①车床(或其他普通车床仪表车床端口、外倒角。2/3以上即可）,
等速万向节简介 对于FF （发动机前置、前驱）及4WD（四轮驱动）型汽车来讲。其前轮必须具有转向和驱动两种功能，既要求车轮能在一定的转角范围内任意偏转某一角度，又要求半轴在车轮偏转过程中以相同的角速度不断地把动力从主减速器传到车轮。在这样两个轴线不重合，且位置还经常变化的两轴间传递动力的机构就是等速万向节。转向驱动桥半轴不能制成整体而要分段，在车轮和半轴间用等速万向节将两者联接起来。即使采用后轮驱动，使用独立悬挂，车轮和半轴轴线不重合，也需等速万向节传动。 1.等速万向节早期的发展历史 球式等速万向节的创造性发展可以追溯到1908年美国人William Whitney 的著作。其提出利用钢球和球形窝来代替轮齿传动，后来弧形滚道原理引导了整体式万向节的飞跃发展。 1923年，Carl Weiss在继承William Whitney思想的基础上，克服了“钢球的位置在同轴轨道上不确定”的缺点，开发了球叉式等速万向节，但是其带有自身的缺点：万向节的铰接角大约只有30°。 1927年，福特工程师Alfred Rzeppa为钢球导向采用了辅助控制装置，通过带有分度杆控制的球笼为钢球导向，这即是球笼式等速万向节。1933年，Bernard Stuber对球笼式等速万向节进行改进，使得内外滚道球心轨迹发生交叉，随后问世的Rzeppa万向节的铰接角达到45° 2.等速万向节的基本类型及特点 等速万向节的工作原理基本上有两类：一类是根据双十字万向节可以达到等速的原理，将中间传动轴尽量缩短而形成复式万向节；另一类是万向节在工作时，使所有传力点永远位于两轴交角的平分面上而使两轴角速度相等，根据此原理设计的万向节有球叉式和球笼式万向节。 等速万向节基本类型： 等速万向节按工作时运动情况可分为固定型等速万向节和可伸缩型等速万向节中心固定型分为BJ、RF和GE三种结构类型，其允许的两轴间相对转角较大，可达30°~50°，但主、从动轴间没有轴向移动；
万向节的工作原理 一、字轴万向节典型的字轴万向节主要由主动叉、从动叉、字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。 目前常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式（图41c、d）、瓦盖固定式（图41f）等。盖板式轴承轴向定位方式的一般结构（图41b）,装配后，弹性盖板对轴承座底部有一定的预压力，以免高速转动时由于离心力作用，在字轴端面与轴承座底之间出现间隙而引起字轴轴向窜动，从而避免了由于这种窜动造成的传动轴动平衡状态的破坏。卡环式可分为外卡式（图41d）两种。它们具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点。瓦盖固定式结构（图 41f）是在轴承碗外圆和万向节叉的轴承孔中部开一环形槽，当滚针轴承动配合装入万向节叉到正确位置时，将塑料经万向节叉上的小孔压注到环槽中，待万向节叉上另一与环槽垂直的小孔有塑料溢出时，表明塑料已充满环槽。这种结构轴向定位可靠，字轴轴向窜动小，但拆装不方便。为了防止字轴轴向窜动和发热，保证在任何工况下字轴的端隙始终为零，有的结构在字轴轴端与轴承碗之间加装端面止推滚针或滚柱轴承。 滚针轴承的润滑和密封好坏直接影响着字轴万向节的使用寿命。毛毡油封由于漏油多，防尘、防水效果差，在加注润滑油时，在个别滚针轴承中可能出现空气阻塞而造成缺油，已不能满足越来越高的使用要求。结构较复杂的双刃口复合油封（图42b为一轿车
上采用的多刃口油封，安装在无润滑油流通系统且一次润滑的万向节上。 字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生 产成本低。但所连接的两轴夹角不宜过大，当夹角由4°增至16°时，字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1/4。 二、准等速万向节 1、双联式万向节双联式万向节（图44）,就运动副来看也是 一种双联式万向节。它主要由两个万向节叉1和4以及两个特殊形状的凸块2和3组成。两凸块相当于双联万向节装置中两端带有位于同一平面上的两万向节叉的中间轴及两字销，因此可以保证输入轴与输出轴近似等速。这种结构工作可靠，加工简单，允许的万向节夹角较大（可达50。）。