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。
伸缩型球笼式万向节(图1c)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中的滑动花键。这不仅使结构简单，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型球笼式万向节以前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，以补偿由于前轮跳动及载荷变化而引起的轮距变化。伸缩型万向节还被广泛地应用到断开式驱动桥中。
图1.球笼式万向节
3 球笼式万向节设计
球笼式万向节的失效形式主要是钢球与接触滚道表面的疲劳点蚀。在特殊情况下，因热处理不妥、润滑不良或温度过高等，也会造成磨损而损坏。由于星形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上的要小，即前者的接触应力大于后者。因此，应控制钢球与
星形套滚道表面的接触应力，并以此来确定万向节的承载能力。不过，由于影响接触应力的因素较多，计算较复杂，目前还没有统一的计算方法。
假定球笼式万向节在传递转矩时六个传力钢球均匀受载，则钢球的直径可按下式确定 32
101.2?=S T d 式中，d 为传力钢球直径(mm)；Ts 为万向节的计算转矩(N ·m)，TS = min[Tse ，Tss]。
计算所得的钢球直径应圆整并取最接近标准的直径。钢球的标准直径可参考GB7549—87。
当球笼式万向节中钢球的直径 d 确定后，其中的球笼、星形套等零件及有关结构尺寸可参见图2按如下关系确定：
图2.球笼式万向节基本尺寸
钢球中心分布圆半径 R=1．71d
星形套宽度 B=1．8d
球笼宽度 B1=1．8d
星形套滚道底径 Dl=2．5d
万向节外径 D=4．9d
球笼厚度 b=0．185d
球笼槽宽度 b1=d
球笼槽长度 L=(1．33～1．80)d (普通型取下限，长型取上限)
滚道中心偏移距 h=0．18d
轴颈直径 d′≥1．4d
星形套花键外径 D2≥1．55d
球形壳外滚道长度 L1=2．4d
中心偏移角δ≥6°
3.1球笼式万向节的等速性的分析
3.1.1 从结构上证明球笼式万向节的等速性
球笼式万向节的等速性是由本身的结构所决定的 ,不论有无轴间角,沿着6 个钢球球心所在的平面剖开 , 都可建立图3所示的结构。设星形套沟道和钢球的共轭接触点(或区)半径为 R 1 , 钟形壳沟道和钢球的共轭接触点的半径为 R 2 ,设钢球回转半径为 R ,接触点 A 既是钟形壳沟道上的一部分 ,又是钢球上的一部分,即接触区为钟形壳沟道和钢球的共轭部分 , 因此存在ω钟A =ω球A , 同理ω星B =ω球B ,同一个钢球具有同一个角速度 ,即ω球A =ω球B ,因此存在ω钟 =ω球 =ω星 , 这就充分证明球笼式万向节内部每一部件的角速度都相同,即整个球笼式万向节具有等速性。也可理解为钢球是一种链 , 它把钟形壳和星形套联接为同一个整体, 因此具有相同的角速度。
图3
3.1.2 从投影几何学证明球笼式万向节的等速性
投影学认为 :当输入轴和输出轴的传动点始终位于输入和输出连接角的某一个平面上 ,且这个平面是唯一的 ,这个机构具有等速性。参见图 4,对球笼式
万向节, A 面和 B 面的两 个圆在 C 平面上的投影是一致的, C 平面也就是 6 个钢球球心所在的平面, 因此证明球笼式万向 节具有等速性.也可以这样理解 :把一根橡胶管弯曲后, 使其 一端等速旋转, 结果是中间弯曲部分不断产生拉 伸和压缩 ,把力传递给另一端 ,使另一端也等速旋 转。这样理解等速性 , 就可以把球笼式万向节和 挠性联轴器看成同一种结构。
图4
3.1.3 球笼式万向节线速度的分析
