伸缩型球笼式等速万向节设计

1、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 号：22 学 姓 名:0.0 指导教师：0.0 成都工业学院 2010年5月25日 伸缩型球笼式等速万向节是汽车的尖键部件之一，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。 矢键词等速万向节汽车设计分析效率使用寿命软件 AB

2、STRACT 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 un

3、iversal 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

4、一 e and 2d graphics software caxa, the auxiliary analysis Keywords： rzeppa constant velocity joins: Car; Design； Analysis: Efficiency： Service life； software. o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

5、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18 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

6、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 3.2.1球笼材料的选择 38 3.3星形套 3.2 球笼38 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

7、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 9 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；

8、 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，而且还要求严品的价格更具有 竞争性和轻量化。 我国“八五”开始重视轿车的发展，作为矢键零部件之一的等速万向节被国 家列为重点扶持的矢键零部件项目之一。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

9、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

10、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o 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o 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0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0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

11、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1500/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-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

12、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 o 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

13、，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o外滚到中心A与 内滚到的中心B分别位于万向节中心0的两边，且与0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0为球心。因此，当两轴

14、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 2代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： =，.由于 传力钢球的速度（、）相同，半径J，从而保证了主、从动轴以相等的角速度转 动。 已知偏移角和中心偏置距是保证等速性的为键尺寸。 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B/2楔角的角度作为偏移角，并求其相对应的中心 偏置距0 最大楔角的确定方法如下： 由图2可见，钢球在楔

15、角B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： Px =-fiNi+Nsin /iAnisin0(i_i) P =N +N cos fN sin0 Me =(/Wz+ /i7Vi)r 0 1-3) 式中： 叫、耳一一内环、外环与钢球接触点上的压力； 3一一内环与钢球接触点处的摩擦系数； 2 外环与钢球接触点处的摩擦系数； B楔角； r一_半径 由式(1-1)、(1-2)可得： .二 M =1- 忖 (

16、1-4) 由式(1-D (1-3)可得： 21 (1-5 ) 由式(1-2)、(1-3)可得： 在楔紧状态下，钢球与内外环之 決f (1-6) 间均为静止滑动摩擦，故有: f=f = fi=tg e 1-刀 即(1-4)、 (1-7)可得楔进条件为： ai 2 1-8) 皿2-曲2 由式(1-3)、(1-7)可得： N=N? 由式(1-8)可知，当：，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： M 亠 f= maxf F m） &7210： 式中，-为使用因

17、素影响系数，对传动轴而言，-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-=1.2 ； 严为传动轴传递的最大扭矩o取动力输出最大转矩158Ngm，额 定转速n=r/min，主减速器传动比*3$ ,变速器一档传动比。所以传动轴最大扭矩 为 Mma. 二 A/ i ig 0.5=885 依肿） 经计算S23.02枷，由于球笼式万向节结构设计系列标准，见表 1 取S=238钢球直径为d=l&000mm 表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 mm 19.1 22.2 23.8 25.4 28.6 3

18、1.8 38.1 径直接 钢球直径 mm 14.288 16.669 18.000 19.050 21.431 23.812 28.575 最大 22.42/ 26.67/ 26.67/ 30.48/ 33.15/ 37.16/ 46.10/ 直径 mm 22.35 26.59 26.59 30.35 33.02 37.08 45.97 最小 20.22、 24.67/ 24.67/ 25.53/ 30.61/ 33.35/ 41.28/ 直接 mm 20.09 24.56 24.56 25.40 30.48 33.22 41.15 槽距 mm 22.75/ 22.75/ 22.75/ 20/

19、40 20/40 13/26 10.50/ 45.5 45.5 45.5 21 花键齿数 19 23 23 23 25 18 球壳外径 mm 70 81 88 92 103 115 137 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 D=K(De +D) 其中：K 钢球回转中心径系数，一般取皿2 ； 咕星型套内花键大经，为26.60mm ； m筒形外壳最大外径*为88mm。 计算得，D =59.59mm 取：D=60 mm o 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

