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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(wàn)向節(jié)又稱(chēng)等速萬(wàn)向節(jié)，是汽車(chē)傳遞動(dòng)力所需的一種重要部件。球籠式萬(wàn)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(wàn)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(wàn)向節(jié)的總體設(shè)計(jì)方案，一端采用固定式球籠式萬(wàn)向節(jié)另一端采用伸縮性球籠式萬(wàn)向節(jié)。根據(jù)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特性，確定了球籠式萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特性和其他參數(shù)；并對(duì)球籠式萬(wàn)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(wàn)向節(jié)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，探究了其市場(chǎng)前景和優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵字：球籠式萬(wàn)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(lái)源及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2 國(guó)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(wàn)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(chǎng)前景 15
7 結(jié)束語(yǔ) 16
參考文獻(xiàn) 17
1 緒論
1.1 課題來(lái)源及意義
本課題為自選課題，如今汽車(chē)銷(xiāo)量不斷增加，汽車(chē)零部件需求也急劇增加，球籠式萬(wàn)向節(jié)作為汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，技術(shù)逐漸成熟。本課題以目前市場(chǎng)上成熟的球籠式萬(wàn)向節(jié)作為參考，熟悉各式萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)。為將來(lái)對(duì)球籠式萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行研究奠定基礎(chǔ)。
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
自從1886年第一輛汽車(chē)發(fā)明以來(lái)，汽車(chē)工業(yè)得到了長(zhǎng)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(chē)經(jīng)濟(jì)性的要求也越來(lái)越高。于是經(jīng)濟(jì)性較好的前驅(qū)車(chē)由此得到發(fā)展。而作為前驅(qū)車(chē)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的一個(gè)重要部件，等速萬(wàn)向節(jié)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展與完善。等速萬(wàn)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(wàn)向節(jié)。其中，球籠式萬(wàn)向節(jié)是應(yīng)用最廣泛的一種等速萬(wàn)向節(jié)。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(chēng)Rzeppa型），之后又進(jìn)行多次改良和完善。1958年英國(guó)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(chēng)Birfield型，簡(jiǎn)稱(chēng)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(chēng)雙效補(bǔ)償型，簡(jiǎn)稱(chēng)DOJ型）球籠萬(wàn)向聯(lián)軸器。球籠式萬(wàn)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(chē)公司的青睞，這些公司也對(duì)球籠式萬(wàn)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(guó)至少有超過(guò)半數(shù)的汽車(chē)采用球籠式萬(wàn)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(wàn)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(wàn)向節(jié)，毛坯經(jīng)過(guò)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(guó)外人們主要重視球籠式萬(wàn)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(wàn)向節(jié)。
圖1.1 本田HO-003型球籠式萬(wàn)向節(jié)
1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
眾所周知，我國(guó)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(chē)，改革開(kāi)放后汽車(chē)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(guó)外仍然十分滯后。在八十年代之前，我國(guó)很少制造并使用球籠式萬(wàn)向節(jié)，對(duì)其進(jìn)行的研究更是甚少。我國(guó)當(dāng)時(shí)引進(jìn)的汽車(chē)如桑塔納、奧迪、夏利等所采用的球籠式萬(wàn)向節(jié)均需進(jìn)口。之后我國(guó)開(kāi)始大量制造汽車(chē)，尤其是前驅(qū)汽車(chē)的需求也開(kāi)始劇增，人們才開(kāi)始對(duì)球籠式萬(wàn)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(guó)外壟斷，我國(guó)開(kāi)始自行研制球籠式萬(wàn)向節(jié)。天津汽車(chē)研究所、襄陽(yáng)軸承研究所、上海汽車(chē)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(guó)天碩公司生產(chǎn)的一款球籠式萬(wàn)向節(jié)
圖1.2 天碩SWC型球籠式萬(wàn)向節(jié)
1.3 本文內(nèi)容安排
本文接下來(lái)主要介紹球籠式萬(wàn)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(shū)要求，本文內(nèi)容安排如下：
第1章 緒論：主要介紹球籠式萬(wàn)向節(jié)的發(fā)展歷史和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和行業(yè)特點(diǎn)，對(duì)比了國(guó)內(nèi)和國(guó)外球籠式萬(wàn)向節(jié)發(fā)展的方式的不同，探究了國(guó)內(nèi)球籠式萬(wàn)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(shì)。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(guò)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(chǎng)前景與使用效率，估算其成本，探究其市場(chǎng)推廣可行性和優(yōu)勢(shì)。
第6章 結(jié)束語(yǔ)：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(guò)市場(chǎng)調(diào)研，目前運(yùn)用較為廣泛的是固定式球籠萬(wàn)向節(jié)與伸縮型球籠萬(wàn)向節(jié)。固定式球籠萬(wàn)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(wàn)向節(jié)中心對(duì)稱(chēng)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(xiàn)與過(guò)球心的徑向線(xiàn)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(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)。
