球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)

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球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 21 頁(yè)球 籠 式 萬(wàn) 向 節(jié) 設(shè) 計(jì)作者：xxx； 指導(dǎo)老師：xxx（xxx 大學(xué)工學(xué)院 2011 級(jí)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè) 合肥 230036）下載須知：本文檔是獨(dú)立自主完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)，只可用于學(xué)習(xí)交流，不可用于商業(yè)活動(dòng)。另外，有需要電子檔的同學(xué)可以加我 2353118036，我保留著畢設(shè)的全套資料，旨在互相幫助，共同進(jìn)步，建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)。同進(jìn)步，建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)。摘要：球籠式萬(wàn)向節(jié)是上個(gè)世紀(jì)六七十年代快捷發(fā)展出來(lái)的一種萬(wàn)向節(jié)，它的特點(diǎn)是密封性好、同步性好、緊湊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、承重效果好、效率高、角位移大。它主要應(yīng)用于起重機(jī)、拖拉機(jī)、汽車(chē)、紡織、醫(yī)療等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)基于對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以確定球籠式萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特性和其他參數(shù)。對(duì)于球籠式萬(wàn)向節(jié)等速性的運(yùn)動(dòng)，受力，效率和壽命有了深入的分析。選擇了材料分析過(guò)程中的重要部分和零件，并采用三維繪圖軟件 PRO-E 進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞： 球籠式萬(wàn)向節(jié)；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；分析；選擇；壽命校核1 緒論球籠式等速萬(wàn)向節(jié)是奧地利 A.H.Rzeppa 于 1926 年發(fā)明的（簡(jiǎn)稱 Rzeppa 型），后經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)。1958 年英國(guó)波菲爾（Birfidld ）集團(tuán)哈迪佩塞公司成功滴研制了比較理想的球籠聯(lián)軸器（稱 Birfield 型：或普通型，簡(jiǎn)稱 BJ 型）。1963 年日本東洋軸承株式會(huì)社引進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)，進(jìn)行了大量生產(chǎn)、銷(xiāo)售，并于 1965 年又試制成功了可作軸向滑動(dòng)的伸縮型（亦稱雙效補(bǔ)償型，簡(jiǎn)稱 DOJ 型）球籠萬(wàn)向聯(lián)軸器。目前，球籠式等速萬(wàn)向節(jié)已在日、英、美、德、法、意等 12 個(gè)國(guó)家球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 21 頁(yè)進(jìn)行了專(zhuān)利主城。Birfield 型和 Rzeppa 型萬(wàn)向節(jié)在結(jié)構(gòu)上的最大區(qū)別，除沒(méi)有分度機(jī)構(gòu)外，還在于鋼球滾道的幾何學(xué)與斷面形狀不一樣。Rzeppa 型萬(wàn)向節(jié)用的是單圓弧的鋼球滾道，單圓弧滾到其半徑大一個(gè)間隙，因此最大接觸應(yīng)力常發(fā)生在滾道邊緣處。當(dāng)鋼球的載荷很大時(shí)，滾道邊緣易被擠壓壞，從而降低了工作能力。Birfield（BJ 型）萬(wàn)向節(jié)的鋼球滾道橫斷面的輪廓為橢圓型，騎等角速傳動(dòng)是依靠外套滾到中心 A、內(nèi)套滾到中心 B 等偏置地位于萬(wàn)向節(jié)中心 O 的兩側(cè)實(shí)現(xiàn)的。而伸縮型的等速傳動(dòng)則依靠保持架（球籠）外球面中心 A 與內(nèi)球面中心 B 等偏置地位于萬(wàn)向節(jié)中心 O 的兩邊實(shí)現(xiàn)的。2 結(jié)構(gòu)分析球籠式萬(wàn)向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬(wàn)向節(jié)。早期的 Rzeppa 型球籠式萬(wàn)向節(jié)(圖 1—a)是帶分度桿的，球形殼 1 的內(nèi)表面和星形套 3 的球表面上各有沿圓周均勻分布的六條同心的圓弧滾道，在它們之間裝有六個(gè)傳力鋼球 2，這些鋼球由球籠 4 保持在同一平面內(nèi)。