20、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。 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F式计算 n fi = 0.52 得 Rk 9.36mm 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 向中心线的夹角为接触角，一般皿。 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h=R sin 代入数据得：h = 0.255mm 。 4）沟底间隙

21、 筒形外壳底部与钢球的间隙可通过结构分析由下式计算： =Rk - h h - 代入数据得：=0.102mm 1 44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的几何尖系可得偏心距p为 1 e= AO=BO= Dsin 22 取 =17，计算得= 3.60mm 。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，也是尖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 由经购公成: R= (1.65-1.71) d 又知：rf=l8mm

22、得：R =29.7 : 30.78取：/?=30 mill 2)球笼厚度 2- 由公式：” = 085d d= 18 . 得：h =3.33 nmi 取：z? =3 mm 3）星型套基本尺寸 图4星型套基本尺寸 星型套宽度由公式：B=1.8d 朋：B = 32.4 又知球笼厚度为3 111D），钢球分布半径30 mm，可推出星型套外径 竹=57 4）球笼宽度 由M L B =32.4 5）球笼槽的宽度由知:*1 =除出:勺=! 6) 球笼槽长度由：/i = (1.33 : 1.8)J ：Zi = 23.94 : 32.4 -i 7) 中心偏移距由公=(0.12 : 015)d 側 = 2.16

23、 : 2.7 .取 h = 2.4 8）轴颈由公川山14铀,1 f 9）星型套花键外径 昨 di 1.55J miB ch 27.9 vi 10）筒形外壳滚道长度 图5筒形外壳基本尺寸 推出：/43.2 / =： 43.2 nun 取：,=58mm 11）中心偏移角由公式：=45.5 2万向节运动分析与力学分析 2.1钢球的运动分析 2.1.1钢球的运动轨迹 在球笼式等速万向节中，钢球是主要的传力部件，钢球的运动对万向节的工 作能力和性能骑着举足轻重的作用。在工作时，钢球的每 个方向都有机会传递扭 矩o因此对钢球的运动规律和手里情况必须进行细致的分析。 图6钢球的运动 如图6(a)所示，当主动

24、轴与从动轴之间没有夹角时，钢球的运动平面传动 轴垂直，此时，钢球的运动轨迹为圆o Hr2(2-1) 当主动轴与从动轴之间存在夹角。之后，钢球的运动平面不再与轴垂直 (对于球笼式等速万向节，存在。偏差)，因此，当猪都周旋转时，钢球有三 种运动分量： (1) 收转轴的牵连，绕轴线作周而复始的圆周运动，钢球的运动轨迹为 椭圆*如图6(a)。 (2) 沿轴向(平行于轴线)作往复的曲线运动，钢球处于椭圆的短轴位 置时，产生轴向位移，椭圆长轴的两端点，对应轴向运动的边界转动一周，每个 钢球在此区间内，往返一次，如图6 (c)- (3) 沿径向(垂直与轴线)作往复的直线运动，钢球处于椭圆 的短轴位 置时，为

25、运动的最低点；处于椭圆的长轴位置时，为运动的最高点；转动一周， 每个钢球在最高和最低点的区间里，往返两次，如图6(d)。 对应于上述三种运动变最，分别计算钢球的线速度和线加速度，由于为 考虑两轴间夹角变化，此处不计哥氏加速度。假设钢球的轨迹方程式为： 2 1 如图7所示。 图7钢球的瞬时速度与加速度 由理论力学可得： 切向速度：产(2-11) dv d d a = =+ rdt dt dt sin 2 t gtan 2(cos2 t + cos2 0 sin2 t)2 sin(2 r)sin2 0 2 (cos2 r+cos2 0 sin2 切向加速度： (2-12) 2 2.2万向节受力分析

26、 2.2.1钢球位置计算 由上述可知，在两轴之间存在夹角时，钢球运动轨迹为椭圆，且钢球还有轴 向和径向运动，所以骑运动非常复杂。在对万向节进行受力分析时，必须首相确 定某i瞬时钢球的位置。如前所述 钢球的椭 圆轨迹为： (2-13) +=1 椭圆方程： 式中： b = r / cos( n/2) 如图8所示，过每一钢球和万向节中心连线 得: z = kx 式中： k = tan( 代人上式. 疋(1 +tan2( o+(i-1) )gcos2 ) = r 得2-14) 式中：/ = 1.6 =1 +tan ( o+(i-1) 3)gcos 2 由此、可得钢球位置为： 3 2-15) 3 rr