但是由于工作面全为滑动摩擦，所以效率低，摩擦表面易磨损，且对密封和润滑要求较高。它主要用于中型以上越野车的转向驱动桥。 3、三销轴式万向节三销轴式万向节（图46Q由两个万向节叉、四个传力钢球和一个定心钢球组成。两球叉上的圆弧槽中心线是以01和02为圆心而半径相等的圆，01和02到万向节中心0 的距离相等。当万向节两轴绕定心钢球中心0转动任何角度时，传力钢球中心始终在滚道中心两圆的交点上，从而保证输出轴与输入轴等速转动。这种球叉式万向节结构较简单，可以在夹角不大于32°?33°的条件下正常工作。由于四个钢球在单向传动中只有两个传递动力，故单位压力较大，磨损较快。另外，这种万向节只有在传力
汽车球笼式等速万向节及其总成
汽车球笼式等速万向节及其总成 等速驱动轴2008-07-27 09:20 阅读216 评论3 字号：大中小 一，概况 球笼式等速万向节是利用若干钢球分别置于与两轴联接的内外星轮槽内，以实现两轴转速同步的万向联轴器。其结构主要由外壳（俗称钟形壳或外轮），传力钢球，星形轮（俗称星形套或内轮）和球笼保持架等四部份组成。 1 .分类 等速万向节按工作性能分为固定型和伸缩型。 等速万向节按在汽车中安装型式和形状分为末端封闭型，轴套型，法兰型，轮盘型。 等速万向节传动轴总成分为前轮驱动和后轮驱动两种。 2?结构型式 中心固定型等速万向节（见图1a）分： BJ型（图1b ）--球道与钢球的接触形状呈90度四点接触；RF型（图1c）--球道与钢球的接触形状呈球底面接触；及型（图2）。 伸缩型等速万向节分：DOJ型（图3）--钢球；TJ型（图4）--三球销；及VL型（图5）和GI型（图6）3?安装部分的形式和形状末端封密型（图7），轴套型（图8），法兰型（图9），轮盘型（10）GE
4.等速万向节转动轴总成结构分： 前轮驱动总成 BJ型+DOJ型或RF型+DOJ型的组合（图11 ）; BJ型+VL型或RF型+VL型的组合（图12）; BJ型+TJ型或RF型+T J型的组合（图13 ）。 后轮驱动总成 BJ型+DOJ型或RF型+DOJ型的组合（图15）；BJ型+TJ型或RF型+TJ的组合（图16）；VL型+VL型的组合（图17）；TJ型+TJ型的组合（图18 ）。 5?技术要求，性能要求，外观质量要求，出厂检验和型式检验，标志、包装等要求按JB/T 10189-2000标准。 二，BJ（RF）型球笼万向节的制造 BJ（RF）型球笼万向节（俗称外球笼）主要由外轮（钟形壳），星形轮（内轮），保持架，钢球四个零件组成。其中所用钢球,外轮、内轮、保持架坯料一般属外购件，车、铣、搓、磨等为自主加工。 在加工BJ （RF）型球笼式等速万向节的过程中，决定品质优劣的主要关键：一是必须严格控制外轮和内轮三对球道两钢球距离的公差要求；二是必须严格控制外轮六条球道和内轮六条球道六等分的公差要求；三是必须严格控制外轮内球面中心高与球道中心高和内轮外球面中心高和球道中心高两者偏心距的公差要求；四是严格控制外轮内球面和六条球道的同轴度，内轮外球面和六条球道的同轴度公差要求；五是必须符合原车型对外轮螺栓、外花键及其总长度的装配要求和内轮内花键与芯轴的配合要求。 上述一、二、三、四点是为了保证球笼万向节组装后旋转灵活，无松动，无异常声响；五是为了保证与整车的装配。 以下分别对外轮，内轮，保持架的生产流程、加工过程中的质量监控以及必需注意的事项逐一于以阐述。 外轮加工流程：锻件（坯料）T粗车T精车T铣球道T花键螺杆T热处理T磨外圆T磨球道T磨内球 ㈠锻坯： 对外购坯料在入库前须进行抽检，检查重点：型号规格是否符合，外表有无缺料、裂痕、夹灰等不良现象。编写验收报告备案。 ㈡粗车： ①C618车床（或其他普通车床，仪表车床）三爪（或弹簧夹具等）夹坯料小端柄部，粗 车大端面，保证外轮内孔深度，粗车大端外圆（车出外圆2/3以上即可），端口内、外倒角。 ②C618车床三爪（或气动夹具等）夹外轮大端外圆，车小端柄部端面，保证外轮总 长度和端面粗糙度▽ 3.2 ;钻中心孔，保证每批次孔径一致。 ③CK400数控车床三爪（或气动夹具等）夹外轮大端外圆，以基准面定位，粗车内