當(dāng)萬(wàn)向節(jié)兩軸之間的夾角變化時(shí)，靠比例合適的分度桿 6 撥動(dòng)導(dǎo)向盤(pán) 5，并帶動(dòng)球籠 4 使六個(gè)鋼球 2 處于軸間夾角的平分面上。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)軸間夾角較小時(shí)，分度桿是必要的；當(dāng)軸間夾角大于11°時(shí)，僅靠球形殼和星形套上的子午滾道的交叉也可將鋼球定在正確位置。這種等速萬(wàn)向節(jié)無(wú)論轉(zhuǎn)動(dòng)方向如何，六個(gè)鋼球全都傳遞轉(zhuǎn)矩，它可在兩軸之間的夾角達(dá) 35°～37°的情況下工作。目前結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、應(yīng)用較為廣泛的是 Birfield 型球籠式萬(wàn)向節(jié)(圖 1—b)。它取消了分度桿，球形殼和星形套的滾道做得不同心，令其圓心對(duì)稱地偏離萬(wàn)向節(jié)中心。這樣，即使軸間夾角為 0°，靠?jī)?nèi)、外子午滾道的交叉也能將鋼球定在正確位置。當(dāng)軸間夾角為 0’時(shí)，內(nèi)、外滾道決定的鋼球中心軌跡的夾角稍大于 11°，這是能可靠地確定鋼球正確位置的最小角度。滾道的橫斷面為橢圓形，接觸點(diǎn)和球心的連線與過(guò)球心的徑向線成 45‘角，橢圓在接觸點(diǎn)處的曲率半徑選為鋼球半徑的 1．03～1．05 倍。當(dāng)受載時(shí)，鋼球與滾道的接觸點(diǎn)實(shí)際上為橢圓形接觸區(qū)。由于工作時(shí)球的每個(gè)方向都有機(jī)會(huì)傳遞轉(zhuǎn)矩，且由于球和球籠的配合是球形的，因此對(duì)這種萬(wàn)向節(jié)的潤(rùn)滑應(yīng)給予足夠的重視。潤(rùn)滑劑的使用主要取決于傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速和角度。在轉(zhuǎn)速高達(dá) 1500r／min 時(shí)，一般使用防銹油脂。若轉(zhuǎn)速和角度都較大時(shí)，則使用潤(rùn)滑油。比較好的方法是采用油浴和循環(huán)油潤(rùn)滑。另外，萬(wàn)向節(jié)的密封裝置應(yīng)保證潤(rùn)滑劑不漏出，根據(jù)傳動(dòng)角度的大小采取不同形式的密封裝置。這種萬(wàn)向節(jié)允許的工作角可達(dá) 42°。由于傳遞轉(zhuǎn)球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 21 頁(yè)矩時(shí)六個(gè)鋼球均同時(shí)參加工作，其承載能力和耐沖擊能力強(qiáng)，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。但是滾道的制造精度高，成本較高。伸縮型球籠式萬(wàn)向節(jié)(圖 1c)結(jié)構(gòu)與一般球籠式相近，僅僅外滾道為直槽。在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，星形套與筒形殼可以沿軸向相對(duì)移動(dòng)，故可省去其它萬(wàn)向傳動(dòng)裝置中的滑動(dòng)花鍵。這不僅使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且由于軸向相對(duì)移動(dòng)是通過(guò)鋼球沿內(nèi)、外滾道滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，所以與滑動(dòng)花鍵相比，其滾動(dòng)阻力小，傳動(dòng)效率高。這種萬(wàn)向節(jié)允許的工作最大夾角為 20°。Rzeppa 型球籠式萬(wàn)向節(jié)以前主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中， 目前應(yīng)用較少。Birfield 型球籠式萬(wàn)向節(jié)和伸縮型球籠式萬(wàn)向節(jié)被廣泛地應(yīng)用在具有獨(dú)立懸架的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，在靠近轉(zhuǎn)向輪一側(cè)采用Birfield 型萬(wàn)向節(jié)，靠近差速器一側(cè)則采用伸縮型球籠式萬(wàn)向節(jié)，以補(bǔ)償由于前輪跳動(dòng)及載荷變化而引起的輪距變化。伸縮型萬(wàn)向節(jié)還被廣泛地應(yīng)用到斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋中。圖 1.球籠式萬(wàn)向節(jié)3 球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)球籠式萬(wàn)向節(jié)的失效形式主要是鋼球與接觸滾道表面的疲勞點(diǎn)蝕。在特殊情況下，因熱處理不妥、潤(rùn)滑不良或溫度過(guò)高等，也會(huì)造成磨損而損壞。球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 21 頁(yè)由于星形套滾道接觸點(diǎn)的縱向曲率半徑小于外半軸滾道的縱向曲率半徑，所以前者上的接觸橢圓比后者上的要小，即前者的接觸應(yīng)力大于后者。