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西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文
摘要
球籠式萬向節(jié)又稱等速萬向節(jié)，是汽車傳遞動(dòng)力所需的一種重要部件。球籠式萬向節(jié)由發(fā)明至今以有了很成熟的發(fā)展。本課題在分析現(xiàn)有球籠式萬向節(jié)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，然后結(jié)合課題任務(wù)的要求，提出了球籠式萬向節(jié)的總體設(shè)計(jì)方案，一端采用固定式球籠式萬向節(jié)另一端采用伸縮性球籠式萬向節(jié)。根據(jù)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特性，確定了球籠式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)特性和其他參數(shù)；并對(duì)球籠式萬向節(jié)等速性的運(yùn)動(dòng)，受力，效率和壽命進(jìn)行了分析；根據(jù)工作要求對(duì)重要零件進(jìn)行了材料選擇；并且用solidworks三維軟件做三維造型。最后對(duì)該球籠式萬向節(jié)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，探究了其市場前景和優(yōu)勢。
關(guān)鍵字：球籠式萬向節(jié)，solidworks，材料選擇
Abstract
The ball cage type universal joint is also called the constant velocity universal joint, which is an important part of the vehicle to transmit power. The ball cage type universal joint has developed very well since its invention. On the basis of the analysis of the characteristics of the existing ball - cage universal joints and the requirements of the task, the overall design scheme of the cage type universal joint is put forward, and the other end of the fixed ball cage is used for the telescopic ball cage type universal joint. According to the structure and function characteristics of the automobile transmission system, the structure characteristics and other parameters of the ball cage type universal joint are determined, and the motion, force, efficiency and life of the ball cage type universal joint are analyzed, the material selection is made on the important parts according to the work requirements, and the 3D modeling is made with solidworks 3D software. Finally, the technical and economic characteristics of the ball cage type universal joint are analyzed, and its market prospects and advantages are explored.
Key words: ball cage type universal joint, solidworks, material selection
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題來源及意義 1
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 本文內(nèi)容安排 3
2 總體方案選擇與設(shè)計(jì) 4
2.1 總體方案設(shè)計(jì) 4
2.2 總體方案設(shè)計(jì) 5
2.3 本章小結(jié) 6
3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì) 7
3.1 等速性分析 7
3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)確定 8
3.2.1 萬向節(jié)軸徑與鋼球直徑 8
3.2.2 鋼球回轉(zhuǎn)中心直徑 9
3.2.3 鐘形殼滾道偏心距 9
3.2.4 基本尺寸 9
3.2 本章小節(jié) 10
4 壽命校核 11
4.1 轉(zhuǎn)矩校核 11
4.2 壽命校核 11
4.3 傳動(dòng)軸校核 13
4.4 本章小節(jié) 13
5 各主要零部件材料選擇與熱處理工藝 14
6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 15
6.1 成本估算 15
6.2 市場前景 15
7 結(jié)束語 16
參考文獻(xiàn) 17
1 緒論
1.1 課題來源及意義
本課題為自選課題，如今汽車銷量不斷增加，汽車零部件需求也急劇增加，球籠式萬向節(jié)作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件也得到了長足的發(fā)展，技術(shù)逐漸成熟。本課題以目前市場上成熟的球籠式萬向節(jié)作為參考，熟悉各式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)。為將來對(duì)球籠式萬向節(jié)進(jìn)行研究奠定基礎(chǔ)。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
自從1886年第一輛汽車發(fā)明以來，汽車工業(yè)得到了長足的發(fā)展，與此同時(shí)能源的消耗也與日俱增，人們對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)性的要求也越來越高。于是經(jīng)濟(jì)性較好的前驅(qū)車由此得到發(fā)展。而作為前驅(qū)車驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的一個(gè)重要部件，等速萬向節(jié)也得到了長足發(fā)展與完善。等速萬向節(jié)是由維斯（C.W.Weiss）于1923年發(fā)明，之后人們?cè)诖嘶A(chǔ)上又陸續(xù)發(fā)明了球叉式、雙聯(lián)式、凸塊式、球籠式等各種等速萬向節(jié)。其中，球籠式萬向節(jié)是應(yīng)用最廣泛的一種等速萬向節(jié)。球籠式等速萬向節(jié)是奧地利A.H.Rzeppa于1926年發(fā)明的（簡稱Rzeppa型），之后又進(jìn)行多次改良和完善。1958年英國波菲爾（Birfidld）集團(tuán)哈迪佩塞公司成功研制了球籠聯(lián)軸器（稱Birfield型，簡稱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，簡稱DOJ型）球籠萬向聯(lián)軸器。球籠式萬向節(jié)因其高效率、低油耗和較大的承載能力受到各大汽車公司的青睞，這些公司也對(duì)球籠式萬向節(jié)進(jìn)行了大量的改進(jìn)工作，每個(gè)公司也都形成了自己的系列產(chǎn)品。目前在歐洲和美國至少有超過半數(shù)的汽車采用球籠式萬向節(jié)，而在日本這一比例甚至達(dá)到90%。本田公司改良型球籠式萬向節(jié)最大偏轉(zhuǎn)角度達(dá)到50°，其滾道鍛造成型工藝技術(shù)也處于世界領(lǐng)先水平。GKN公司采用材料合成技術(shù)發(fā)展了一種新型構(gòu)造的球籠式萬向節(jié)，毛坯經(jīng)過熱壓成型而不需要機(jī)械加工，其重量低于60克，大大節(jié)省了材料。但在國外人們主要重視球籠式萬向節(jié)的使用性能和使用壽命，而對(duì)它的理論研究所涉不多。圖1.1是日本本田公司生產(chǎn)的一款球籠式萬向節(jié)。