图5所示是球笼式万向节形成轴间角的运动 原理图。当球笼式万向节没有形成轴间角时 ,钟 形壳轴线 OO 2 和星形套轴线 OO1 重合 ,钢球球 心为 A 点 ,在第三平面 C(OA 所在平面)中, 任 一钢球中心点 A 的线速度为 VA =ω1·OA(对于 主动轴), V ′A =ω2·OA(对于从动轴), 由于存在 ω1 =ω2 , 因此存在 VA =V ′A , 说明 B 平面(主动 轴)的线速度和 A 平面(从动轴)的线速度经投影后在 C 平面上的线速度是相等的。在 B 平面和 A 平面中 ,主动轴线速度 V 1=O 1 A ·ω1，线速度 V2 =O2A ·ω2，由于球笼等速万向节存在ω1=ω2 ,所以存在下式
A
O A O V V 2121= 设 OA =R (钢球回转半径), 设偏心距 OO 1=e1, OO 2 =e2 由几何关系可得:O 1 A =R/cos γA1，O2A=R/cos γA2，由上式得
2
121cos cos A A V V γγ=
2121e R A O +=，2222e R A O +=，所以 22221221e R e R V V ++=
上式表明 ,在 C 平面上的 A 点沿γ 1 角投影为 B 平面上的主动轴线速度, 沿γ 2 角投影为 A 平面上的从动轴线速度, 反过来也可认为由γ 1 角和γ
2 角就可以确定 C 平面。上式表明 ,主动轴的线速度 V1 和从动轴的线速度V2 的比值是由球笼式万向节偏心距决定的。只有当 e1 =e2 时 , 才存在 V1 =V2 , 球笼式万向节才存在α=2β这一特性。如果 e1 ≠e2 ,就必然存在 V 1 ≠V 2 , α≠2β ,但它们的角速度都相等,具备同步性。当球笼式万向节形成轴间角α时, 钢球转角为β , 钢球从点 A 移至点 B 。在 B 点时, VB1/VB2 =O1 B/BG ,由于 O1 B =O1 A , 在文献中已经证明 B G =O 2 A , 因此在形成轴间角的过程中,(1)式永远成立。由于γB1 ≠γ1, γB2 ≠γ2, 在钢球转动形成β角时 , 投影角度随时发生变化, 但投影角度比值是固定不变的。上式可改写为V1/ V 2 =cosγA2/cos γA1 =cosγB2/cosγB1 。也可以认为 O1 A 和O 2 A 为刚性连杆, 在形成轴间角的过程中,连杆长度是不变的,但在钢球移动到不同位置时两连杆间的夹角发生变化。
图5
3.2球笼式万向节方案分析与形式选择
3.2.1球笼式万向节方案分析与形式选择
目前运用较广的是结构简单的固定式球笼万向节和伸缩型万向节。固定式球笼万向节它取消了分度杆，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。
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中的滑动花键。这不仅使结构简单，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°。
鉴于上述的对于两种万向节的论述，结合设计要点，本设计采用一端固定式球笼式万向节另一端采用伸缩性球笼式万向节。
3.2.2零部件的结构分析与形式选择。
球笼式等速万向节的外圈 (钟形壳、筒形壳)、内圈(星形套)和保持架三大部件构成了两对球面运动副 ,即外圈内球面和保持架外球面 ;内圈外球面和保持架内球面 , 如图 6、图7。保持架引导外圈(内圈)沿保持架球面相对运动, 使等速万向节的输入轴与输出轴可不在同一直线上, 但能保证钢球中心圆平面处于输入轴与输出轴的角平分平面上。保持架的内(外)球面与外圈(内圈)球面球心在理论上应重合且无间隙,以满足万向节的等速性要求。实际上加工制造中不可避免地存在误差 ,而且球面运动副间相互运动需要有足够的配合间隙 ,以贮藏润滑剂,故产品设计时应给出球面配合尺寸的公差及公差带,控制球面运动副的间隙。球笼式等速万向节的球面运动副配合间隙对其性能有很大的影响, 如球面运动副间隙过大, 回转方向间隙、不等速性变大 ,等速万向节会产生冲击、噪声 ,除此之外,还会受其他驱动系统的影响产生振动;如果球面运动副间隙过小 ,使零件磨损加大、寿命降低等。因此,球笼式等速万向节球面运动副配合间隙在设计上要有较严格的要求, 以保证最佳的配合间隙。RF固定球笼式万向节与其他结构的固定式球笼万向相比由于滚道在径向截面上为圆形，钢球
