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ABSTRACTTelescopic 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 (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：22111sin sin 0xP f N N f N ββ=-+-≤∑ （1-1）2111cos sin 0yPN N f N ββ=+-≤∑ （1-2）2211()0eMf 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。