圖1.1 本田HO-003型球籠式萬向節(jié)
1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
眾所周知，我國于上世紀(jì)60年代才生產(chǎn)出自己的第一臺(tái)解放牌汽車，改革開放后汽車工業(yè)雖得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但其關(guān)鍵零部件技術(shù)相對(duì)于國外仍然十分滯后。在八十年代之前，我國很少制造并使用球籠式萬向節(jié)，對(duì)其進(jìn)行的研究更是甚少。我國當(dāng)時(shí)引進(jìn)的汽車如桑塔納、奧迪、夏利等所采用的球籠式萬向節(jié)均需進(jìn)口。之后我國開始大量制造汽車，尤其是前驅(qū)汽車的需求也開始劇增，人們才開始對(duì)球籠式萬向節(jié)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，為了突破其技術(shù)瓶頸打破國外壟斷，我國開始自行研制球籠式萬向節(jié)。天津汽車研究所、襄陽軸承研究所、上海汽車研究所以及其他的一些單位作了大量的研究并取得了一定的研究成果，但仍有待深入。圖1.2是我國天碩公司生產(chǎn)的一款球籠式萬向節(jié)
圖1.2 天碩SWC型球籠式萬向節(jié)
1.3 本文內(nèi)容安排
本文接下來主要介紹球籠式萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算工作，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，本文內(nèi)容安排如下：
第1章 緒論：主要介紹球籠式萬向節(jié)的發(fā)展歷史和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和行業(yè)特點(diǎn)，對(duì)比了國內(nèi)和國外球籠式萬向節(jié)發(fā)展的方式的不同，探究了國內(nèi)球籠式萬向節(jié)發(fā)展的不足。
第2章 總體設(shè)計(jì)：首先對(duì)比研究了目前比較受歡迎并且成熟的產(chǎn)品。分析了它們的特點(diǎn)和各自的優(yōu)勢。然后綜合考慮本設(shè)計(jì)的要求，最終提出自己的解決方案。
第3章 等速性證明與參數(shù)確定：查閱相關(guān)資料并經(jīng)過自己獨(dú)立思考設(shè)計(jì)關(guān)鍵零部件，根據(jù)其功能要求確定尺寸參數(shù)，并對(duì)其等速性進(jìn)行了理論證明。
第4章 運(yùn)動(dòng)與受力分析：根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，對(duì)球籠工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了深入分析，并根據(jù)其工作要求對(duì)它所承受的載荷進(jìn)行了計(jì)算和校核。
第5章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析：分析其市場前景與使用效率，估算其成本，探究其市場推廣可行性和優(yōu)勢。
第6章 結(jié)束語：總結(jié)全文的出的結(jié)論，提出本設(shè)計(jì)的不足之處。
2 總體方案選擇與設(shè)計(jì)
2.1 總體方案設(shè)計(jì)
通過市場調(diào)研，目前運(yùn)用較為廣泛的是固定式球籠萬向節(jié)與伸縮型球籠萬向節(jié)。固定式球籠萬向節(jié)取消了分度桿，使鐘形殼和星形套的滾道圓心相對(duì)于萬向節(jié)中心對(duì)稱偏離。使得軸間夾角為0°時(shí)，因?yàn)閮?nèi)、外滾道的交叉，鋼球也可以正確固定在正確位置上。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13°，這是能可靠定位鋼球的最小角度。滾道的橫斷面為橢圓形，鋼球與滾道的接觸點(diǎn)和球心的連線與過球心的徑向線成45°角，鋼球與滾道接觸點(diǎn)處的曲率半徑為鋼球半徑的1.3～1.5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)這種萬向節(jié)的潤滑應(yīng)給予足夠的重視。潤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)，則使用潤滑油。比較好的方法是采用油浴和循環(huán)油潤滑。另外，萬向節(jié)的密封裝置應(yīng)保證潤滑劑不漏出，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)，故可省去其它萬向傳動(dòng)裝置中的滑動(dòng)花鍵。這不僅使結(jié)構(gòu)簡單，而且由于軸向相對(duì)移動(dòng)是通過鋼球沿內(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向節(jié)另一端采用伸縮性球籠式萬向節(jié)。
2.2 總體方案設(shè)計(jì)
早期的Rzeppa型球籠式萬向節(jié)(如圖2.1)內(nèi)部安裝有分度桿的，星型套外表面上加工有六道滾動(dòng)槽，鋼球可在滾動(dòng)槽中沿著與星型套中心軸線平行的圓上做一定角度的圓周運(yùn)動(dòng)，鐘形殼內(nèi)表面上加工有與星型套滾動(dòng)槽互相彌合的內(nèi)槽，鋼球2在內(nèi)槽與外槽之間滾動(dòng)，而球籠則保證了6個(gè)鋼球處于同一平面內(nèi)。汽車行駛或轉(zhuǎn)彎時(shí)萬向節(jié)兩端傳動(dòng)軸有一定角度擺動(dòng)，此時(shí)分度桿6撥動(dòng)導(dǎo)向盤5，六個(gè)鋼球2沿滾動(dòng)槽轉(zhuǎn)動(dòng)并處于兩端軸間夾角的平分面上。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)兩端傳動(dòng)軸擺動(dòng)角度不大時(shí)，分度桿的作用是不可缺少的；當(dāng)兩端傳動(dòng)軸角度擺動(dòng)超過12°，單獨(dú)靠鐘形殼和星形套上的滾道交叉也可將鋼球固定在正確位置。這種等速萬向節(jié)不管往哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，六個(gè)鋼球全都傳遞轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)軸擺動(dòng)角度可達(dá)35°。
而Birfield型球籠式萬向節(jié)(圖2.2)取消了分度桿，鐘形殼和星形套的滾道圓心對(duì)稱地偏離球籠中心。這樣，即使傳動(dòng)軸相互之間不偏轉(zhuǎn)，僅靠鐘形殼和星形套的滾道的交叉也可以將鋼球固定在正確位置。當(dāng)兩端軸不偏轉(zhuǎn)時(shí)，鐘形殼和星形套的滾道決定的鋼球沿槽滾動(dòng)的角度稍大于12°，這是能可靠地定位鋼球正確位置的最小角度。鐘形殼和星型套的滾道的橫截面為橢圓曲形，鋼球和滾槽的接觸點(diǎn)和球心的連線與過球心的徑向線成45°，橢圓在接觸點(diǎn)處的曲率半徑為鋼球半徑的1.3～1.5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。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。