与滚道为两点接触的中心固定型等速万向节，所以制造工艺简单，承载能力也较强，使用寿命比较长。而DOJ 型的伸缩式万向节由于采用的是直滚道所以设计制造简单，成本较低。
图6
图7
3.3RF 型球笼式万向节的设计计算
RF 球笼式万向节在传递转矩时六个传力钢球均匀受载，则钢球的直径可按下式确定 34
101.2?=S T d 式中，d 为传力钢球直径(mm)；Ts 为万向节的计算转矩(N ·mm)，T S = min[Tse ，
Tss]。当球笼式万向节中钢球的直径 d 确定后，其中的球笼、星形套等零件及有关结构尺寸可参见下表一。
表一：球笼式万向节主要参数表 计算内容 计算公式 RF 型球笼式万向
节
DOJ 伸缩式球笼万向节 钢球的直径（mm ）
34101.2?=S T d 17.462 17.462 钢球中心分布圆半径
（mm ） R=1．71d 30 30
星形套宽度（mm）B=1．8d 31 31 万向节外径（mm）D=4．9d 86 86 球笼宽度（mm）B1=1．8d 31 31 星形套滚道底径（mm）D l=2．5d 44 44 球笼厚度（mm）b=0．185d 3 3 球笼槽宽度（mm）b1=d 17 17 球笼槽长度（mm）L=1.3d 23 23 滚道中心偏移距（mm）h=0．18d 3 —轴颈直径（mm）d′≥1．4d 25 25 星形套花键外径（mm）D2≥1．55d 27 24
球形壳外滚道长度
L1=2．4d 42 42 （mm）
中心偏移角（°）δ≥6°——3.4球笼式万向节的寿命校核
3.4.1给定如下某汽车参数表如下所示
表二：某汽车总体参数表
最大发动机功率P eff=86KW(n=5500r/min)
最大转矩M max=145N·m（n m=3300r/min）
汽车总质量G=16758N
前轴许用载荷G F=7200N
驱动桥传动比i A=4.111
满载重心高度h=0.5m
滚动半径R r=0.249m
表三：变速器变速比 档位
1 2 3 4 5 变速箱i s 3.545
2.105 1.300 0.943 0.789 各档的利用率为1~5档分别是1%、6%、18%、30%和45%，汽车至少有10万km 的寿命。
3.4.2转矩校核。
摩擦系数μ=1；振动系数Ks=1.2。
汽车以μ=1和Ks=1.2时最大转矩启动，以最大发动机转矩的2/3驱动而各挡匀速，计算其起动转矩MA 和附加转矩MH 。
计算额定转矩为MN=2650N ·m
M A =μεM m i A i S =1
1×145×4.111×3.545≈2113(N ·m ）≤2650（N ·m ） M h =K S μA i G R r =1.2×1×111.416758×0.249≈1218(N ·m ）≤2650（N ·m ） 故满足设计要求
3.4.3校核使用寿命，具体计算结构如下表
表四:汽车的校核使用寿命计算表 挡位 1 2 3 4 5
a x 0.01 0.06 0.18 0.30 0.45
i x =i s ×i A 14.57 8.56 5.34 3.88 3.28 n x =n m /i x 226 386 618 851 1006 v x =0.377R r n x 21.2 42.1 58.0 79.9 94.4
M x =3
1M M i x 713 414 258 188 159 L hx =3577025339???