因此，應(yīng)控制鋼球與星形套滾道表面的接觸應(yīng)力，并以此來(lái)確定萬(wàn)向節(jié)的承載能力。不過(guò)，由于影響接觸應(yīng)力的因素較多，計(jì)算較復(fù)雜，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)算方法。假定球籠式萬(wàn)向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)六個(gè)傳力鋼球均勻受載，則鋼球的直徑可按下式確定3210.??STd式中，d 為傳力鋼球直徑(mm)；Ts 為萬(wàn)向節(jié)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m)，TS = min[Tse，Tss]。計(jì)算所得的鋼球直徑應(yīng)圓整并取最接近標(biāo)準(zhǔn)的直徑。鋼球的標(biāo)準(zhǔn)直徑可參考 GB7549—87。當(dāng)球籠式萬(wàn)向節(jié)中鋼球的直徑 d 確定后，其中的球籠、星形套等零件及有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸可參見(jiàn)圖 2 按如下關(guān)系確定：圖2.球籠式萬(wàn)向節(jié)基本尺寸鋼球中心分布圓半徑 R=1．71d星形套寬度 B=1．8d球籠寬度 B1=1．8d球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 21 頁(yè)星形套滾道底徑 Dl=2．5d萬(wàn)向節(jié)外徑 D=4．9d球籠厚度 b=0．185d球籠槽寬度 b1=d球籠槽長(zhǎng)度 L=(1．33～1．80)d (普通型取下限，長(zhǎng)型取上限)滾道中心偏移距 h=0．18d軸頸直徑 d′ ≥1．4d星形套花鍵外徑 D2≥1．55d球形殼外滾道長(zhǎng)度 L1=2．4d中心偏移角 δ≥6°3.1 球籠式萬(wàn)向節(jié)的等速性的分析3.1.1 從結(jié)構(gòu)上證明球籠式萬(wàn)向節(jié)的等 速性球籠式萬(wàn)向節(jié)的等速性是由本身的結(jié)構(gòu)所決 定的 ,不論有無(wú)軸間角,沿著 6 個(gè)鋼球球心所在的 平面剖開(kāi) , 都可建立圖 3 所示的結(jié)構(gòu)。設(shè)星形套 溝道和鋼球的共軛接觸點(diǎn)(或區(qū))半徑為 R 1 , 鐘形殼溝道和鋼球的共軛接觸點(diǎn)的半徑為 R 2 ,設(shè)鋼球 回轉(zhuǎn)半徑為 R ,接觸點(diǎn) A 既是鐘形殼溝道上的一 部分 ,又是鋼球上的一部分,即接觸區(qū)為鐘形殼溝 道和鋼球的共軛部分 , 因此存在 ω 鐘A =ω 球 A , 同 理 ω 星 B =ω 球 B ,同一個(gè)鋼球具有同一個(gè)角速度 ,即 ω球 A =ω 球 B ,因此存在 ω 鐘 =ω 球 =ω 星 , 這就充分 證明球籠式萬(wàn)向節(jié)內(nèi)部每一部件的角速度都相 同,即整個(gè)球籠式萬(wàn)向節(jié)具有等速性。也可理解為鋼球是一種鏈 , 它把鐘形殼和星 形套聯(lián)接為同一個(gè)整體, 因此具有相同的角速度。圖 3球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 21 頁(yè)3.1.2 從投影幾何學(xué)證明球籠式萬(wàn)向節(jié) 的等速性投影學(xué)認(rèn)為 :當(dāng)輸入軸和輸出軸的傳動(dòng)點(diǎn)始 終位于輸入和輸出連接角的某一個(gè)平面上 ,且這 個(gè)平面是唯一的 ,這個(gè)機(jī)構(gòu)具有等速性。參見(jiàn)圖 4,對(duì)球籠式萬(wàn)向節(jié), A 面和 B 面的兩 個(gè)圓在 C 平面上的投影是一致的, C 平面也就是 6 個(gè)鋼球球心所在的平面, 因此證明球籠式萬(wàn)向 節(jié)具有等速性.也可以這樣理解 :把一根橡膠管彎曲后, 使其 一端等速旋轉(zhuǎn), 結(jié)果是中間彎曲部分不斷產(chǎn)生拉 伸和壓縮 ,把力傳遞給另一端 ,使另一端也等速旋 轉(zhuǎn)。這樣理解等速性 , 就可以把球籠式萬(wàn)向節(jié)和 撓性聯(lián)軸器看成同一種結(jié)構(gòu)。圖 43.1.3 球籠式萬(wàn)向節(jié)線速度的分析圖 5 所示是球籠式萬(wàn)向節(jié)形成軸間角的運(yùn)動(dòng) 原理圖。當(dāng)球籠式萬(wàn)向節(jié)沒(méi)有形成軸間角時(shí) ,鐘 形殼軸線 OO 2 和星形套軸線 OO1 重合 ,鋼球球 心為 A 點(diǎn) ,在第三平面 C(OA 所在平面)中, 任 一鋼球中心點(diǎn) A 的線速度為 VA =ω1·OA(對(duì)于 主動(dòng)軸), V′A =ω2·OA(對(duì)于從動(dòng)軸), 由于存在 ω1 =ω2 , 因此存在 VA =V′A , 說(shuō)明 B 平面(主動(dòng) 軸)的線速度和 A 平面(從動(dòng)軸)的線速度經(jīng)投影后在 C 平面上的線速度是相等的。在 B 平面和 A 平面中 ,主動(dòng)軸線速度 V 1=O 1 A ·ω1 ，線速度 V2 =O2A·ω2，由于球籠等速萬(wàn)向節(jié)存在ω1=ω2 ,所以存在下式 AOV21?