伸縮型球籠式萬向節(jié)(圖2.3)結(jié)構(gòu)與一般球籠式萬向節(jié)相似，但外滾道為直槽。在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，星形套與鐘形殼可以沿軸向相對(duì)移動(dòng)，相對(duì)于其他形式的萬向節(jié)不需要滑動(dòng)花鍵。結(jié)構(gòu)更加簡單，而且由于軸向相對(duì)移動(dòng)是通過鋼球沿內(nèi)、外滾道滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，所以滾動(dòng)阻力小，傳動(dòng)效率高。這種萬向節(jié)允許的工作最大夾角為20°。
綜上分析本課題所設(shè)計(jì)的球籠式萬向節(jié)采用下圖結(jié)構(gòu)，如圖2.4。
圖2.4 球籠式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)圖
2.3 本章小結(jié)
本章主要進(jìn)行了球籠式萬向節(jié)的方案選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過比較市場現(xiàn)有的球籠式萬向節(jié)的類型和所選用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合本課題的要求，最終選定了一端固定式一端伸縮型，既使結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，又滿足了課題要求。
3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)
3.1 等速性分析
球籠式萬向節(jié)的等速性是由本身的結(jié)構(gòu)所決定的,無論兩端傳動(dòng)軸間是否有角度擺動(dòng),沿著6個(gè)鋼球球心所在的平面剖開,結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。設(shè)星形套滾道和鋼球的共軛接觸點(diǎn)半徑為R1,鐘形殼滾道和鋼球的共軛接觸點(diǎn)的半徑為R2,設(shè)鋼球回轉(zhuǎn)半徑為R,接觸點(diǎn)A既在鐘形殼溝道上也在鋼球上,所以接觸區(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3.1 萬向節(jié)鋼球剖面結(jié)構(gòu)圖
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。參見圖4.1，對(duì)球籠式萬向節(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，就可以把球籠式萬向節(jié)和撓性聯(lián)軸器看成同一種結(jié)構(gòu)。
圖4.1 投影學(xué)原理圖
3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)確定
3.2.1 萬向節(jié)軸徑與鋼球直徑
1）萬向節(jié)軸徑
球籠式萬向節(jié)軸徑尺寸S (mm)可按公示3-1確定：
S=MmaxSF/8.72×10-2。 (3-1)
式中：Mmax為傳動(dòng)軸傳遞的最大扭矩，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取Mmax=884.8 N?m；SF為使用因素影響系數(shù)，取SF=1.2。
S=884.8×1.2/8.72×10-2=23.02 mm。
由表3-1取S=23.8。
2）鋼球直徑
球籠式萬向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)6個(gè)鋼球均勻受載，鋼球的直徑d可按式3-2確定：
d=3TS/2.1×104。 (3-2)
式中：TS為萬向節(jié)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N?mm)，取TS=1.18×106N?mm。
d=31.18×106/2.1×104=17.8 mm。
由表3-1取d=18。
表3-1 球籠式萬向節(jié)系列數(shù)據(jù)
名義
尺寸（mm）
萬向節(jié)軸徑
19.1
22.2
23.8
25.4
28.6
鋼球直徑
14.288
16.669
18.000
19.050
23.812
3.2.2 鋼球回轉(zhuǎn)中心直徑
鐘形殼與星型套滾道的鋼球回轉(zhuǎn)中心直徑D(mm)可按公式3-3確定：
D=KDki+Dk。 (3-3)
式中：K為鋼球回轉(zhuǎn)中心系數(shù)，取K=0.52；Dki為星型套內(nèi)花鍵大徑，取Dki=26.6mm；Dk為鐘形殼最大外徑，取Dk=88mm。
D=KDki+Dk=44 mm。
3.2.3 鐘形殼滾道偏心距
由球籠式萬向節(jié)等速性基本原理可知，鐘形殼與星型套的滾道與其球心偏心距相等，由圖3.1可知偏心距e可由公式3-4確定：
e=12Dsinθ2。 (3-4)
式中：θ=17°。
e=12Dsinθ2=3.6mm。
3.2.4 基本尺寸
由上述尺寸得球籠式萬向節(jié)基本尺寸如下表3.2：
表3.2 基本尺寸表
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算公式
固定式球籠萬向節(jié)
伸縮型球籠萬向節(jié)
鋼球中心分布圓半（mm）
R=1.71d
30
30
星形套寬度（mm）
B=1.8d
31
31
球籠寬度（mm）
B1=1.8d
31
31
星形套滾道底（mm）
D1=2.5d
44
44
球籠厚度（mm）
b=0.185d
3
3
球籠槽寬度（mm）
b1=d
17
17
球籠槽長度（mm）
L=1.3d
23
23
星形套花鍵外（mm）
D2?1.55d
27
24
球形殼外滾道長度（mm）
L=2.4d
42
42
中心偏移角（°）
δ?6°
—
—
3.2 本章小節(jié)
本章主要從結(jié)構(gòu)和投影原理方面證明了球籠式萬向節(jié)的等速性;根據(jù)相關(guān)手冊(cè)的計(jì)算公式計(jì)算了主要尺寸。
4 壽命校核
按照市場上多數(shù)汽車參數(shù)，以下校核參照下表4.1，表4.2參數(shù)：
表4.1 汽車參數(shù)表
最大發(fā)動(dòng)機(jī)功率(kW)
P = 86kW
最大轉(zhuǎn)矩(N?m)
Mmax=145N?m
汽車總質(zhì)量(kg)
G = 1675kg
前軸許用載荷(N)
Pa=7200N
驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比
iA=4.11
滿載重心高度(mm)
h = 500mm
滾動(dòng)半徑(mm)
R = 249mm
表4.2 變速箱變速比
檔位
1
2
3
4
5
變速箱i
3.545
2.105
1.300
0.943
0.789
1~5檔利用率分別是1%、6%、18%、30%和45%，汽車至少有10萬km的壽命。
4.1 轉(zhuǎn)矩校核
汽車以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?m
MA=εμMmiAiS=11×145×4.11×3.54≈2113N?m≤2650N?m
MH=KSμGiAR=1.2×1×167584.11×0.249≈1218N?m≤2650N?m
滿足設(shè)計(jì)要求。
4.2 壽命校核
參照下表4.3校核使用壽命
表4.3 汽車校核使用壽命計(jì)算表
擋位
1
2
3
4
5
ax
0.01
0.06
0.18
0.30
0.45
ix=is×ia
14.57
8.56
5.34
3.88
3.28
nx=nm/ix
226
386
618
851
1006
vx=0.377Rrnx
21.2
42.1
58.0
79.9
94.4
Mx=Mmix/3