? ??x d x x M M A n .（nx
≤1000r/min) L hx =3470756???? ??x d x x M M A n （nx
≥1000r/min)
120.6 452.4 1424.7 3061.6 4583.6
a x -各档传动利用率；i x -总传动比；n x -最大转矩时的转速；v x -路面行驶速度；M x -转矩；L hx -使用寿命；M d -动态转矩。
由表可得
5-5
h x 4h x 3h x 2h x 1h x h 108.53a a a a a 1?=++++=L L L L L L 所以Lh=1858.7h ，汽车的平均行驶速度为
V av=0.01×21.2+0.06×42.1+0.18×58.0+0.3×79.9+0.45×94.4=79.63（km/h ）
其使用寿命为
L s =1858.7×79.63≈148011（km ）＞10万km
故满足使用要求。
同理，伸缩性万向节的使用寿命为
L s =1858.7×79.63×（367/360)3
≈156813（km ）＞10万km 同样满足使用要求。
3.4.4传动轴的校核。
由于等速万向节总成采用双向万向节，传动轴只受扭矩而不受弯矩。因此，只要对其进行扭转强度校核。轴径最小处为D=25mm ，抗扭截面模量为
W p =
)(101.316)0025.0(163933m D -?≈?=ππ
τmax =)(2.39101.312189MPa W M p h ≈?=
-
4.零件的三维造型及二维装配图绘制
4.1概论
三维造型实体模型除了可以将用户的设计思想—最真实的模型在计算机上表现出来之外，借助于系统参数，用户还可以随时计算出产品的体积、面积、重心、惯性大小等，以了解产品的真实性，并弥补传统面结构、线结构的不足。用户在产品设计过程中，可以随时掌握以上重点，设计物理参数，并减少许多人为的计算时间。利用三维造型实体模型生成二维工程图，并且自动标注工程尺寸。不论在三维造型还是二维图形上做尺寸修改，其相关的二维和三维造型实体模型均自动修改，同时，装配、制造等相关设计也会自动修改，这样可以确保数据的准确性，避免反复修改耗时。由于单一数据库，提供了双向关联性的功能，这也符合了现代产品中的同步工程思想。
通过前面的球笼式万向节的设计计算，已初步确定了各零件的主要尺寸，接下来将对各零件生成三维造型，在设计过程中许多尺寸需进行适当地调整，所以采用了参数化设计。运用Pro/e 和AutoCAD 对该设计进行了辅助分析。
4.2RF 型球笼式万向节的设计
4.2.1模型三维装配图
图8
4.2.2RF型球笼式万向节钢球的设计
图9
4.2.3RF型球笼式万向节保持架的设计
图10
4.2.4RF型球笼式万向节星型套的设计
图11 4.2.4RF型球笼式万向节球形罩的设计
图12
4.3DOJ型球笼式等速万向节的设计4.3.1模型三维装配图
图13
4.3.2DOJ型球笼式等速万向节筒型罩的设计
图14
4.3.3DOJ型球笼式等速万向节星型套的设计
图15
4.3.4三维造型DOJ型球笼式万向节保持架的设计
图16
4.3.5DOJ型球笼式万向节挡盖的设计
图17
4.4球笼式等速万向节传动轴其他零件的设计4.4.1卡簧的设计
图18
4.4.2防尘罩的设计
图19
4.4.3传动轴的设计
图20
4.5总体结构模型三维装配图
结论
在这次毕业设计中，我设计的题目是：球笼式等速万向节。虽然在之前所学的课程中很少涉及这方面的知识，但是通过了本次设计我对万向节都有了很深一步的理解，而且知道了万向节的等速原理，万向节的各方面都有了不同的见解。
而且这次设计让我对所学习的绘图软件AutoCAD和Pro-e更加的熟悉，在我以后的工作和生活中都会有很大的帮助。这次设计给我最大的感触就是，只要心中有不放弃、不服输的劲儿，我们就能成功我们就能克服所有困难。还有就是对陌生事物的自学能力，我相信这次设计将会对我以后的工作和日常生活都会有很大的帮助。
致谢
为期三个多月的毕业的设计，我非常感谢我的导师黄莉莉。由于经验的匮乏，在设计过程中难免有许多问题会考虑不周，如果没有黄老师的悉心指导与督促，毕业设计不会这么顺利的完成。毕业设计过程中，黄老师耐心的指导使我受益匪浅，她扎实的理论知识与丰富的实践经验给我留下了深刻的印象，也正是老师认真负责的教学态度使我从毕业设计中真正的学会了学以致用，将课本知识与实践中所遇到的问题相联系，整合了自己在校所学的专业知识，同时提高了我发现问题、解决问题的能力。在此，我向黄老师致以最真诚的敬意。
在最后我要感谢学校、学院对我们的培养，为我们的学习以及毕业设计创造良好环境、提供便利条件。伴随着毕业设计的结束，我们也将离开校园，有过少耕耘就有多少收获，相信我们走出校园后能将自己的价值体现出来，回报父母、回报学校，为社会做自己力所能及的贡献。再一次感谢在毕业设计中给予我帮助的老师和同学们，祝大家在今后的工作和生活中一切顺利。
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Title Cage-type universal joint design
ABSTRACT
Cage-type universal joint is the last 1960s and 1970s quickly developed a universal festival, which is characterized by tightness, synchronization, compact, simple structure, long life, bearing good results, high efficiency angular displacement large. It is mainly used cranes, tractors, automobiles, textiles, medical and other fields. The design is based on the design of automotive driveline layout of the structure to determine the structural properties of Ball Basket universal joints and other parameters. For the ball cage constant velocity joints motion, force, efficiency and life has been in-depth analysis.Select the material an important part of the analysis process and parts, and three-dimensional graphics software PRO-E were analyzed.
