毕业设计说明书-三叉杆(滚子)式万向节的结构设计与传动效率分析

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毕业设计说明书

三叉杆（滚子）式万向节的结构设计与传动效率分析

三叉杆（滚子）式万向节的结构设计与传动效率分析

摘要：前轮驱动的汽车传动系统一般由一个三叉式万向节、一个球笼式万向节及连接它们的中间轴组成。三叉杆式准等速万向节是一种能够轴向伸缩的万向节。当三叉杆滚子式万向节以一定的偏转角传递动力时，由于内部零件之间存在相对滑动，会产生摩擦，它的三个滚子球环在运动的过程中将产生强烈的振动。三叉杆滚子式万向节传动中的效率损失主要为摩擦损失，其中摩擦损失主要是由于球形滚子与三叉杆之间存在相对滑动、球形滚子在导向槽中存在相对滑动。在三叉杆滚子式万向节尺寸、结构设计的基础上以空间矩阵为工具，对三叉杆式准等速万向节的运动和受力进行分析，得出了三叉杆滚子式等速万向节效率的相关公式，借助MATLAB 软件对公式进行可视化仿真分析，可以找出影响其传动效率的因素，得出传动效率的变化规律。

关键词：万向节；三叉杆；结构设计；传动效率；运动仿真

The Mechanism Design and Transmission efficiency analysis of

Tripod Roller Universal Joints

Abstract:Front-wheel drive car transmission system generally consists of a fork-type universal joint, a CV-type universal joint and the composition of the intermediate shaft connecting them.Tripod Roller universal joint is a quasi-constant velocity joint gimbal capable of axial stretching.When forming activity angle to transmit power angle ,Tripod universal joints, based on the relative sliding internal parts ,resulting in friction. Its three spherical roller will produce more intense vibrations. Efficiency losses in Tripod roller universal joint transmission are mainly friction loss which is mainly manifested in relative sliding between the spherical roller and The Tripod and spherical roller relative sliding in the guide groove. Spatial matrix is used as a tool to analyze and calculate the motion and force of quasi-constant velocity joints and obtain correlation formula of this kind of universal joint based on the size and structural design of The Tripod roller Universal joint. Using MATLAB software simulation analysis to identify factors that affect the efficiency of the transmission and obtain variation of the transmission efficiency in the end.

Key word:Universal joint; The Tripod; Structural Design; Transmission efficiency; Motion Simulation.

目录

1. 前言 (1)

1.1 国内外研究现状 (1)

1.2 万向节分类 (2)

1.3三叉杆滚子式万向节的结构特点 (3)

1.4 课题研究的主要内容和意义 (4)

1.5 本课题的研究方法 (4)

2.三叉杆（滚子）式万向节的结构设计 (7)

2.1 三叉杆滚子式万向节尺寸标准 (7)

2.2万向节设计的性能要求 (7)

2.3三叉杆滚子式万向节组件的结构优化设计 (8)

2.4三叉杆万向节组件的尺寸设计 (9)

2.5三叉杆式万向节零件结构工艺性的改善设计 (12)

3.三叉杆（滚子）式万向节的运动分析 (14)

3.1三叉杆滚子式万向节相对速度分析 (14)

3.2三叉杆式万向节采用调心轴承安装时的运动分析 (19)

3.3输入转角和输出转角的关系 (20)

4.三叉杆（滚子）式万向节的受力分析 (22)

4.1模型分析 (22)

4.2 受力分析 (24)

5.三叉杆（滚子）式万向节的传动效率分析 (28)

5.1三叉杆滚子式万向节于任意输入转角 下的瞬时效率 (28)

5.2三叉杆滚子式万向节的平均效率 (28)

5.3基于MATLAB的传动效率仿真分析 (29)

6. 结论 (31)

参考文献 (32)

致谢 (33)

1. 前言

一个国家汽车工业水平的高低是衡量该国家的工业技术水平高低的重要指标。在国家大力倡导自主创新今天，汽车工业的很多关键技术已成为我们攻坚的重点对象，近年来万向节等汽车传动系统中关键零部件性能的提高，对于汽车传动效率的提高有重要意义。正是由于一点一滴的创新才使得汽车产业得以与时俱进并快速发展。在倡导低碳生活的今天，电动汽车的发展无疑给整个汽车行业带来新的活力，从电池、电机、到传动系统的每个部分都会影响电动汽车行驶里程，电动汽车行驶里程能否显著提高成为制约电动汽车发展的重要指标而传动系统效率的提高可以很大程度减少电能的浪费，从而提高电动汽车行驶里程。

1.1 国内外研究现状

等速万向节作为汽车传动系统的关键部件，越来越引起人们的注意，国外学者将汽车等速万向节作为一个专业技术领域研究已相当成熟，我国在“八五”期间才将等速万向节列为重点扶持项目。

与国外相比，由于我国对于等速万向节的研究起步晚、理论水平有限，无论是从产品的设计、批量生产、还是自主创新研发方面都存在一定的差距。对汽车等速万向节来讲，优化设计、标准化生产、装配技术和传动效率的提高是关键。我国现有的可以参考的有关汽车关键技术方面的资料较少，像等速万向节这样的重要部件的资料更是如此，所以通过独立自主的研究、探索、创新，建立相应的等速万向节理论体系显得尤为重要。在我国的许多大学、企业和研究机构中都已展开了对等速万向节的理论研究工作，其中对于球笼式等速万向节的研究是热点，而三叉杆滚子式万向节是与球笼式等速万向节相配套，是组成前轮驱动汽车传动轴总成的重要部件，因此，对于它的理论研究必不可少。

目前国内对于三叉杆滚子式万向节的研究还处在初步理论研究阶段，常德功、张启先等采用矩阵方法对三叉杆滚子式万向节进行了传动效率分析研究和采用调心轴承时的运动分析研究[1]；江苏大学的张杰、张敏中采用图解法和解析法对三叉杆滚子式万向节进行了系统的受力分析研究为更深一步的了解和研究该种万向节打下了基础[6]；王江中、李利等以方向余弦矩阵为工具，在受力分析的基础上对三叉杆式万向联轴器附加弯矩和传动效率进行了研究[2]。国外对于等速万向节的研究较成熟，Sobby L Girguis对等速万向节的应用进行了研究[14]、Takeo Yamamoto 对等速万向节传动效率有深入的研究[15]。本文通过空间坐标系，对等速万向节中的三叉杆式滚子式万向节的运动和受力进行了分析计算，得出了三叉杆式等速万向节效率的相关公式。通过对三叉杆滚子式万向节主要零件尺寸和结构进行优化设计和MATLAB 软件对公式进行仿真分析，得出影响该种万向节传动效率的因素和传动时的最佳适应角度并通过实验分析得出三叉杆滚子式万向节的传动规律，对于解释汽车传动过程中振动产生的原因、提高三叉杆滚子式万向节传动效率提供了很重要的理论依据。