713
414
258
188
159
Lhx=25339nx0.577AxMdMx3
Lhx=470756nxAxMdMx3
120.6
452.4
1424.7
3061.6
4583.6
表中：ax-各檔傳動(dòng)利用率；ix-總傳動(dòng)比；nx-最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速；vx-路面行駛速度；Mx-轉(zhuǎn)矩；Lhx -使用壽命；Md-動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。
由表可得：
1Lh=axLh1+axLh2+axLh3+axLh4+axLh5=53.8×10-5
所以Lh=1858.7h，汽車平均行駛速度為：
vav=0.01×21.2+0.06×42.1+0.18×58+0.3×79.9=79.6km/h
其使用壽命為：
LS=1858.7×79.63≈148011km>100000km
故滿足使用要求。
4.3 傳動(dòng)軸校核
由于球籠式等速萬向節(jié)采用雙向節(jié)，傳動(dòng)軸只承受扭矩不承受彎矩。所以只對(duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。最小軸徑dmin=25mm。扭轉(zhuǎn)截面模量為：
wp=πD316=π×0.02533≈3.1×10-9m3
τ=MhWp=12183.1×10-9≈39.2MPa
滿足要求。
4.4 本章小節(jié)
本章根據(jù)相關(guān)手冊(cè)和課題要求，分別對(duì)轉(zhuǎn)矩、壽命、傳動(dòng)軸進(jìn)行了校核，均滿足要求。
5 各主要零部件材料選擇與熱處理工藝
根據(jù)課題要求和工作要求，選用各主要零部件材料和熱處理工藝如下表5.1。
表5.1 各零件材料和熱處理工藝
零件
材料
熱處理
鐘形殼
CF53
內(nèi)表面淬火，硬度62HRC
星型套
CF53
淬火，硬度62HRC
軸
45
滲碳淬火，硬度58HRC
球籠
20CrMnTi
滲碳，深度0.6mm，硬度62HRC
鋼球
GCr15
_
6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
6.1 成本估算
球籠式萬向節(jié)的成本包括材料和加工費(fèi)用。經(jīng)過市場調(diào)查，材料費(fèi)用大概120元，加工費(fèi)用大概80元，總費(fèi)用200元。
6.2 市場前景
目前經(jīng)濟(jì)性較好的前驅(qū)車越來越受歡迎，各大車廠競相推出新款前驅(qū)車，汽車所需的球籠式萬向節(jié)也有待進(jìn)一步發(fā)展，市場發(fā)展?jié)摿Υ蟆?
7 結(jié)束語
我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是球籠式等速萬向節(jié)，我平時(shí)對(duì)此接觸也不多，而且我國對(duì)于球籠式萬向節(jié)的研究比較滯后。所以拿到題目后我一直在查找相關(guān)資料。在加上老師的指導(dǎo)，我慢慢開始投入具體的設(shè)計(jì)工作。在此過程中我不斷的遇到各種問題，每次遇到問題時(shí)，我首先從網(wǎng)上和圖書館查閱相關(guān)資料，然后請(qǐng)教老師和同學(xué)。最后總結(jié)思考，的出自己的解決方案，通過這次的設(shè)計(jì)，自己創(chuàng)新思維能力比以前有了很大提高。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我獨(dú)立完成的第一個(gè)設(shè)計(jì)工作。達(dá)到了很多啟發(fā)，首先它讓我明白了實(shí)際的設(shè)計(jì)工作和日常的書本學(xué)習(xí)是很大不同的，實(shí)際的設(shè)計(jì)工作除了要有扎實(shí)的理論知識(shí)外，更要有很強(qiáng)的創(chuàng)新思維能力，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常遇到平時(shí)理論知識(shí)解決不了的問題，這時(shí)就 需要我們進(jìn)行創(chuàng)新的思考。所以通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也得到了另一種學(xué)習(xí)方式，即理論與實(shí)際相結(jié)合，將理論用于解決實(shí)際問題。一切以實(shí)際出發(fā)。最后,我誠摯的感謝陳軍老師細(xì)心的指導(dǎo)和教會(huì)，本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師陳軍老師的悉心指導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷下完成的。
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西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 摘要 球籠式萬向節(jié)又稱等速萬向節(jié) 是汽車傳遞動(dòng)力所需的一種重要部件 球籠式萬 向節(jié)由發(fā)明至今以有了很成熟的發(fā)展 本課題在分析現(xiàn)有球籠式萬向節(jié)的特點(diǎn)的基礎(chǔ) 上 然后結(jié)合課題任務(wù)的要求 提出了球籠式萬向節(jié)的總體設(shè)計(jì)方案 一端采用固定 式球籠式萬向節(jié)另一端采用伸縮性球籠式萬向節(jié) 根據(jù)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特 性 確定了球籠式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)特性和其他參數(shù) 并對(duì)球籠式萬向節(jié)等速性的運(yùn)動(dòng) 受力 效率和壽命進(jìn)行了分析 根據(jù)工作要求對(duì)重要零件進(jìn)行了材料選擇 并且用 solidworks 三維軟件做三維造型 最后對(duì)該球籠式萬向節(jié)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn) 行了分析 探究了其市場前景和優(yōu)勢 關(guān)鍵字 球籠式萬向節(jié) solidworks 材料選擇 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 Abstract The ball cage type universal joint is also called the constant velocity universal joint which is an important part of the vehicle to transmit power The ball cage type universal joint has developed very well since its invention On the basis of the analysis of the characteristics of the existing ball cage universal joints and the requirements of the task the overall design scheme of the cage type universal joint is put forward and the other end of the fixed ball cage is used for the telescopic ball cage type universal joint According to the structure and function characteristics of the automobile transmission system the structure characteristics and