27、z = k r= r tan( o + (i -1) 由式(2-9)，可得2-16) v. = z sin 由万向节中钢球的空间位置可知 = sin V，)1(2-18) 2.2.3 椭圆上诸点到转轴的距离 由万向节钢球的空间位置和图9 口J知， 厂心,IP) 2.2.4椭圆上各钢球的圆周力 由力和力矩的矣机可以得到： Tihi =71/zi+C2+L L +Tnhn =nv(2-20) 将式(2-19)代入上式，并结合图9，可以得到： 2-21) Tl：72：T3：74：T5：76=/71：/Z2：/?3：/?4：/?5：/Z6 h r6 2 = mr 式e: ft5 + i，6: 切+乜+

28、 *3 115 解得： 116 (h2+h 2+/72+/r+/r+/?2) (/z2+/72+/z2+/z2+/r+/72) (h + h + li + h + /? + /?) 断得1V3、r4、r5、即切六个iwx的支力况 2.3保持架运动和受力分析 在球笼式等速万向节中，6个钢球受保持架6个窗口的限制，并使6个球 心连接起来组成的“连心面”始终垂直于保持架的中心线o 当传递扭矩时，由于保持架本身受到外环内球面、内环外球面的支承， 因此可阻止钢球从滚道中跳出。保持架的主要功能是在任何负载和角度下使球保 持在一个平面上。 虽然咋一看上去增加了零件的数目，然而没有球笼导致了许多不理的情况:

29、3 1、没有球笼，只有半球在一个旋转方向上传递力矩。 2、轨道在一个限定的公差范围内制造。 3、由于每对轨道在任意负载和角度下要保证正确的定位而使得轨道倾斜 角度很大。 在有球笼式的传动系中，轨道将通过球笼和其他轨道共同作用。当主、从动 轴之间存在某个角度时，钢球在滚道上滚道，保持架的内外球面-万向节中心为求 新在对应的球面的旋转。当万向节在某一角度下告诉转动时，钢球将产生很大的轴 向力，是钢球脱离滚道。保持架吃屎收到内、夕卜滚道一级钢球的作用力，并且保持 架的受力与万向节的压力角、偏置距有尖。由于保持架的受力较复杂，由国外资料 可知骑经验公式为： Fc= T gsin egtan tan 式

30、中：T扭矩； 偏置距； =cos (1 2e/D) 式中：D 钢球分布圆半径； =tan /sin 式中： 一一压力角；一一两轴夹角 3万向节主要零件的材料选择及工艺流程 3.1筒形外壳 3.1.1筒形外壳材料的选择 材料通常选择的是CF53，毛坯通常为留有加工余量的锻件，或者是大规模 生产的精密成形件。对毛坯在低硬度条件下加工后，对内球面轨道滚道进行热处 理，热处理至表面硬度62HRC，淬硬深度Rht550=1.1+1.0。接着对内球面、轨道 和支承部位进行磨削。 3.1.2筒形外壳工艺流程 图10筒形外壳 序号 工序 主要内容 01 铸造 02 热处理 时效 03 铳 铢前后端面 04 车

31、外圆及倒角 先进行大端车削再小端 05 车内圆 半精车至454 06 锤孔 小端孔半精铿精锂至036H7 3. 07 拉花键 立式拉床 08 清洗 清洗机上清洗 09 轨道和花键表面进 行高频淬火 筒形外壳淬火机床 10 回火 低温回火 11 磨端面和外圆 数控磨端面外圆磨床 12 磨内球面及内球道 筒形外壳式立式磨加工专机 13 清洗 清洗机 14 钳工 去毛刺 15 磁力探伤 磁力探伤机 16 检验 17 流入装配区 3.2 球笼 3.2.1球笼材料的选择 材料选择为20CrMnTi 窗孔冲压达到RF125的尺寸。在硬度低的 条件下加工后，对球笼进行渗碳处理。然后对内外球面和窗孔进行 磨削