Keywords:Ball Basket universal joints； structure； design； analysis；selection；life checking
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
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。
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.
万向接头工作原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 万向接头（Universal joint）是连接两根杠杆的接头，接头由一对相对方位为90°的普通铰链组成，使杠杆能转向往任何方向，现在仍广泛应用于车辆的传动装置中。 主要问题：即使在驱动轴的旋转轴以恒定的速度，从动轴在旋转轴变速，从而造成振动和磨损、差异，速度，在主动轴上的速度的变化取决于联接的配置。 球形万向接头具有补偿能力大，流体阻力和变形应力小，无盲板力且对固定支座的作用力小等优点。目前有的公司采用碳纤维密封装置这一先进技术，使得该设备密封性能更加稳定可靠。即使长时间运行出现渗漏时，也可不需停气减压便可维护且十分方便快捷。特别对远距离热能的输送，有明显的经济效益和社会效益。(老式球补都有加注嘴，外表不美观还易泄漏)。 工作原理：球形万向接头主要利用橡胶的独特性能:高弹性、高气密性、耐介质性和耐候性及耐辐射性等。 它采用高强度、冷热稳定性强的聚酯帘布斜交与之复核后经高压、高温模压交联而成。内部致密度高，能承受较高压力，弹性变形效果优异。
产品结构设计断面弧高、曲线长、具有较大的多向唯一功能。特别适用于地质条件复杂、沉降幅度大和管道运行中冷热变化频繁导致管道损坏的场所。利用橡胶的弹性滑动转移和变形机械力的传热散逸功能有效地消除泵、阀及管道自身的位移物理破坏。因橡胶属不良传导材料，所以它又是一种良好的降低震动和噪声传递的理想环保产品。 该产品设计内壁光滑，经实际测试，对介质的流速，流量无任何影响，并且永不生锈，基本可以免除有效运动期内的维修。 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.
. 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）,
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。钢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。 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゜。 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。 十字轴万向节的不等速性：是指从动轴在一周中角速度不均匀，若主动轴以等角速度转动，则从动轴时快时慢，即单个十字轴万向节在有夹角时传动的不等速性。 双十字轴式万向节实现两轴间（变速器的输出轴和驱动桥的输入轴）的等速传动的条件： ①．第一个万向节两轴间的夹角与第二个万向节两轴间夹角相等（设计保证）； ②．第一个万向节的从动叉与第二个万向节的主动叉处于同一平面（由装配保证）。 准等速万向节 万向节
常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。 双联式万向节实际上是一套将传动轴长度减缩至最小的双十字轴式万向节等速传动装置，双联叉相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉。在当输出轴与输入轴的交角较小时，处在圆弧上的两轴轴线交点离上述中垂线很近，使得α1与α2 的差很小，能使两轴角速度接近相等，所以称双联式万向节为准等速万向节。 双联式和三销轴式 双联式： 原理：根据双十字轴万向节实现等速传动的原理。当万向节叉2相对万向节叉1在一定的角度范围内摆动时，双联叉也被带动偏转相应角度，使两十字轴中心连线与两万向节叉的轴线的交角差值很小，从而保证两轴角速度接近相等，在差值允许范围内，双联式万向节具有准等速性。 优点：允许较大的轴间夹角，结构简单，制造方便，工作可靠，交角最大可达50º 双联式万向节用于转向驱动桥，可以没有分度机构，但必须在结构上保证双联式万向节中心位于主销轴线与半轴轴线的交点，以保证等速传动。
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
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.