汽车球笼式等速万向节及其总成 等速驱动轴 2008-07-27 09:20 阅读216 评论3 字号：大中小 一，概况 球笼式等速万向节是利用若干钢球分别置于与两轴联接的内外星轮槽内，以实现两轴转速同步的万向联轴器。其结构主要由外壳（俗称钟形壳或外轮），传力钢球，星形轮（俗称星形套或内轮）和球笼保持架等四部份组成。 1．分类 等速万向节按工作性能分为固定型和伸缩型。 等速万向节按在汽车中安装型式和形状分为末端封闭型，轴套型，法兰型，轮盘型。 等速万向节传动轴总成分为前轮驱动和后轮驱动两种。 2．结构型式 中心固定型等速万向节（见图1a）分： BJ型（图1b）--球道与钢球的接触形状呈90度四点接触；RF型（图1c）--球道与钢球的接触形状呈球底面接触；及GE型（图2）。 伸缩型等速万向节分：DOJ型（图3）--钢球；TJ型（图4）--三球销；及VL型（图5）和GI型（图6）。 3．安装部分的形式和形状 末端封密型（图7），轴套型（图8），法兰型（图9），轮盘型（10）。
4．等速万向节转动轴总成结构分： 前轮驱动总成 BJ型+DOJ型或RF型+DOJ型的组合（图11）；BJ型+VL型或RF型+VL型的组合（图12）；BJ型+TJ型或RF型+TJ 型的组合（图13）。 后轮驱动总成 BJ型+DOJ型或RF型+DOJ型的组合（图15）；BJ型+TJ型或RF型+TJ的组合（图16）；VL型+VL型的组合（图17）；TJ型+TJ型的组合（图18）。 5．技术要求，性能要求，外观质量要求，出厂检验和型式检验，标志、包装等要求按JB/T 10189-2000标准。 二, BJ(RF)型球笼万向节的制造 BJ(RF)型球笼万向节（俗称外球笼）主要由外轮（钟形壳），星形轮（内轮），保持架，钢球四个零件组成。其中所用钢球,外轮、内轮、保持架坯料一般属外购件，车、铣、搓、磨等为自主加工。 在加工BJ（RF）型球笼式等速万向节的过程中，决定品质优劣的主要关键：一是必须严格控制外轮和内轮三对球道两钢球距离的公差要求；二是必须严格控制外轮六条球道和内轮六条球道六等分的公差要求；三是必须严格控制外轮内球面中心高与球道中心高和内轮外球面中心高和球道中心高两者偏心距的公差要求；四是严格控制外轮内球面和六条球道的同轴度，内轮外球面和六条球道的同轴度公差要求；五是必须符合原车型对外轮螺栓、外花键及其总长度的装配要求和内轮内花键与芯轴的配合要求。 上述一、二、三、四点是为了保证球笼万向节组装后旋转灵活，无松动，无异常声响；五是为了保证与整车的装配。 以下分别对外轮，内轮，保持架的生产流程、加工过程中的质量监控以及必需注意的事项逐一于以阐述。 外轮加工流程:锻件(坯料)→粗车→精车→铣球道→花键螺杆→热处理→磨外圆→磨球道→磨内球 ㈠锻坯： 对外购坯料在入库前须进行抽检,检查重点：型号规格是否符合,外表有无缺料、裂痕、夹灰等不良现象。编写验收报告备案。 ㈡粗车： ① C618车床(或其他普通车床,仪表车床)三爪(或弹簧夹具等)夹坯料小端柄部，粗 车大端面，保证外轮内孔深度，粗车大端外圆（车出外圆2/3以上即可）,端口内、外倒角。 ② C618车床三爪(或气动夹具等)夹外轮大端外圆，车小端柄部端面，保证外轮总 长度和端面粗糙度▽3.2；钻中心孔，保证每批次孔径一致。 ③ CK400数控车床三爪（或气动夹具等）夹外轮大端外圆，以基准面定位，粗车内
第四节万向节设计 一、万向传动的计算载荷 万向传动轴因布置位置不同，计算载荷是不同的。计算载荷的计算方法主要有三种，见表4—1。 表4—1 万向传动轴计算载荷 (N·m) 表4—1各式中，Temax 为发动机最大转矩；n 为计算驱动桥数，取法见表4—2；i1为变速器一挡传动比；η为发动机到万向传动轴之间的传动效率；k 为液力变矩器变矩系数， k=[(k o—1)／2]十1，ko 为最大变矩系数；G2为满载状态下一个驱动桥上的静载荷(N)；m2′为汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数，轿车：m2′=1．2～1．4，货车：m2′=1．1～1．2；φ为轮胎与路面间的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，在良好的混凝土或沥青路面上，φ 可取0．85，对于安装防侧滑轮胎的轿车，φ 可取1．25，对于越野车，φ值变化较大，一般取1；r r为车轮滚动半径(m)；i。为主减速器传动化；i m为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比；ηm为主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率；G1为满载状态下转向驱动桥上的静载荷(N)；m1′ 为汽车最大加速度时的前轴负荷转移系数，轿车：m1′ =0．80～
