【文章內(nèi)容簡介】 種型式的萬向節(jié)通常用于中，小載重量的越野汽車上。如用于 BJ2120， NJ230， CA30A等汽車前驅(qū)動橋中。 萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 曲線槽球叉式等角速萬向節(jié)作為橋驅(qū)動橋的傳力構(gòu)件，合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)做到：萬向節(jié) 旋轉(zhuǎn)軸線與車橋軸線相重合，以避免發(fā)生萬向節(jié)的擺動現(xiàn)象；為了防止 在萬向節(jié)轉(zhuǎn)角接近最大值時，放置傳力球的主動叉，從動 叉的交叉槽趨于平行位置時導(dǎo)致鋼球無法約制而自動散開，造成萬向節(jié)裝配關(guān)系的破壞，在設(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)把主動叉和從動叉軸線間的夾角最大值，選取得大于車輪的最大轉(zhuǎn)角；同時，由主動叉和從動叉的軸線的交點(diǎn)所決定的萬向節(jié)中心 O 應(yīng)該位于汽車轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向主銷軸線上。另外，也必須降低軸頭花鍵連接的摩擦以及與其相連接的車橋之間的摩擦。以消除萬向節(jié)的附加軸向力。 該萬向節(jié)內(nèi)部的幾何關(guān)系，應(yīng)能保證它正確的運(yùn)動以及其零件能承受正確的負(fù)荷。因而設(shè)計(jì)時應(yīng)特別注意如下幾點(diǎn)： 1． 如圖 所示，應(yīng) 當(dāng) 保證安放小球的曲線槽其中心線的交叉 點(diǎn)的投影與傳力球的中心 3O 和 4O 的投影重合，而小球與槽間的接觸線 aa 和 bb 的延長線的投影與主動叉和從動叉的軸線相交于給定點(diǎn)（相當(dāng)于 1O 與 2O ) ，且其中 12OO OO? 。如果由于一個槽在垂直于主、從動叉軸線平面內(nèi)的角位移，使驅(qū)動球軸線與中心定位小球的中心不重 合，如圖 ）所示，就會在不成直線位置的萬向節(jié)中，導(dǎo)致萬向節(jié)中的傳力球與定位小球發(fā)生接觸，如圖 )所示，或者引起定位球與球凹處產(chǎn)生間隙，帶來上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 18 萬向節(jié)沖擊、小球擦傷，中央小球的銷子彎曲等缺點(diǎn)。 圖 曲線槽球叉式等角速萬向節(jié)內(nèi)部的幾何關(guān)系圖 2． 如圖 所示，應(yīng)保證在萬向節(jié)處于最大轉(zhuǎn)角時，使各傳力小球與中心定位球之間不接觸，至少使傳力球與定位球在此情況下的間隙 △ 不小于 。并且應(yīng)使各鋼球與萬向節(jié)軸頭均勻地預(yù)緊在一起，使得在任意方向旋轉(zhuǎn)時，能通過萬向節(jié)的兩個驅(qū)動球來傳遞扭 矩，而避免靠一個鋼球來傳遞（假如另一個鋼球在槽中為松配合的話）。避免產(chǎn)生不允許的過載現(xiàn)象。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 19 圖 由于角位移而引起萬向節(jié)內(nèi)部幾何關(guān)系的破壞圖 圖 驅(qū)動球軸線與定位球的中心不重合與主、 從動叉軸線向垂直的平面內(nèi)的萬向節(jié)簡圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 20 圖 驅(qū)動球軸線與中心小球不重合與主，從動軸線平面內(nèi)萬向節(jié)簡圖 3． 應(yīng)保證定位小球的中心與萬向節(jié)中心重合，兩個驅(qū)動小球的中心連線 34OO ,（圖 ）應(yīng)位于主、 從動軸線夾角的角平分面內(nèi)。 如果驅(qū)動小球的軸線 與中心定位球的中心不與主、從動軸叉軸線相垂直的平面重合，如圖 (a）、 (b）所示，就會使中心定位球與球凹處產(chǎn)生間隙、引起敲擊現(xiàn)象，或者引起定位球被擠壓，如圖 (c）。 在不成直線位置的萬向節(jié)中，如果驅(qū)動球軸線與中心小球的中心不重合于主、從動軸叉軸線平面內(nèi)，還會引起中心小球與球凹處的邊緣接觸，促使球凹邊緣損壞。如圖 所示。 4． 萬向節(jié)的軸向位移會引起中心定位球與球窩間產(chǎn)生斷續(xù)接觸，造成沖擊。沖擊力與萬向節(jié)的偏轉(zhuǎn)角度及軸向位移成直線關(guān)系。因此在結(jié)構(gòu)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 21 上應(yīng)采取措施來限制軸向位移。一般在主動或從動叉的 端面與總成套筒間用墊圈來限制。同時在制造過程中應(yīng)盡可能提高加工精度， 并 把最大軸向位移最大限度地予以限制。 5． 球叉式萬向節(jié)的從動叉軸頭的花鍵部分，應(yīng)認(rèn)為是該結(jié)構(gòu)的一個薄弱環(huán)節(jié)，它的靜力強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)萬向節(jié)在極限轉(zhuǎn)角時所傳遞的最大扭矩來確定，其安全系數(shù)應(yīng)取得大于 2 ,一般取 2～ 。 曲線槽球叉式萬向節(jié)的尺寸，可根據(jù)鋼球的尺寸來確定。鋼球的尺寸可按式來求，然后圓整到標(biāo)誰值。 