2.2 總體方案設(shè)計(jì)
早期的Rzeppa型球籠式萬(wàn)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(xiàn)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(chē)行駛或轉(zhuǎn)彎時(shí)萬(wàn)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(pán)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(guò)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(wàn)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B(niǎo)irfield型球籠式萬(wàn)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(chēng)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(xiàn)與過(guò)球心的徑向線(xiàn)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(wàn)向節(jié)(圖2.3)結(jié)構(gòu)與一般球籠式萬(wàn)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(wàn)向節(jié)不需要滑動(dòng)花鍵。結(jié)構(gòu)更加簡(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°。
綜上分析本課題所設(shè)計(jì)的球籠式萬(wàn)向節(jié)采用下圖結(jié)構(gòu)，如圖2.4。
圖2.4 球籠式萬(wàn)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(wàn)向節(jié)的方案選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)比較市場(chǎng)現(xiàn)有的球籠式萬(wàn)向節(jié)的類(lèi)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(jiǎn)單，成本低廉，又滿(mǎn)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(wàn)向節(jié)的等速性是由本身的結(jié)構(gòu)所決定的,無(wú)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(kāi),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(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3.1 萬(wàn)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(jiàn)圖4.1，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4.1 投影學(xué)原理圖
3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)確定
3.2.1 萬(wàn)向節(jié)軸徑與鋼球直徑
1）萬(wàn)向節(jié)軸徑
球籠式萬(wàn)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(wàn)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(wàn)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(wàn)向節(jié)系列數(shù)據(jù)
名義
尺寸（mm）
萬(wàn)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(wàn)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(wàn)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(wàn)向節(jié)
伸縮型球籠萬(wàn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(wàn)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(chǎng)上多數(shù)汽車(chē)參數(shù)，以下校核參照下表4.1，表4.2參數(shù)：
表4.1 汽車(chē)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(chē)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(mǎn)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(chē)至少有10萬(wàn)km的壽命。
4.1 轉(zhuǎn)矩校核
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?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(mǎn)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(chē)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L(fǎng)h=1858.7h，汽車(chē)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(mǎn)足使用要求。
4.3 傳動(dòng)軸校核
由于球籠式等速萬(wàn)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(mǎn)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(mǎn)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(wàn)向節(jié)的成本包括材料和加工費(fèi)用。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)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(chǎng)前景
目前經(jīng)濟(jì)性較好的前驅(qū)車(chē)越來(lái)越受歡迎，各大車(chē)廠(chǎng)競(jìng)相推出新款前驅(qū)車(chē)，汽車(chē)所需的球籠式萬(wàn)向節(jié)也有待進(jìn)一步發(fā)展，市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Υ蟆?
7 結(jié)束語(yǔ)
我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是球籠式等速萬(wàn)向節(jié)，我平時(shí)對(duì)此接觸也不多，而且我國(guó)對(duì)于球籠式萬(wàn)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(kāi)始投入具體的設(shè)計(jì)工作。在此過(guò)程中我不斷的遇到各種問(wèn)題，每次遇到問(wèn)題時(shí)，我首先從網(wǎng)上和圖書(shū)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(guò)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(shū)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(guò)程中經(jīng)常遇到平時(shí)理論知識(shí)解決不了的問(wèn)題，這時(shí)就 需要我們進(jìn)行創(chuàng)新的思考。所以通過(guò)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(wèn)題。一切以實(shí)際出發(fā)。最后,我誠(chéng)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(wú)微不至的關(guān)懷下完成的。
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