設(shè) OA =R (鋼球回轉(zhuǎn)半徑), 設(shè)偏心距 OO 1=e1, OO 2 =e2 由幾何關(guān)系可得:O 1 A =R/cosγA1，O2A=R/cosγA2，由上式得 2121cosAV??， ，所以211eRAO??2eRAO?球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 21 頁(yè)2121eRV??上式表明 ,在 C 平面上的 A 點(diǎn)沿 γ1 角投影 為 B 平面上的主動(dòng)軸線速度, 沿 γ2 角投影為 A 平面上的從動(dòng)軸線速度 , 反過(guò)來(lái)也可認(rèn)為由 γ1 角 和 γ2 角就可以確定 C 平面。上式表明 ,主動(dòng)軸的線速度 V1 和從動(dòng)軸的 線速度 V2 的比值是由球籠式萬(wàn)向節(jié)偏心距決定 的。只有當(dāng) e1 =e2 時(shí) , 才存在 V1 =V2 , 球籠式 萬(wàn)向節(jié)才存在 α=2β 這一特性。如果 e1 ≠e2 ,就 必然存在 V 1 ≠V 2 , α≠2β ,但它們的角速度都相 等,具備同步性。當(dāng)球籠式萬(wàn)向節(jié)形成軸間角 α 時(shí), 鋼球轉(zhuǎn)角 為 β , 鋼球從點(diǎn) A 移至點(diǎn) B 。在 B 點(diǎn)時(shí), VB1/VB2 =O1 B/BG ,由于 O1 B =O1 A , 在文獻(xiàn)中已經(jīng)證明 B G =O 2 A , 因此在形成軸間角的過(guò)程 中,(1)式永遠(yuǎn)成立。由于 γB1 ≠γ1, γB2 ≠γ2, 在鋼球轉(zhuǎn)動(dòng)形成 β 角時(shí) , 投影角度隨時(shí)發(fā)生變化 , 但投影角度比值是固定不變的。上式可改寫(xiě)為 V1/ V 2 =cosγA2/cos γA1 =cosγB2/cosγB1 。也可以 認(rèn)為 O1 A 和 O 2 A 為剛性連桿, 在形成軸間角的 過(guò)程中,連桿長(zhǎng)度是不變的,但在鋼球移動(dòng)到不同 位置時(shí)兩連桿間的夾角發(fā)生變化。圖 53.2 球籠式萬(wàn)向節(jié)方案分析與形式選擇3.2.1 球籠式萬(wàn)向節(jié)方案分析與形式選擇目前運(yùn)用較廣的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的固定式球籠萬(wàn)向節(jié)和伸縮型萬(wàn)向節(jié)。固定式球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 21 頁(yè)球籠萬(wàn)向節(jié)它取消了分度桿，球形殼和星形套的滾道做得不同心，令其圓心對(duì)稱地偏離萬(wàn)向節(jié)中心。這樣，即使軸間夾角為 0°，靠?jī)?nèi)、外子午滾道的交叉也能將鋼球定在正確位置。當(dāng)軸間夾角為 0’時(shí)，內(nèi)、外滾道決定的鋼球中心軌跡的夾角稍大于 11°，這是能可靠地確定鋼球正確位置的最小角度。滾道的橫斷面為橢圓形，接觸點(diǎn)和球心的連線與過(guò)球心的徑向線成 45‘角，橢圓在接觸點(diǎn)處的曲率半徑選為鋼球半徑的 1．03～1．05 倍。當(dāng)受載時(shí)，鋼球與滾道的接觸點(diǎn)實(shí)際上為橢圓形接觸區(qū)。由于工作時(shí)球的每個(gè)方向都有機(jī)會(huì)傳遞轉(zhuǎn)矩，且由于球和球籠的配合是球形的，因此對(duì)這種萬(wàn)向節(jié)的潤(rùn)滑應(yīng)給予足夠的重視。潤(rùn)滑劑的使用主要取決于傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速和角度。在轉(zhuǎn)速高達(dá) 1500r／min 時(shí)，一般使用防銹油脂。若轉(zhuǎn)速和角度都較大時(shí)，則使用潤(rùn)滑油。比較好的方法是采用油浴和循環(huán)油潤(rùn)滑。另外，萬(wàn)向節(jié)的密封裝置應(yīng)保證潤(rùn)滑劑不漏出，根據(jù)傳動(dòng)角度的大小采取不同形式的密封裝置。這種萬(wàn)向節(jié)允許的工作角可達(dá) 42°。由于傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)六個(gè)鋼球均同時(shí)參加工作，其承載能力和耐沖擊能力強(qiáng)，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。但是滾道的制造精度高，成本較高。伸縮型球籠式萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)與一般球籠式相近，僅僅外滾道為直槽。在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，星形套與筒形殼可以沿軸向相對(duì)移動(dòng)，故可省去其它萬(wàn)向傳動(dòng)裝置中的滑動(dòng)花鍵。這不僅使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且由于軸向相對(duì)移動(dòng)是通過(guò)鋼球沿內(nèi)、外滾道滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，所以與滑動(dòng)花鍵相比，其滾動(dòng)阻力小，傳動(dòng)效率高。