0．85，货车：m 1′ =0．75—0．90；F 1 为日常汽车行驶平均牵引力(N)；i f 为分动器传动比，取法见表4—2：k d 为猛接离介器所产生的动载系数，对于液力自动变速器，k d =1 对于具有手动操纵的机械变速器的高性能赛车，k d = 3，对于性能系数 f i =0 的汽车(一般货车、矿用汽车和越野车)，k d =1，对于 f i >0 的汽车，k d =2 或由经验选定。性能系数由下式计算 )195.0161001 max e a T g m -（ 当16195.0max ?e a T g m 时 f j= 0 当16195 .0max ≥e a T g m 时 式中，ma 为汽车满载质量(若有挂车，则要加上挂车质量)(kg)。 表4—2 n 与 i f 选取表 对万向传动轴进行静强度计算时，计算载荷 T S 取 Tse l 和 Tss l 的最小值，或取Tse 2和 Tse 2 的最小值，即 T S =min[Tse l ，Tss l ]或 T S = min[Tse 2，Tse 2]，安全系数一般取2．5～3．0。当对万向传动轴进行疲劳寿命计算时，计算载荷 T S 取Ts Fl 或Ts F2。 二、十字轴万向节设计
各类型万向节结构和工作原理 万向节是实现变角度动力传递的机件，用 于需要改变传动轴线方向的位置。 万向节的分类 按万向节在扭转方向上是否有明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节又可分为不等速万向节（常用的为十字轴式)、准等速万向节(如双联式万向节)和等速万向节(如球笼式万向节）三种。 不等速万向节 十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为１５゜~20゜。图Ｄ－C4－2所示的十字轴式万向节由一个十字轴,两个万向节叉和四个滚针轴承等组成。两万向节叉1和3上的孔分别套在十字轴２的两对轴颈上。这样当主动轴转动时,从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动。在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承5，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。为了润滑轴承，十字轴上一般安有注油嘴并有油路通向轴颈。润滑油可从注油嘴注到十字轴轴颈的滚针轴承处。 图Ｄ-C4－2 十字轴万向节结构（12－2） １- 套筒;２-十字轴;3－传动轴叉；４－卡环；5-轴承外圈;6-套筒叉 十字轴式刚性万向节具有结构简单,传动效率高的优点,但在两轴夹角α不为零的情况下，不能传递等角速转动。 设主动叉由图D-C4-１(a）所示初始位置转过φ１角，从动叉相应转过φ2角,由机械原理分析可以得出如下关系式： ｔgφ1=tgφ2·cｏｓα
图D－Ｃ4－3 十字轴式刚性万向节示意图 以主动叉转角φ１为横坐标，主动叉转角和从动叉转角之差φ1-φ2为纵坐标，可以画出φ1－φ2随φ１变化曲线图(见图D－C4-1(b），图中画出了α＝１0゜，α=20゜,α=３０゜的情况)。从这张图可以看出： 图D-C4－４十字轴刚性万向节不等速特性曲线 如果主动叉匀速转了１80゜，那么从动叉就经历了：比主动叉转得快→比主动叉转得慢→又比主动叉转得快这样一个过程。但总起来讲，当主动叉转过90゜时,从动叉也转过90゜；当主动叉转过１８0゜时,从动叉也转过1８０゜。 从这张图还可以看出，万向节两轴夹角α越大,从动叉转角φ2和主动叉转角φ1之差也越大。这说明,如果主动叉是匀速转动的,那么随着万向节两轴夹角的增大，从动叉转速的不均匀性越大。