other parameters of the ball cage type universal joint are determined and the motion force efficiency and life of the ball cage type universal joint are analyzed the material selection is made on the important parts according to the work requirements and the 3D modeling is made with solidworks 3D software Finally the technical and economic characteristics of the ball cage type universal joint are analyzed and its market prospects and advantages are explored Key words ball cage type universal joint solidworks material selection 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 目 錄 1 緒論 1 1 1 課題來源及意義 1 1 2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 2 1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 2 2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 2 1 3 本文內(nèi)容安排 3 2 總體方案選擇與設(shè)計(jì) 4 2 1 總體方案設(shè)計(jì) 4 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 5 2 3 本章小結(jié) 6 3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì) 7 3 1 等速性分析 7 3 2 設(shè)計(jì)參數(shù)確定 8 3 2 1 萬向節(jié)軸徑與鋼球直徑 8 3 2 2 鋼球回轉(zhuǎn)中心直徑 9 3 2 3 鐘形殼滾道偏心距 9 3 2 4 基本尺寸 9 3 2 本章小節(jié) 10 4 壽命校核 11 4 1 轉(zhuǎn)矩校核 11 4 2 壽命校核 11 4 3 傳動(dòng)軸校核 13 4 4 本章小節(jié) 13 5 各主要零部件材料選擇與熱處理工藝 14 6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 15 6 1 成本估算 15 6 2 市場前景 15 7 結(jié)束語 16 參考文獻(xiàn) 17 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 1 緒論 1 1 課題來源及意義 本課題為自選課題 如今汽車銷量不斷增加 汽車零部件需求也急劇增加 球籠 式萬向節(jié)作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件也得到了長足的發(fā)展 技術(shù)逐漸成熟 本課 題以目前市場上成熟的球籠式萬向節(jié)作為參考 熟悉各式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行本課題的 設(shè)計(jì) 為將來對(duì)球籠式萬向節(jié)進(jìn)行研究奠定基礎(chǔ) 1 2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 自從 1886 年第一輛汽車發(fā)明以來 汽車工業(yè)得到了長足的發(fā)展 與此同時(shí)能源 的消耗也與日俱增 人們對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)性的要求也越來越高 于是經(jīng)濟(jì)性較好的前驅(qū)車 由此得到發(fā)展 而作為前驅(qū)車驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的一個(gè)重要部件 等速萬向節(jié)也得到了長足發(fā) 展與完善 等速萬向節(jié)是由維斯 C W Weiss 于 1923 年發(fā)明 之后人們?cè)诖嘶A(chǔ)上 又陸續(xù)發(fā)明了球叉式 雙聯(lián)式 凸塊式 球籠式等各種等速萬向節(jié) 其中 球籠式萬 向節(jié)是應(yīng)用最廣泛的一種等速萬向節(jié) 球籠式等速萬向節(jié)是奧地利 A H Rzeppa 于 1926 年發(fā)明的 簡稱 Rzeppa 型 之后又進(jìn)行多 次改良和完善 1958 年英國波菲爾 Birfidld 集團(tuán)哈迪佩塞公司成功研制了球籠聯(lián)軸器 稱 Birfield 型 簡稱 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 簡稱 DOJ 型 球籠萬向 聯(lián)軸器 球籠式萬向節(jié)因其高效率 低油耗和較大的承載能力受到各大汽車公司的青 睞 這些公司也對(duì)球籠式萬向節(jié)進(jìn)行了大量的改進(jìn)工作 每個(gè)公司也都形成了自己的 系列產(chǎn)品 目前在歐洲和美國至少有超過半數(shù)的汽車采用球籠式萬向節(jié) 而在日本這 一比例甚至達(dá)到 90 本田公司改良型球籠式萬向節(jié)最大偏轉(zhuǎn)角度達(dá)到 其滾道 鍛造成型工藝技術(shù)也處于世界領(lǐng)先水平 GKN 公司采用材料合成技術(shù)發(fā)展了一種新 型構(gòu)造的球籠式萬向節(jié) 毛坯經(jīng)過熱壓成型而不需要機(jī)械加工 其重量低于 60 克 大大節(jié)省了材料 但在國外人們主要重視球籠式萬向節(jié)的使 用性能和使用壽命 而對(duì) 它的理論研究所涉不多 圖 1 1 是日本本田公司生產(chǎn)的一款球籠式萬向節(jié) 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 圖 1 1 本田 HO 003 型球籠式萬向節(jié) 1 2 2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 眾所周知 我國于上世紀(jì) 60 年代才生產(chǎn)出自己的第一臺(tái)解放牌汽車 改革開放 后汽車工業(yè)雖得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展 但其關(guān)鍵零部件技術(shù)相對(duì)于國外仍然十分滯后 在八十年代之前 我國很少制造并使用球籠式萬向節(jié) 對(duì)其進(jìn)行的研究更是甚少 我 國當(dāng)時(shí)引進(jìn)的汽車如桑塔納 奧迪 夏利等所采用的球籠式萬向節(jié)均需進(jìn)口 之后我 國開始大量制造汽車 尤其是前驅(qū)汽車 的需求也開始劇增 人們才開始對(duì)球籠式萬向 節(jié)有了更深刻的認(rèn)識(shí) 為了突破其技術(shù)瓶頸打破國外壟斷 我國開始自行研制球籠式 萬向節(jié) 天津汽車研究所 襄陽軸承研究所 上海汽車研究所以及其他的一些單位作 了大量的研究并取得了一定的研究成果 但仍有待深入 圖 1 2 是我國天碩公司生產(chǎn) 的一款球籠式萬向節(jié) 圖 1 2 天碩 SWC 型球籠式萬向節(jié) 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 1 3 本文內(nèi)容安排 本文接下來主要介紹球籠式萬向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算工作 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求 