32、o磨削表面的渗碳深度为Eht=0.6+0.4 表面硬度为62HRC。 322球笼工艺流程 图11球笼 序号 工序 主要内容 01 铸造 02 热处理 时效 03 车 车端面以及内球面 04 车 车另一端面及外球面 05 冲窗孔 窗口冲床 06 拉窗孔 窗孔专用拉床 07 去窗孔处毛刺 去毛刺机 08 渗碳 箱式多用炉热处理线 09 磨外球面 保持架外球面专用磨床 10 磨内球面 保持架内球面专用磨床 11 磨削窗孔平面 窗孔磨床 12 清洗 清洗机 13 磁力探伤 磁力探伤机 14 检验 15 流入装配区 3.3星形套 3.3.1 星形套材料选择 棒料或精密锻件用于小尺寸的万向节：大尺寸的万向

33、节，使用传 统的锻造方法。Cf53钢主要用于大型系列产品万向节的生产上。渗碳 3 钢SAE8620H或DIN21NiCrMo6 一般用于中、小系列产品。热处理和硬 度参数与 筒形外壳相同o达到RF-125级别时、内花键按SAEDP24/48标准、通常采用拉 削方法制成- 332星形套工艺流程 图12星型套 序号 工序 主要内容 01 铸造 02 热处理 时效 03 车 车端面以及内圆 04 车 车另一端面以及外球面 05 拉花键 立式拉床 06 渗碳 箱式多用炉热处理 07 磨外球面 星型套外球面专用磨床 08 莫外滚到 星型套外球道专用磨床 09 清洗 清洗机 10 磁力探伤 磁力探伤机 1

34、1 检验 12 流入装配区 3.4 半轴 3.4.1半轴材料的选择 短刚性传动轴主要用45钢制成、其表面淬硬深度Rhtr450=2.5+2.0、表面 硬度值为58HRC o长传动轴使用焊接花键轴的 尊壁钢管o外花键按SAEDP24/48 标准，用冷成行（搓齿）方法是将转矩传给传动轴的推荐方法 4 3.5 钢球 3.5.1钢球材料选择 用滚动轴承制品，品质n/m 采用DIN5401标准。万向节安装要求几乎没 有游隙。可以来回慢慢的变换万向节夹角来检测游隙。在这种情况下，游隙约达 3%轴间夹角- 3.6星形套与半轴的固定 为了便于拆卸，在这里选择圆形弹性挡圈联接的。但和方形卡环相比较在承 轴向载荷

35、方面不如方形卡环。 4制造技术 以德国大众公司等速万向节制造技术为实例。该公司所属一子公司共有员工 550人，生产等速万向节170种，其中固定式万向节12种，轴向伸缩型万向节 8种，半轴65种（可组成170种等速万向节）-每天生产2.1万根。毛坯外 协。筒形外壳、星形套的内外道铳、磨及花键滚扎、螺纹加工均采用德国 Excello磨床公司的数控机床。 筒形外壳滚到铳削、磨削工艺先进，机床自动化程度高。球槽铳肖IJ分组、精 铳，采用三工位四轴数控球槽铳床加工，生产效率每小时达200件以上滚到磨 削采用数控球槽磨床，使用高效CBN砂轮，一台机床同时加工两个工件，每小时 加工70-100件，滚到和花键

36、柄部高频感应热处理在生产线上进行- 星形套锻后直接进行磨削内滚道，采用普通砂轮，一台机床同时加工两个工 件，集中热处理。 球笼窗磨削采用数控六轴窗磨床，每小时加工230-300件，集中热处 理。 半轴分实心和空心两种，空心轴为三段电弧焊而成。花键加工则采用先进、 高效的搓齿机。使用西门子数控系统加工，实现多轴联动，多轴加工。 5球笼式万向节的润滑 因为球笼式有滑动的摆动，在外部工作和密封，一般才用脂润滑。 采用优质的汽车锂基润滑脂润滑，并用2.5%的MoS作为锂基润滑脂的添 加剂。注意加脂最不能过多，以防止产生过热事故，影响润滑效果。 MOS2是一种固体润滑剂 过去在推广使用中，主要是把它加入