第22卷 第6期2000年12月 武 汉 汽 车 工 业 大 学 学 报 JOURNA L OF W UH AN AUT OM OTI VE PO LY TECH NIC UNI VERSITY V ol.22N o.6 Dec.2000 文章编号:10072144X(2000)0620017205 球笼式等速万向节原理及运动仿真 吴 森,吴 义 (武汉汽车工业大学汽车工程学院,湖北武汉 430070) 摘 要:详细阐述了球笼式等速万向节的设计及工作原理,建立并验证了球笼式等速万向节的运 动仿真模型,对JL6370轿车传动轴万向节进行了实例分析。 关键词:等速万向节;运动仿真;仿真模型 :U463.216.3 文献标识码:A 现代经济型轿车大都采用前轮驱动形式,等速万向节是其中的关键部件,等速万向节设计加工质量直接关系到整车性能。球笼式等速万向节是目前使用最多的等速万向节,因其设计制造精度高、难度大,因此在设计阶段对其进行运动分析及运动仿真是很有必要的。 1 万向节原理 1.1 万向节运动学原理 为了寻找能将转矩从一根轴传到另一根轴的合适的机构,需要借助于运动链的概念。运动链自由度f的计算公式为 f=6(n-1)-6i1(6-f i)(1) 式中,f为运动链的自由度;n为杆件数;i为节点数;f i为第i个节点的自由度。 应用式(1),可以计算运动链节点自由度的总和∑f i为 6i1f i=6(i-n)+(f+6)(2) 对于某一具体的运动链,在满足所要求的运动自由度的条件下,要使其运动链最简单,只需要使杆件数与节点数相等。而万向节以一定夹角传递旋转运动,具有惟一确定的运动,因此f=1。那么节点自由度总和6f i为 6i1f i=6(i-n)+(1+6)=7 最简单的满足7自由度的杆链机构,如图1所示。运动件a与运动件b为圆棒时,节点2 为点接触,该节点自由度f 2 =5。给定不同的节点自由度∑f i,设计各种形式的节点,就可以 收稿日期:2000205216. 作者简介:吴 森(19482),男,湖北武汉人,武汉汽车工业大学教授.
万向节是实现变角度动力传递的机件， 用于需要改变传动轴线方向的位置。 万向节的分类 按万向节在扭转方向上是否有明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节又可分为不等速万向节（常用的为十字轴式）、准等速万向节（如双联式万向节）和等速万向节（如球笼式万向节）三种。 不等速万向节 十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为15゜～20゜。图D－C4－2所示的十字轴式万向节由一个十字轴，两个万向节叉和四个滚针轴承等组成。两万向节叉1和3上的孔分别套在十字轴2的两对轴颈上。这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动。在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承5，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。为了润滑轴承，十字轴上一般安有注油嘴并有油路通向轴颈。润滑油可从注油嘴注到十字轴轴颈的滚针轴承处。 图D－C4－2 十字轴万向节结构（12-2） 1- 套筒；2-十字轴；3-传动轴叉；4-卡环；5-轴承外圈；6-套筒叉
十字轴式刚性万向节具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角α不为零的情况下，不能传递等角速转动。 设主动叉由图D－C4－1(a)所示初始位置转过φ1角，从动叉相应转过φ2角，由机械原理分析可以得出如下关系式： tgφ1=tgφ2·cosα 图D－C4－3 十字轴式刚性万向节示意图 以主动叉转角φ1为横坐标，主动叉转角和从动叉转角之差φ1－φ2为纵坐标，可以画出φ1－φ2随φ1变化曲线图（见图D－C4－1(b)，图中画出了α＝10゜，α＝20゜，α＝30゜的情况）。从这张图可以看出：
图D－C4－4 十字轴刚性万向节不等速特性曲线 如果主动叉匀速转了180゜，那么从动叉就经历了：比主动叉转得快→比主动叉转得慢→又比主动叉转得快这样一个过程。但总起来讲，当主动叉转过90゜时，从动叉也转过90゜；当主动叉转过180゜时，从动叉也转过180゜。 从这张图还可以看出，万向节两轴夹角α越大，从动叉转角φ2和主动叉转角φ1之差也越大。这说明，如果主动叉是匀速转动的，那么随着万向节两轴夹角的增大，从动叉转速的不均匀性越大。 单个十字轴万向节传动的不等速性，将使从动轴及与其相连的传动部件产生扭转振动，从而产生附加的交变载荷，影响零部件使用寿命。 既然十字轴式万向节可以将匀速转动变为非匀速转动，那么它就有可能将某种非匀速转动还原为匀速转动。例如在变速器的输出轴和驱动桥的输入轴之间，采用如图D－C4－5(缺）所示的两个十字轴万向节和一根传动轴传动，就有可能实现这种传动。 D－C4－5