本文內(nèi)容安排如下 第 1章 緒論 主要介紹球籠式萬向節(jié)的發(fā)展歷史和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和行業(yè)特點(diǎn) 對(duì)比了國內(nèi)和國外球籠式萬向節(jié)發(fā)展的方式的不同 探究了國內(nèi)球籠式萬向節(jié)發(fā)展的 不足 第 2 章 總體設(shè)計(jì) 首先對(duì)比研究了目前比較受歡迎并且成熟的產(chǎn)品 分析了它 們的特點(diǎn)和各自的優(yōu)勢 然后綜合考慮本設(shè)計(jì)的要求 最終提出自己的解決方案 第 3 章 等速性證明與參數(shù)確定 查閱相關(guān)資料并經(jīng)過自己獨(dú)立思考設(shè)計(jì)關(guān)鍵零 部件 根據(jù)其功能要求確定尺寸參數(shù) 并對(duì)其等速性進(jìn)行了理論證明 第 4 章 運(yùn)動(dòng)與受力分析 根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求 對(duì)球籠工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了 深入分析 并根據(jù)其 工作要求對(duì)它所承受的載荷進(jìn)行了計(jì)算和校核 第 5 章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 分析其市場前景與使用效率 估算其成本 探究其市場 推廣可行性和優(yōu)勢 第 6章 結(jié)束語 總結(jié)全文的出的結(jié)論 提出本設(shè)計(jì)的不足之處 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 2 總體方案選擇與設(shè)計(jì) 2 1 總體方案設(shè)計(jì) 通過市場調(diào)研 目前運(yùn)用較為廣泛的是固定式球籠萬向節(jié)與伸縮型球籠萬向節(jié) 固定式球籠萬向節(jié)取消了分度桿 使鐘形殼和星形套的滾道圓心相對(duì)于萬向節(jié)中心對(duì) 稱偏離 使得軸間夾角為 時(shí) 因?yàn)閮?nèi) 外滾道的交叉 鋼球也可以正確固定在正確 位置上 當(dāng)軸間夾角為 時(shí) 內(nèi) 外滾道決定的鋼球中心軌跡的夾角稍大于 這 是能可靠定位鋼球的最小角度 滾道的橫斷面為橢圓形 鋼球與滾道的接觸點(diǎn)和球心 的連線與過球心的徑向線成 角 鋼球與滾道接觸點(diǎn)處的曲率半徑為鋼球半徑的 1 3 1 5 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)這種萬向節(jié) 的潤滑應(yīng)給予足夠的重視 潤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) 則使用潤滑油 比較好 的 方法是采用油浴和循環(huán)油潤滑 另外 萬向節(jié)的密封裝置應(yīng)保證潤滑劑不漏出 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) 故可省去其它萬向傳動(dòng)裝置中的滑動(dòng)花鍵 這 不僅使結(jié)構(gòu)簡單 而且由于軸向相對(duì)移動(dòng)是通過鋼球沿內(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 式萬向節(jié)另一端采用伸縮性球籠式萬向節(jié) 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 早期的 Rzeppa 型球籠式萬向節(jié) 如圖 2 1 內(nèi)部安裝有分度桿的 星型套外表面上 加工有六道滾動(dòng)槽 鋼球可在滾動(dòng)槽中沿著與星型套中心軸線平行的圓上做一定角度 的圓周運(yùn)動(dòng) 鐘形殼內(nèi)表面上加工有與星型套滾動(dòng)槽互相彌合的內(nèi)槽 鋼球 2在內(nèi)槽 與外槽之間滾動(dòng) 而球籠則保證了 6 個(gè)鋼球處于同一平面內(nèi) 汽車行駛或轉(zhuǎn)彎時(shí)萬向 節(jié)兩端傳動(dòng)軸有一定角度擺動(dòng) 此時(shí)分度桿 6 撥動(dòng)導(dǎo)向盤 5 六個(gè)鋼球 2沿滾動(dòng)槽轉(zhuǎn) 動(dòng)并處于兩端軸間夾角的平分面上 經(jīng)驗(yàn)表明 當(dāng)兩端傳動(dòng)軸擺動(dòng)角度不大時(shí) 分度 桿的作用是不可缺少的 當(dāng)兩端傳動(dòng)軸角度擺動(dòng)超過 單獨(dú)靠鐘形殼和星形套上 的滾道交叉也可將鋼球固定在正確位置 這種等速萬向節(jié)不管往哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng) 六個(gè) 鋼球全都傳遞轉(zhuǎn)矩 傳動(dòng)軸擺動(dòng)角度可達(dá) 而 Birfield 型球籠式萬向節(jié) 圖 2 2 取消了分度桿 鐘形殼和星形套的滾道圓心對(duì) 稱地偏離球籠中心 這樣 即使傳動(dòng)軸相互之間 不偏轉(zhuǎn) 僅靠鐘形殼和星形套的滾道 的交叉也可以將鋼球固定在正確位置 當(dāng)兩端軸不偏轉(zhuǎn)時(shí) 鐘形殼和星形套的滾道決 定的鋼球沿槽滾動(dòng)的角度稍大于 這是能可靠地定位鋼球正確位置的最小角度 鐘形殼和星型套的滾道的橫截面為橢圓曲形 鋼球和滾槽的接觸點(diǎn)和球心的連線與過 球心的徑向線成 橢圓在接觸點(diǎn)處的曲率半徑為鋼球半徑的 1 3 1 5 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 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 伸縮型球籠式萬向節(jié) 圖 2 3 結(jié)構(gòu)與一般球籠式萬向節(jié)相似 但外滾道為直槽 在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí) 星形套與鐘形殼可以沿軸向相對(duì)移動(dòng) 相對(duì)于其他形式的萬向節(jié)不需 要滑動(dòng)花鍵 結(jié)構(gòu)更加簡單 而且由于軸向相對(duì)移動(dòng)是通過鋼球沿內(nèi) 外滾道滾動(dòng)實(shí) 現(xiàn)的 所以滾動(dòng)阻力小 傳動(dòng)效率高 這種萬向節(jié)允許的工作最大夾角為 綜上分析本課題所設(shè)計(jì)的球籠式萬向節(jié)采用下圖結(jié)構(gòu) 如圖 2 4 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 圖 2 4 球籠式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)圖 2 3 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了球籠式萬向節(jié)的方案選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通過比較市場現(xiàn)有的球籠 式萬向節(jié)的類型和所選用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 結(jié)合本課題的要求 最終選定了一端固定式一 端伸縮型 既使結(jié)構(gòu)簡單 成本低廉 又滿足了課題要求 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì) 3 1 等速性分析 球籠式萬向節(jié)的等速性是由本身的結(jié)構(gòu)所決定的 無論兩端傳動(dòng)軸間是否有角度 擺動(dòng) 沿著 6 個(gè)鋼球球心所在的平面剖開 結(jié)構(gòu)如圖 3 1 所示 設(shè)星形套滾道和鋼球的 共軛接觸點(diǎn)半徑為 