37、润滑油或润 滑脂中作为提高润滑油或润滑脂性能的添加剂。现在又广泛作为摩擦表面薄膜润 滑剂在复合自润滑材料等方面使用，并已成功地用于轴承润滑。该种润滑的大致 作法是：在摩擦面上先涂上微量的M0S2运转过程中仍采用规定的润滑剂。实践证 明：轴承不仅得到两号的润滑效果，而且降低了轴承噪音，延长了轴承使用寿 6等速万向节的效率 Birfield加接触等速万向节的效率很高。据国外台架实验测得，在其工作角 度为5-10度时，其效率可达到98% ；而在其工作家督为0度的理想状态下运行 时，其效率近似达到100%。 效率的高低主要取决于结构形式和结构本身的内摩擦，而内摩擦受到求得负 载、速度和角度的影响，还受

38、润滑剂粘性阻力的影响由 41 万向节的内部结构可知，钢球在内外滚道内往复运动。在运动中，既有滑动乂有 滚动。由于压力角的正确选择，万向节能控制滚动与滑动之比，大约为4 ： 1。 由于外滚到长度大于内滚道的长度，可以认为钢球与内滚到之间只有滚动，而球 与外滚道之间的的滑动距离等于内外滚道弧长之差o钢球与内外滚道之间既有滚 动摩擦乂有滑动摩擦。滑动摩擦主要与润滑介质有矢，在润滑良好的状况下，滚 道摩擦和滑动摩擦相比要小的多，可以忽略不计。由实验可得，万向节受润滑剂 粘性阻力的影响很小，也可以忽略不计。由此壳认为在万向节中滑动摩擦是效率 损失中矢键的部分。滑动摩擦主要产生于钢球与滚道之间、保持架与内

39、外滚道之 间以及钢球与保持架之间。 6.1效率公式的推导； 在万向节中，导致其效率降低的原因是扭矩的损失。效率与扭矩 损失的矢系是： 上辽6-1) 式中：一效率 T扭矩损失 T.n 输入扭矩 6.2扭矩损失公式的推导： 由上所述，扭矩损失主要由钢球与滚道之间、保持架与内外滚道之间以及钢 球与保持架之间的滑动摩擦所产生故必须首先明确机构中的受力情况 在万向节中，万向节内部摩擦受力情况如图13的四种情况: 图13万向节内部的摩擦受力情况 6.3 钢球与内外滚道之间的摩擦损失： 在上图13( 1 )中，钢球在滚道中往复运动。钢球与滚道间的受 力如图所 示。由于万向节的压力角为45，万向节中心到内、外

40、滚道的 接触半径分别为R， &。并且由图可得： R =(，)2+(+sin )22 7?.,=02 +（。sin ）22 式中： d钢球直径 D 钢球分布直径 压力角(=45 ) 在万向节工作角度为 时，钢球与滚道面间的扭矩为： T=6(COS COS F COS R -COS )sin 式中： -钢球与滚道之间摩擦副摩擦系数； F 钢球与内外滚道的正压力。 由图上可知，式中： R cos - R cos = d cos 上式可以写成： T= 1 6 F d sin 式中：F= COS 6.4钢球与保持架之间的摩擦损失： 由前所述，外滚道的长度大于内滚道的长度，当钢球在外滚道滑动时，在钢 球与

41、保持架的接触区域内，钢球与保持架之间也有相对运动。且其之间的力的作用 为F，如图13(2)所示。当万向节工作角 度为 时，钢球与保持架之间的滑动摩 擦损失为： Ti = Fbc* sin 式中：一钢球与保持架之间摩擦副摩擦系数 F钢球与保持架之间的作用力 8C 其中：F =2Fc 8CC 6.5外滚道与保持架之间的摩擦损失： 由于外滚道、保持架与钢球之间均为球面副配合。当万向节存在 工作角度 时，夕卜滚道和保持架之间产生摩擦，从而造成摩擦损失，如图13(3 )所示。由力 的平衡原理，Feo、 Feo与F在水平方向上平衡 由此可以得到： e cos + sin 式中：一外滚道与保持架之间摩擦副摩