這種萬(wàn)向節(jié)允許的工作最大夾角為 20°。鑒于上述的對(duì)于兩種萬(wàn)向節(jié)的論述，結(jié)合設(shè)計(jì)要點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用一端固定式球籠式萬(wàn)向節(jié)另一端采用伸縮性球籠式萬(wàn)向節(jié)。3.2.2 零部件的結(jié)構(gòu)分析與形式選擇。球籠式等速萬(wàn)向節(jié)的外圈 (鐘形殼、筒形殼)、內(nèi)圈(星形套)和保持架三大部 件構(gòu)成了兩對(duì)球面運(yùn)動(dòng)副 ,即外圈內(nèi)球面和保持 架外球面 ;內(nèi)圈外球面和保持架內(nèi)球面 , 如圖 6、 圖 7。保持架引導(dǎo)外圈 (內(nèi)圈)沿保持架球面相對(duì)運(yùn)動(dòng), 使等速萬(wàn)向節(jié)的輸入軸與輸出軸可不在同 一直線上, 但能保證鋼球中心圓平面處于輸入軸 與輸出軸的角平分平面上。保持架的內(nèi)(外)球面與外圈(內(nèi)圈)球面球心在理論上應(yīng)重合且無(wú)間 隙,以滿足萬(wàn)向節(jié)的等速性要求。實(shí)際上加工制 造中不可避免地存在誤差 ,而且球面運(yùn)動(dòng)副間相 互運(yùn)動(dòng)需要有足夠的配合間隙 ,以貯藏潤(rùn)滑劑,故 產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給出球面配合尺寸的公差及公差 帶,控制球面運(yùn)動(dòng)副的間隙。球籠式等速萬(wàn)向節(jié) 的球面運(yùn)動(dòng)副配合間隙對(duì)其性能有很大的影響, 如球面運(yùn)動(dòng)副間隙過(guò)大, 回轉(zhuǎn)方向間隙、不等速性 變大 ,等速萬(wàn)向節(jié)會(huì)產(chǎn)生沖擊、噪聲 ,除此之外,還 會(huì)受其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的影響產(chǎn)生振動(dòng);如果球球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 21 頁(yè)面運(yùn) 動(dòng)副間隙過(guò)小 ,使零件磨損加大、壽命降低等。因 此,球籠式等速萬(wàn)向節(jié)球面運(yùn)動(dòng)副配合間隙在設(shè) 計(jì)上要有較嚴(yán)格的要求, 以保證最佳的配合間隙。RF固定球籠式萬(wàn)向節(jié)與其他結(jié)構(gòu)的固定式球籠萬(wàn)向相比由于滾道在徑向截面上為圓形，鋼球與滾道為兩點(diǎn)接觸的中心固定型等速萬(wàn)向節(jié)，所以制造工藝簡(jiǎn)單，承載能力也較強(qiáng)，使用壽命比較長(zhǎng)。而 DOJ 型的伸縮式萬(wàn)向節(jié)由于采用的是直滾道所以設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單，成本較低。圖 6圖 73.3RF 型球籠式萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算RF球籠式萬(wàn)向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)六個(gè)傳力鋼球均勻受載，則鋼球的直徑可按下式確定 3410.2??STd式中，d為傳力鋼球直徑(mm)；Ts 為萬(wàn)向節(jié)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·mm)，T S = min[Tse，Tss]。當(dāng)球籠式萬(wàn)向節(jié)中鋼球的直徑 d 確定后，其中的球籠、星形套等零件及有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸可參見(jiàn)下表一。表一：球籠式萬(wàn)向節(jié)主要參數(shù)表計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算公式RF型球籠式萬(wàn)向節(jié)DOJ伸縮式球籠萬(wàn)向節(jié)球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 21 頁(yè)鋼球的直徑（mm） 3410.2??STd17.462 17.462鋼球中心分布圓半徑（mm）R=1．71d 30 30星形套寬度（mm） B=1．8d 31 31萬(wàn)向節(jié)外徑 （mm） D=4．9d 86 86球籠寬度 （mm） B1=1．8d 31 31星形套滾道底徑（mm）Dl=2．5d 44 44球籠厚度 （mm） b=0．185d 3 3球籠槽寬度 （mm） b1=d 17 17球籠槽長(zhǎng)度（mm） L=1.3d 23 23滾道中心偏移距（mm）h=0．18d 3 —軸頸直徑 （mm） d′ ≥1．4d 25 25星形套花鍵外徑（mm）D2≥1．55d 27 24球形殼外滾道長(zhǎng)度（mm）L1=2．