鐘形殼滾道和鋼球的共軛接觸點(diǎn)的半徑為 設(shè)鋼球回轉(zhuǎn)半徑 為 R 接觸點(diǎn) A 既在鐘形殼溝道上也在鋼球上 所以接觸區(qū)為鐘形殼溝道和鋼球的共 軛部分 因此存在 鐘 A 球 A 同理 星 B 球 B 同一個(gè)鋼球具有同一個(gè)角速 度 即 球 A 球 B 因此存在 鐘 球 星 這就充分證明球籠式萬向節(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 1 萬向節(jié)鋼球剖面結(jié)構(gòu)圖 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 參見圖 4 1 對(duì)球籠式萬向節(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 就可以把球籠式萬向節(jié)和撓性聯(lián)軸器看成同 一種結(jié)構(gòu) 圖 4 1 投影學(xué)原理圖 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 3 2 設(shè)計(jì)參數(shù)確定 3 2 1 萬向節(jié)軸徑與鋼球直徑 1 萬向節(jié)軸徑 球籠式萬向節(jié)軸徑尺寸 mm 可按公示 3 1 確定 3 1 式中 為傳動(dòng)軸傳遞的最大扭矩 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 為使 用因素影響系數(shù) 取 mm 由表 3 1 取 2 鋼球直徑 球籠式萬向節(jié)在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí) 6 個(gè)鋼球均勻受載 鋼球的直徑 可按式 3 2 確定 3 2 式中 為萬向節(jié)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 取 mm 由表 3 1 取 表 3 1 球籠式萬向節(jié)系列數(shù)據(jù) 名義 尺寸 mm 萬向節(jié)軸 徑 19 1 22 2 23 8 25 4 28 6 鋼球直徑 14 288 16 669 18 000 19 050 23 812 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 3 2 2 鋼球回轉(zhuǎn)中心直徑 鐘形殼與星型套滾道的鋼球回轉(zhuǎn)中心直徑 mm 可按公式 3 3 確定 3 3 式中 K 為鋼球回轉(zhuǎn)中心系數(shù) 取 為星型套內(nèi)花鍵大徑 取 為鐘形殼最大外徑 取 3 2 3 鐘形殼滾道偏心距 由球籠式萬向節(jié)等速性基本原理可知 鐘形殼與星型套的滾道與其球心偏心距相 等 由圖 3 1 可知偏心距 e 可由公式 3 4 確定 3 4 式中 3 2 4 基本尺寸 由上述尺寸得球籠式萬向節(jié)基本尺寸如下表 3 2 表 3 2 基本尺寸表 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算公式 固定式球籠萬向節(jié) 伸縮型球籠萬向節(jié) 鋼球中心分布圓半 mm R 1 71d 30 30 星形套寬度 mm B 1 8d 31 31 球籠寬度 mm 1 8d 31 31 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 星形套滾道底 mm 2 5d 44 44 球籠厚度 mm b 0 185d 3 3 球籠槽寬度 mm d 17 17 球籠槽長度 mm L 1 3d 23 23 星形套花鍵外 mm 1 55d 27 24 球形殼外滾道長度 mm L 2 4d 42 42 中心偏移角 3 2 本章小節(jié) 本章主要從結(jié)構(gòu)和投影原理方面證明了球籠式萬向節(jié)的等速性 根據(jù)相關(guān)手冊(cè)的 計(jì)算公式計(jì)算了主要尺寸 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 11 4 壽命校核 按照市場上多數(shù)汽車參數(shù) 以下校核參照下表 4 1 表 4 2 參數(shù) 表 4 1 汽車參數(shù)表 最大發(fā)動(dòng)機(jī)功率 kW P 86kW 最大轉(zhuǎn)矩 汽車總質(zhì)量 kg G 1675kg 前軸許用載荷 N 驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比 滿載重心高度 mm h 500mm 滾動(dòng)半徑 mm R 249mm 表 4 2 變速箱變速比 檔位 1 2 3 4 5 變速箱 i 3 545 2 105 1 300 0 943 0 789 檔利用率分別是 1 6 18 30 和 45 汽車至少有 10 萬 km 的壽命 4 1 轉(zhuǎn)矩校核 汽車以 1和 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 和附加轉(zhuǎn)矩 計(jì)算額定轉(zhuǎn)矩為 滿足設(shè)計(jì)要求 4 2 壽命校核 參照下表 4 3 校核使用壽命 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 12 表 4 3 汽車校核使用壽命計(jì)算表 擋位 1 2 3 4 5 0 01 0 06 0 18 0 30 0 45 14 57 8 56 5 34 3 88 3 28 226 386 618 851 1006 21 2 42 1 58 0 79 9 94 4 713 414 258 188 159 120 6 452 4 1424 7 3061 6 4583 6 表中 各檔傳動(dòng)利用率 總傳動(dòng)比 最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速 路面行駛 速度 轉(zhuǎn)矩 使用壽命 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 由表可得 所以 汽車平均行駛速度為 79 6km h 其使用壽命為 故滿足使用要求 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 13 4 3 傳動(dòng)軸校核 由于球籠式等速萬向節(jié)采用雙向節(jié) 傳動(dòng)軸只承受扭矩不承受彎矩 所以只對(duì)其 進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 最小軸徑 扭轉(zhuǎn)截面模量為 滿足要求 4 4 本章小節(jié) 本章根據(jù)相關(guān)手冊(cè)和課題要求 分別對(duì)轉(zhuǎn)矩 壽命 傳動(dòng)軸進(jìn)行了校核 均滿足 要求 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 14 5 各主要零部件材料選擇與熱處理工藝 根據(jù)課題要求和工作要求 選用各主要零部件材料和熱處理工藝如下表 5 1 表 5 1 各零件材料和熱處理工藝 零件 材料 熱處理 鐘形殼 CF53 內(nèi)表面淬火 硬度 62HRC 星型套 CF53 淬火 硬度 62HRC 軸 45 滲碳淬火 硬度 58HRC 球籠 20CrMnTi 滲碳 深度 0 6mm 硬度 62HRC 鋼球 GCr15 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 15 6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 6 1 成本估算 球籠式萬向節(jié)的成本包括材料和加工費(fèi)用 經(jīng)過市場調(diào)查 材料費(fèi)用大概 120 元 加工費(fèi)用大概 80 元 總費(fèi)用 200 元 6 2 市場前景 目前經(jīng)濟(jì)性較好的前驅(qū)車越來越受歡迎 各大車廠競相推出新款前驅(qū)車 汽車所 需的球籠式萬向節(jié)也有待進(jìn)一步發(fā)展 市場發(fā)展?jié)摿Υ?