42、擦系数 2如图所示 与外滚道的长度、钢球的分布半径和万向 节的工 作角度有尖 当万向节存在工作角度时，夕卜滚道与保持架之间的滑动摩擦损失为： T =小sin 3 cos + sin 式中：R 外滚道曲率半径 6.6内滚道与保持架之间的摩擦损失： 如外滚道与保持架之间的矢系一样，由于内滚道、保持架与钢球之间也为球 面副配合。当万向节存在工作角度时，内滚道和保持架之间也产生摩擦，从而造 成摩擦损失如图13(4)所示。由力的平衡原理 Fa F&与Fc在水平 方向平衡。由此可以得到： F=K cos + sin 式中：一内滚道与保持架之间摩擦副摩擦系数 0如图所示，与内滚道的长度、钢球的分布半径和万

43、向节的工作角度有矢 当万向节存在工作角度 时，夕卜滚道与保持架之间的滑动摩擦损失为： T =sin 4 cos + sin 综上所述，万向节扭矩损失主要由上述4中情况产生。因此，万向节扭矩 损失为： T= T+ T+ T+ T 将T式代入（6-1）式中，就可以计算出万向节的效率 7万向节寿命分析 伯菲尔德等速万向节采用了正常值这概念来设计。所谓正常值即表示在一 般情况卜万向节多能达到预计寿命的功率或扭距数值。寿命是指受疲劳因素所制 约的使用时间，即是在一给定转速下的使用小时数。 为了确定一个寿命基准，表面应力规定为0.8437 o此时，若万向节在一 定的应用扭矩和100r/min的情况下运转，

44、其寿命为25200h。这种寿命仅是一种 比较基准，衡最能否达到设计所要求的合理寿命o若扭矩比设计的扭矩高，转速 等于或高于100r/min时，则寿命将显 著缩短。计算时必须作必要的修正。 图14所示为合速度系数Xc与寿命的为系。所谓合速度系数是指 为计算特定的角度和扭矩的速度系数，熟读在这里是指应力循环数或 每分钟的转 速。在万向节尺寸初步确定后可在上表中查到对应的扭矩o供设计时参考O 达到预计寿命时的扭矩或功率可按卜式计算: 1.056 (kgf m) 砂 N= lOoV 4 105.6 式中：M“一表示转速为lOOr/min, K =1 能得到1500h计算寿命的扭矩(kg* m) , M

45、=0.0026S K 考虑万向节夹角对寿命的影响因素，称为角度因素。图15表示出了 在任何角度下运转的速度极限。它用代表万向节不同尺寸的曲线表示，可以查出 它的具体的值； n 转速； Xc 合速度系数。它取决于万向节的工作角度和动力性能； Moo在 Mioo时的比功率，Moo= 0.00037S， S万向节轴颈直径(mm) 图14波菲尔德等角速万向节的和速度系数和运转时间的矢系 在n =100r/min ； U=1500h ； K =1时，可以根据图14査出X =1.056.如果在已知 扭矩M.转速n和角度因素K或比功率N，转速n和角度因素K ，选择万向 节所要求的寿命，则可用下式计算出合速度

46、Xc : 1 056M Mioo K 105.6N Xc = 对于等扭矩、等速和等角度传动的万向节，可以按图14来估计寿命。 当万向节在不同工况下工作时，可按下面介绍的方法来确定万向节的寿命。 首先根据上式来计算出各种工况下的合速度系数X c 然后，利用线图14，根据已知的各种工况下的转速n便可以得到各种工况下万 向节的使用寿命U 令为万向节的破坏比。 万向节在|下运转，与总所的寿命时间5的比例，可得在这个时间内万向节寿 命的比例为： U 其它类似的可以根据以上公式算出寿命的比例。所有的这些比例加起来等于1因 此按下式可以求出万向节的总的寿命： | + s+ 式中： 2各种工况下的寿命时间占总寿命时间的百分比。 设本次设计的小汽车的转速n=200r/min，平均传动效率为95%，转向角