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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划球笼万向节材料球笼式万向节设计下载须知：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，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
2、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于1926年发明的，后经过多次改进。1958年英国波菲尔集团哈迪佩塞公司成功滴研制了比较理想的球笼联轴器。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Rzepp
3、a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1a)是带分度杆的，
4、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3537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1b)。它取消了分度杆，球形壳和星形套的滚道做得不同心，
5、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103105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1500rmin时，一般使用防锈油脂。若转速和角度都较大时，则使用
6、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。Rzep
7、pa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
8、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d=TS?102式中，d为传力钢球直径(mm)；Ts为万向节的计算转矩(Nm)，TS=minTse，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GB754987。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=171d星形套宽度B=
9、18d球笼宽度B1=18d星形套滚道底径Dl=25d万向节外径D=49d球笼式万向节设计球笼厚度b=0185d球笼槽宽度b1=d第5页共5页球笼槽长度L=(133180)d(普通型取下限，长型取上限)滚道中心偏移距h=018d轴颈直径d14d星形套花键外径D2155d球形壳外滚道长度L1=24d中心偏移角6球笼式万向节的等速性的分析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R1,钟形壳沟道和钢球的共轭接触点的半径为R2,设钢球回转半径为R,接触点
10、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,因此存在钟A=球A,同理星B=球B,同一个钢球具有同一个角速度,即球A=球B,因此存在钟=球=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
11、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、准等速万向节和等速万向节三种。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1520。图DC42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
12、轴轴颈的滚针轴承处。图DC42十字轴万向节结构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，但在两轴夹角不为零的情况下，不能传递等角速转动。设主动叉由图DC41(a)所示初始位置转过1角，从动叉相应转过2角，由机械原理分析可以得出如下关系式：tg1=tg2cos图DC43十字轴式刚性万向节示意图以主动叉转角1为横坐标，主动叉转角和从动叉转角之差12为纵坐标，可以画出12随1变化曲线图。从这张图可以看出：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
13、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，万向节两轴夹角越大，从动叉转角2和主动叉转角1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。图DC44十字轴刚性万向节不等速特性曲线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DC45(缺）所示的两个十字轴万向节和一根传动轴传动，
14、就有可能实现这种传动。DC45设变速器的输出轴由图DC45所示初始位置转过1角，传动轴相应转过2角，驱动桥的输入轴相应转过4角，则有以下关系：tg1=tg2cos1tg4=tg2cos2若有12，则有41也就是当满足以下两个条件时，可以实现由变速器的输出轴1到驱动桥的输入轴4的等角速传动：传动轴两端万向节叉处于同一平面内；第一万向节两轴间夹角1与第二万向节两轴间夹角2相等。因为在行驶时，驱动桥要相对于变速器跳动，不可能在任何时候都有12，实际上只能做到变速器到驱动桥的近似等速传动。在以上传动装置中，轴间交角越大，传动轴的转动越不均匀，产生的附加交变载荷也越大，对机件使用寿命越不利，还会降低传动
15、效率，所以在总体布置上应尽量减小这些轴间交角。等角速万向节工作原理在有些场合下，无法布置开两个十字轴式万向节和一根传动轴，这就需要能单独实现等角速传动的万向节。能实现等角速传动万向节的工作原理基本上分为以下两种：两个十字轴式万向节和一根传动轴等角速传动原理.将这种等角速传动机构中的传动轴缩至最短，双联式等角速万向节就属于这一种。锥齿轮传动原理两个同样的锥齿轮相互啮合传动(缺)汽车构造p2693-69，从动齿轮与主动齿轮的转速必然是相同的。这样的传动机构从原理上也可以这样描述：当万向节主动轴与从动轴之间传力点一直处于主动轴轴线和从动轴轴线夹角平分线上时，必然能实现等角速传动。图DC46等速万向节的工作原理1,3-主动叉；2,4-从动叉图DC45双万向节等速传动布置图准等速万向节常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与上述双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。图DC47为双联式万向节工作原理图，