4d 42 42中心偏移角 （°） δ≥6° — —3.4 球籠式萬(wàn)向節(jié)的壽命校核3.4.1 給定如下某汽車(chē)參數(shù)表如下所示表二：某汽車(chē)總體參數(shù)表最大發(fā)動(dòng)機(jī)功率 Peff=86KW(n=5500r/min)最大轉(zhuǎn)矩 Mmax=145N·m（n m=3300r/min）球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 21 頁(yè)汽車(chē)總質(zhì)量 G=16758N前軸許用載荷 GF=7200N驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比 iA=4.111滿載重心高度 h=0.5m滾動(dòng)半徑 Rr=0.249m表三：變速器變速比檔位 1 2 3 4 5變速箱is3.545 2.105 1.300 0.943 0.789各檔的利用率為 1~5 檔分別是 1%、6%、18%、30%和 45%，汽車(chē)至少有 10萬(wàn) km 的壽命。3.4.2 轉(zhuǎn)矩校核。摩擦系數(shù) μ=1；振動(dòng)系數(shù) Ks=1.2。汽車(chē)以 μ=1 和 Ks=1.2 時(shí)最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，以最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的 2/3 驅(qū)動(dòng)而各擋勻速，計(jì)算其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 MA 和附加轉(zhuǎn)矩 MH。計(jì)算額定轉(zhuǎn)矩為 MN=2650N·mMA= MmiAiS= ×145×4.111×3.545≈2113(N·m）με 1≤2650（N·m）Mh=KSμ Rr=1.2×1× ×0.249≈1218(N·m）AiG1.46758≤2650（N·m）故滿足設(shè)計(jì)要求3.4.3 校核使用壽命，具體計(jì)算結(jié)構(gòu)如下表表四:汽車(chē)的校核使用壽命計(jì)算表?yè)跷?1 2 3 4 5球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 21 頁(yè)ax 0.01 0.06 0.18 0.30 0.45ix=is×iA 14.57 8.56 5.34 3.88 3.28nx=nm/ix 226 386 618 851 1006vx=0.377Rrnx 21.2 42.1 58.0 79.9 94.4Mx= MMix31713 414 258 188 159Lhx= （nx357029??????xdxAn.≤1000r/min)Lhx= （n346??????xdxMx≥1000r/min)120.6 452.4 1424.7 3061.6 4583.6ax-各檔傳動(dòng)利用率；i x-總傳動(dòng)比；n x-最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速；v x-路面行駛速度；M x-轉(zhuǎn)矩；Lhx-使用壽命；M d-動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。由表可得 5-5hx4hx3hx2hx1hxh 108.3aaa ?????LLL所以 Lh=1858.7h，汽車(chē)的平均行駛速度為Vav=0.01×21.2+0.06×42.1+0.18×58.0+0.3×79.9+0.45×94.4=79.63（km/h）其使用壽命為L(zhǎng)s=1858.7×79.63≈148011（km）＞10 萬(wàn) km球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 21 頁(yè)故滿足使用要求。同理，伸縮性萬(wàn)向節(jié)的使用壽命為L(zhǎng)s=1858.7×79.63×（367/360) 3≈156813（km）＞10 萬(wàn) km同樣滿足使用要求。3.4.4 傳動(dòng)軸的校核。由于等速萬(wàn)向節(jié)總成采用雙向萬(wàn)向節(jié)，傳動(dòng)軸只受扭矩而不受彎矩。因此，只要對(duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。軸徑最小處為 D=25mm，抗扭截面模量為Wp= )(10.316)025.(393 mD?????ππτ max= )(89MPaMph?4.零件的三維造型及二維裝配圖繪制4.1 概論三維造型實(shí)體模型除了可以將用戶的設(shè)計(jì)思想—最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)出來(lái)之外，借助于系統(tǒng)參數(shù)，用戶還可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、重心、慣性大小等，以了解產(chǎn)品的真實(shí)性，并彌補(bǔ)傳統(tǒng)面結(jié)構(gòu)、線結(jié)構(gòu)的不足。用戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以隨時(shí)掌握以上重點(diǎn)，設(shè)計(jì)物理參數(shù)，并減少許多人為的計(jì)算時(shí)間。利用三維造型實(shí)體模型生成二維工程圖，并且自動(dòng)標(biāo)注工程尺寸。