等速万向节的设计

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星形套 2 以内花键与主动轴 1 相连,其外球面有六条弧形凹槽,形成外沟 道。钟形壳 5 的内球面有相应的六条弧形凹槽,形成内沟道。六个钢球 4 分别 装在六组内外沟道所对出的空间里,并被保持架 3 限定在同一个平面内。动力 由主动轴 1 及星形套 2 经钢球 4 传到钟形壳 5 输出。钟形壳 5 外圆上装有齿圈 6,用于测速。
第二章 等速万向节的设计 ......................... 8
2.1 等速万向节的等速原理 ............................ 8 2.2 共轭曲面的解析 .................................. 9 2.3 结构设计 ....................................... 10 2.4 装球球窝的设计 ................................. 16 2.5 沟缘倒角的设计 ................................. 19 2.6 椭圆沟道的设计 ................................. 19 2.7 设计计算实例 ................................... 23 2.8 符号说明 ....................................... 26
1.1.1 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°,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。 当满足传动轴两端万向节叉处于同一平面内且第一万向节两轴间夹角与 第二万向节两轴间夹角相等的条件时,可以实现由变速器的输出驱动桥的输入 轴的等角速传动。但因为在车辆行驶时,驱动桥要相对于变速器跳动,不可能 在任何时候都有夹角相等,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,还会降低传动效率,所以在总体布置上 应尽量减小这些轴间角。
球笼式等速万向节是奥地利 A.H.Rzeppa 于 1926 年发明的,后经多次改进。 1958 年英国伯菲尔(Birfield)集团哈迪佩塞公司成功研制了比较理想的球笼 联轴器(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球笼联轴器(DOJ 型)[1]。上世纪八十年代初期,原机械工业部重矿局将球笼式等速万向节列为 重点发展的基础件之一,积极组织力量研制。并于 1987 年颁布了由西安重型
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汽车传动轴等速万向节的设计
摘要
球笼式等速万向节是二十世纪六、七十年代迅速发展起来的一种高效新型 万向节,它具有同步性好、角位移大、能承受重载及冲动载荷、效率高、密封 性好、寿命长、结构简单、紧凑、便于流水线生产等优点,广泛应用于汽车、 轧机、拖拉机、起重机、机床以及轻工、纺织、医疗等机械的传动中。
与球和内、外沟道的接触点共线且 C 至所连两轴中心线的距离均为 OC ,因而两
轴角速度相等;当α ≠ 0°时,球心由 C 移至 C1,C1 与球和内、外沟道的接触点
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1.1.2 准等速万向节 常见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。实际上是一套将传动轴长度减至最小 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 点离中垂线很近,使得两轴间夹角的差很小,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。 1.1.3 等速万向节 目前轿车上常用的等速万向节按工作性能分为中心固定型万向节和伸缩 型万向节,中心固定型万向节按结构型式又可分为 RF 型、AC 型、UF 型、GE 型等,伸缩型万向节按结构型式又可分为 DOJ 型、TJ 型、VL 型、GI 型等。图 1.2 所示为 BJ 型+TJ 型万向节。零件清单见表 1.1。图 1.3 为 BJ 型+TJ 型万向 节爆炸图。
第三章 花键的测绘设计 .......................... 28
3.1 花键主参数的确定 ............................... 28 3.2 外花键环规的设计 ............................... 37 3.3 内花键拉刀的设计 ............................... 40
关键词:传动轴;等速万向节;球笼;渐开线花键
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目录 第一章 绪论 ..................................... 1
1.1 万向节的种类 .................................... 2 1.2 等速万向节的发展及现状 .......................... 6
表 1.1 零件清单
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图 1.2 BJ 型+TJ 型万向节
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图 1.3 BJ 型+TJ 型万向节爆炸图
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BJ 型球笼式万向节的结构见图 1.4
1-主动轴 2-星形套 3-保持架 4-钢球 5-钟形壳 6-齿圈 图 1.4 BJ 型球笼式万向节的结构
第四章 总结 .................................... 43 参考文献 ........................................ 44