西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 16 7 結(jié)束語 我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是球籠式等速萬向節(jié) 我平時(shí)對(duì)此接觸也不多 而且我國 對(duì)于球籠式萬向節(jié)的研究比較滯后 所以拿到題目后我一直在查找相關(guān)資料 在加上 老師的指導(dǎo) 我慢慢開始投入具體的設(shè)計(jì)工作 在此過程中我不斷的遇到各種問題 每次遇到問題時(shí) 我首先從網(wǎng)上和圖書館查閱相關(guān)資料 然后請(qǐng)教老師和同學(xué) 最后 總結(jié)思考 的出自己的解決方案 通過這次的設(shè)計(jì) 自己創(chuàng)新思維能力比以前有了很 大提高 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我獨(dú)立完成的第一個(gè)設(shè)計(jì)工作 達(dá)到了很多啟發(fā) 首先它讓我明 白了實(shí)際的設(shè)計(jì)工作和日常的書本學(xué)習(xí)是很大不同的 實(shí)際的設(shè)計(jì)工作除了 要有扎實(shí) 的理論知識(shí)外 更要有很強(qiáng)的創(chuàng)新思維能力 實(shí)際設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常遇到平時(shí)理論知識(shí) 解決不了的問題 這時(shí)就 需要我們進(jìn)行創(chuàng)新的思考 所以通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我也 得到了另一種學(xué)習(xí)方式 即理論與實(shí)際相結(jié)合 將理論用于解決實(shí)際問題 一切以實(shí) 際出發(fā) 最后 我誠摯的感謝陳軍老師細(xì)心的指導(dǎo)和教會(huì) 本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師陳軍 老師的悉心指導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷下完成的 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 17 參考文獻(xiàn) 1 2 3 馬一林 機(jī)械設(shè)計(jì)原理 M 北京 高等教育出版社 1992 4 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)與課程設(shè)計(jì) M 北京 高等教育出版社 1898 5 黃華梁 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第二版 M 北京 中央廣播電視大學(xué)出版社 1990 6 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌 500例 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1988 7 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1990 8 趙則祥 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2015 9 熊文修 機(jī)械零件 M 北京 高等教育出版社 1997 10 羅圣國 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版 M 北京 高等教育出版社 1998 11 鄭樹森 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) S 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 1998 12 朱孝錄 中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典第三卷 S 南昌 江西科學(xué)技術(shù)出版社 2001 13 朱孝錄 中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典第四卷 S 南昌 江西科學(xué)技術(shù)出版社 2001 14 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第一卷 S 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 15 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第二卷 S 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 16 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第三卷 S 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 17 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第四卷 S 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 18 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第五卷 S 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 19 李松 鏈驅(qū)動(dòng)雙層升降橫移式立體車庫 D 哈爾濱 黑龍江工程學(xué)院 2009 20 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 2012 21 K Fintzel et al 3D parking assistant system IEEE Intelligent Vehicles Symposium 2004 881 886 22 H G Jung et al 3D vision system for the recognition of free parking site location International Journal of Automotive Technology 2006 361 367 23 牛秀艷 劉偉 鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì) M 武漢 武漢理工大學(xué)出版社 2010 24 劉惟信 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì) M 北京 清華大學(xué)出版社 1996 25 段紅霞 鋼結(jié)構(gòu)簡易計(jì)算 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 1 26 陳祝同 劉惠臣 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 27 鄒惠君 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 M 北京 科學(xué)出版社 2003 28 王愛民 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì) M 北京 北京理工大學(xué)出版社 2015 12 29 梅瑛 李春廣 常用機(jī)構(gòu)分析與綜合 M 長春 吉林大學(xué)出版社 2006 7 30 切梅茲 德 萬向節(jié)與傳動(dòng)軸 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2015