不論在三維造型還是二維圖形上做尺寸修改，其相關(guān)的二維和三維造型實(shí)體模型均自動(dòng)修改，同時(shí)，裝配、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)修改，這樣可以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免反復(fù)修改耗時(shí)。由于單一數(shù)據(jù)庫(kù)，提供了雙向關(guān)聯(lián)性的功能，這也符合了現(xiàn)代產(chǎn)品中的同步工程思想。通過(guò)前面的球籠式萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算，已初步確定了各零件的主要尺寸，接下來(lái)將對(duì)各零件生成三維造型，在設(shè)計(jì)過(guò)程中許多尺寸需進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，所以采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用 Pro/e 和 AutoCAD 對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行了輔助分析。4.2RF 型球籠式萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)4.2.1 模型三維裝配圖球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 21 頁(yè)圖 84.2.2RF 型球籠式萬(wàn)向節(jié)鋼球的設(shè)計(jì)圖 94.2.3RF 型球籠式萬(wàn)向節(jié)保持架的設(shè)計(jì)球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 21 頁(yè)圖 104.2.4RF 型球籠式萬(wàn)向節(jié)星型套的設(shè)計(jì)圖 114.2.4RF 型球籠式萬(wàn)向節(jié)球形罩的設(shè)計(jì)球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 21 頁(yè)圖 124.3DOJ 型球籠式等速萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)4.3.1 模型三維裝配圖圖 134.3.2DOJ 型球籠式等速萬(wàn)向節(jié)筒型罩的設(shè)計(jì)球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 21 頁(yè)圖 144.3.3DOJ 型球籠式等速萬(wàn)向節(jié)星型套的設(shè)計(jì)圖 154.3.4 三維造型 DOJ 型球籠式萬(wàn)向節(jié)保持架的設(shè)計(jì)圖 164.3.5DOJ 型球籠式萬(wàn)向節(jié)擋蓋的設(shè)計(jì)圖 174.4 球籠式等速萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸其他零件的設(shè)計(jì)球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 21 頁(yè)4.4.1 卡簧的設(shè)計(jì)圖 184.4.2 防塵罩的設(shè)計(jì)圖 194.4.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)圖 204.5 總體結(jié)構(gòu)模型三維裝配圖球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 21 頁(yè)結(jié)論在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)的題目是：球籠式等速萬(wàn)向節(jié)。雖然在之前所學(xué)的課程中很少涉及這方面的知識(shí)，但是通過(guò)了本次設(shè)計(jì)我對(duì)萬(wàn)向節(jié)都有了很深一步的理解，而且知道了萬(wàn)向節(jié)的等速原理，萬(wàn)向節(jié)的各方面都有了不同的見(jiàn)解。而且這次設(shè)計(jì)讓我對(duì)所學(xué)習(xí)的繪圖軟件 AutoCAD 和 Pro-e 更加的熟悉，在我以后的工作和生活中都會(huì)有很大的幫助。這次設(shè)計(jì)給我最大的感觸就是，只要心中有不放棄、不服輸?shù)膭艃海覀兙湍艹晒ξ覀兙湍芸朔欣щy。還有就是對(duì)陌生事物的自學(xué)能力，我相信這次設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)我以后的工作和日常生活都會(huì)有很大的幫助。致謝為期三個(gè)多月的畢業(yè)的設(shè)計(jì)，我非常感謝我的導(dǎo)師黃莉莉。由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有許多問(wèn)題會(huì)考慮不周，如果沒(méi)有黃老師的悉心指導(dǎo)與督促，畢業(yè)設(shè)計(jì)不會(huì)這么順利的完成。畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，黃老師耐心的指導(dǎo)使我受益匪淺，她扎實(shí)的理論知識(shí)與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給我留下了深刻的印象，也正是老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的教學(xué)態(tài)度使我從畢業(yè)設(shè)計(jì)中真正的學(xué)會(huì)了學(xué)以致用，將課本知識(shí)與實(shí)踐中所遇到的問(wèn)題相聯(lián)系，整合了自己在校所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)提高了我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。在此，我向黃老師致以最真誠(chéng)的敬意。在最后我要感謝學(xué)校、學(xué)院對(duì)我們的培養(yǎng)，為我們的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)造良好環(huán)境、提供便利條件。伴隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)束，我們也將離開(kāi)校園，有過(guò)少耕耘就有多少收獲，相信我們走出校園后能將自己的價(jià)值體現(xiàn)出來(lái)，回報(bào)父母、回報(bào)學(xué)校，為社會(huì)做自己力所能及的貢獻(xiàn)。再一次感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們，祝大家在今后的工作和生活中一切順利。參 考 文 獻(xiàn)球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 21 頁(yè)1 陳家瑞,高瑩,馬天飛,尹法欣.汽車(chē)構(gòu)造.第 3 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20112 劉鴻文，林建立，曹曼玲，陳乃立.材料力學(xué) I.第 5 版.北京：高等教育出版社，20103 鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理.第 7 版.北京：高等教育出版社，20124 孫靖民，梁迎春.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì).第 5 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20125 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，20046 楊志姝，吳華.Pro/ENGINEER Wildfire2.0 中文版標(biāo)準(zhǔn)教程.北京:清華大學(xué)出版社,20057 翟文杰,韓寶玲,方昆凡，王三民，郭寶霞.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第 5 版. 北京:機(jī)械出版社,20108 周四新.Pro/ENGINEER Wildfire 基礎(chǔ)設(shè)計(jì).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，20039 周四新.Pro/ENGINEER Wildfire 高級(jí)設(shè)計(jì).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，200310 Ram Prasad Diwakaran,Michael D. Johnson.Analyzing the effect of alternative goals and model attributes on CAD model creation and alteration[J].Computer-Aided Design,201211 Wang Huanling,Xu Weiya.3-D Geological Visual Model and Numerical Model Based on the Secondary Development Technology of CAD[C].//2010 Second WRI World Congress on Software Engineering，201012 Chemical Engineering Progress group.Software Adds AutoCAD 2012 Compatibility[J].Chemical Engineering Progress,2011Title Cage-type universal joint designABSTRACTCage-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 球籠式萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 21 頁(yè)analysis process and parts, and three-dimensional graphics software PRO-E were analyzed.Keywords:Ball Basket universal joints； structure； design； analysis；selection；life checking