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第一章 绪 论
万向节即万向接头,英文名称 universal joint,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,它是汽车驱动系统的万向传动装 置的“关节”部件。万向节与传动轴组合,称为万向节传动装置。如图 1.1 所示,在汽车传动系及其它系统中,为了实现一些轴线相交或相对位置经常变 化的转轴之间的动力传递,必须采用万向节传动装置。万向节的结构和作用有 点像人体四肢上关节,它允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化。为 满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化, 前驱动汽车的驱动桥,半轴与轮轴之间常用万向节相连。但由于受轴向尺寸的 限制,要求偏角又比较大,单个的万向节不能使输出轴与输入轴的瞬时角速度 相等,容易造成振动,加剧机件的损坏,产生很大的噪音,所以广泛采用各式 各样的等速万向节。在前驱动汽车上,每个半轴用两个等速万向节,靠近变速 驱动桥的万向节是半轴内侧万向节(内球笼),靠近车轴的是半轴外侧万向节 (外球笼)。在后驱动汽车上,发动机、离合器与变速器作为一个整体安装在车 架上,而驱动桥通过弹性悬挂与车架连接,两者之间有一个距离,需要进行连 接。汽车运行中路面不平产生跳动,负荷变化或者两个总成安装的位差等,都 会使得变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的夹角和距离发生变化,因 此在后驱动汽车的万向节传动形式都采用双万向,就是传动轴两端各有一个万 向节,其作用是使传动轴两端的夹角相等,保证输出轴与输入轴的瞬时角速度 始终相等。
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第二章 等速万向节的设计
2.1 等速万向节的等速原理[2]
球笼式等速万向节实现主、从动轴等角速度转动的基本原理是:保证在任
意轴夹角α时传力钢球中心 C 都处于α角的平分平面上。图 2.1 中分别为固定
型和伸缩型球笼式等速万向节的结构。从图中可以看出,当α=0°时,球心 C
本文通过对汽车传动轴用球笼式万向节产品内部结构主参数进行系统、详 细和精确的设计计算,进而探寻出球笼式万向节产品设计的一般规律。结合工 厂内部测绘渐开线花键的实例,探导出实际测绘的具体步骤和快捷有效的方 法,同时对内花键加工用刀具(拉刀)主参数及外花键检测用工具(环规)主参数 的确定给出了行之有效的设计计算。
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机械研究所、大连轻工学院共同起草的球笼式等速万向节的国家标准 (GB7549-78)。国内主要围绕球笼式等速万向节的结构、原理、设计、承载能 力、加工制造、应用等方面来进行开发研制。德国、美国及日本等都有较大的 集团和公司生产等速传动轴、传动轴公司。如英国的 GKN 公司、美国的德尔福 沙基诺引擎驱动轴公司等。在国外,为了保证技术的先进性,各大零部件公司 每年都投入大量的资金,用于产品研究开发工作。世界各大公司都具有较高自 动化水平,锻件毛坯采用冷锻、温锻、精密锻造,如钟形壳采用高速压力机冷 成型工艺,其锻造精度已满足产品要求,球道锻造精度可达 0.02~0.04mm, 加工速度为 16~18 件/分。热处理渗碳采用大型自动化连续渗碳炉,测量和试 验设备齐全,测量自动化程度高,机械加工花键用冷轧成型,金属切削加工采 用自动化机床或自动线加工,生产效率较高。并且向以微电子技术和信息技术 为代表的产品开发和制造技术发展。目前,各主要等速传动轴公司经过几十年 的发展,都具有较强的产品研究开发实力,已经形成产品系列化、标准化、国 际化。产品能与主机厂同步发展。随着我国汽车工业特别是轿车工业迅速发展, 也带动汽车传动轴行业的发展,据不完全统计,国内传动轴厂家有几十家,存 在着布点多,企业规模小、技术水平低。目前,生产能力在二十五万支以上的 企业有六家,有上海纳铁福传动轴有限公司、北方捷凯传动轴有限公司、沙基 诺北方凌云驱动轴有限公司、天津丰津传动部件有限公司、浙江万向集团公司、 沈阳金亚传动轴厂等。
在各种等速万向节中,常见是球笼式等速万向节,它的六个钢球全部传力, 承载能力强,可在两轴最大交角 45°情况下传递扭矩,主动轴与从动轴在任 何交角的情况下,钢球都位于两圆的交点上,即位于两轴交角的平分面上,从 而保证主、从动轴等角速度传动,其结构紧凑,拆装方便,得到广泛应用。
1.2 球笼式等速万向节的发展及现状
二十世纪七十年代之前,十字轴式万向节主要用于汽车、拖拉机上。尽管 十字轴式万向节有很多优点,但单独使用时,会出现主、从动轴的瞬间角速度 不同步,从而使转速、转矩均发生变化,且随角位移的变化而急剧加大,因此 在高速、大角位移情况下不宜单独使用十字轴式万向节。如采用双十字轴式万 向节能使得输入、输出轴得到近似相等的瞬时角速度,但中间轴的角速度依然 是一个变动值,是产生振动的根源。于是被称为“划时代产品”的球笼式等速 万向节便应运而生,并且得到了广泛的应用。等角速万向节大都用在前轮驱动 或独立悬挂汽车的车轮传动装置中,用来把半轴的转矩直接传给车轮,并保证 半轴和车轮等速旋转,以利于它们在大角度范围内均能正常工作。球笼式等速 万向节是国外于二十世纪六、七十年代在近三十年时间内迅速发展起来的一种 高效新型万向节,具有同步性好、角位移大、能承受重载及冲动载荷、效率高、 密封性好、寿命长、结构简单、紧凑、便于流水线生产等优点,广泛应用于汽 车、轧机、拖拉机、起重机、机床以及轻工、纺织、医疗等机械的传动中。
图 1.1 汽车用万向节的位置
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1.1 万向节的种类
万向节是一种容许两轴间具有较大角位移的联轴器,适合于有大角位移的 两轴之间的联接,一般两轴的轴间角最大可达 35°~45°,而且在运转过程中 允许随时改变两轴的轴间角。目前,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、凸块式、三销轴式万向节)和等速万 向节(如球叉式、球笼式万向节)三种。
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