在設(shè)計(jì)直槽球叉式萬向節(jié)時，根據(jù)某汽車廠的經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)包容二個球叉、四個鋼球裝配成總成的一個橡膠護(hù)套內(nèi)腔時，應(yīng)保證橡膠護(hù)套的內(nèi)腔最 小直徑與球叉的最大外徑不出現(xiàn)間隙，最好有點(diǎn)過盈，以避免球叉燒毀。 另外，對于鋼球與球叉滾道的直徑方向的間隙應(yīng)選擇恰當(dāng)。同時所有的滾道直徑要一致。 除此以外，據(jù)某汽車廠的經(jīng)驗(yàn)，在潤滑方面只能用齒輪油潤滑，而不能用潤滑脂潤滑。否則球叉易于燒壞。 球叉式萬向節(jié)的計(jì)算 1） 固定式萬向節(jié) 當(dāng) Weiss 型 (球叉式 )萬向節(jié)工作時，它的球軌道平行于輸入和輸出元件的軸線。因此，它的傾斜角 ?0?? ，壓力角 ?90?? ，軌道圓形截面的相似度為： )0 0 ~0 0 (9 9 ~9 9 ???? ?QK 下面研究 圖 汽車的萬向節(jié)尺寸 。附加數(shù)據(jù)有 : mmd ? ， ?25?? ， mmR ? ， 4?Z ， ?90?? ， 22??Zm ， )0 0 (9 9 ??? ?QK 因?yàn)??90?? ，由公 式 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 22 dbRdKL ??? c o sc o s )(2 ?? ????? ????? ? ?????????? ? （ ） 得 : 9 0 )(2 ????? ???LK 表 Weiss 型固定式萬向節(jié)尺寸 萬向節(jié)尺寸 G L S A R NM 253 52 104 35 112 72 2200 203 55 110 40 120 75 3000 201 62 124 43 130 82 3400 78 156 53 169 110 7500 100 200 65 200 130 14500 由 公 式 ： QLQL KK XK ?? ?? 2c os? ???????? ? ????????????? （ ）得 Hertizian 系數(shù) ?? ,查表得 ??? 由 公 式 ： ? ??? )2(2 QL KKd ? ????????? ? ??????????? （ ） 得 : ? ????? 0 1 )9 9 (2?d 3223 2 )( mmNc p ?? 由 公 式 ： 30 kp cp? ??????????????? ?? ?????????? （ ） 則 靜態(tài)許用表面應(yīng)力為： 51310 0 0 0 5 22 5 5 0 ???p 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 23 mmN???? 對于非較接萬向節(jié)，由 公 式 ： ?? osRdpmM cps in)( 230? ????????????? ??????? （ ） 則 靜態(tài)額定轉(zhuǎn)矩為 ： )(2 230 ????M mN ?????? 70 10 705 07 22 2 因?yàn)殂q接 Weiss 型萬向節(jié)的轉(zhuǎn)矩容量所限，所以許用 NM 的值比靜態(tài)額定轉(zhuǎn)矩 0M 小得多。 2） 伸縮式萬向節(jié) 根據(jù)有效幾何形狀 ， BendixWeiss 型萬向節(jié)是 0?? 和 0?? 的錐形萬向節(jié)，壓力角 ?90?? ，環(huán)形軌道截面的相似度 )0 0 ~0 0 (9 9 ??? ?k L 。 四球伸縮式萬向節(jié) 在前輪驅(qū)動 Renault R16 半軸上。BebdixWeissSpicer布置，最大軸間夾角 ?20max?? ， 球直徑 ? ，軸間伸縮量 mmS 20? 。 研究具有下列 附加 數(shù)據(jù)的 BebdixWeiss 伸縮式萬向節(jié) mmd ? ， 4?z ， mmR 24? ， 22??zm ， ?30?? ， )0 0 (9 9 ??? ?QK 由 公 式 ： dbRdKL ??? c o sc o s )(2 ?? ????? ? ???????????????? （ ） 則 縱向相似度為 ： 6 )024(2?? ???LK= ? =0 由于 LK =0，由公 式 ： QLQL KK XK ?? ?? 2c o s? ?????????? ??????? ?????? （ ）上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 24 得 o s ???? ??? 查 表選取 ??? ，由公 式 ，得 ： ? ????? 0 0 )9 9 (2?d 因而，由 公 式 ： 3 2)(858 ?? ??? dc p ?????? ??????????? ?????? （ ） 得相似系數(shù) ： 3223 2 )(5 8 60 0 5 8 mmNc p ?? 由該 cp和 公 式 ， 則 靜態(tài)許用表面應(yīng)力 0p 為： 511030 0 0 0 8 63 3 0 0 ???p mmN???? 算出的 的 0p 小于 查 表 所得 的最大值 23750 mmN 。 由 公 式 ： 22 co ss in mmNRmd Mk N ??? ???????????????? （ ） 非鉸接萬向節(jié)的靜態(tài)額定轉(zhuǎn)矩為 ： 110 2 )5 8 63 5 4 1(2 230 ??????M mN ?????? 2 對于非鉸接 BendisWeiss 萬向節(jié)，球以恒定壓力角 ? 和傾斜角 ? 傳遞轉(zhuǎn)矩。另一方 面 ，對于鉸接式萬向節(jié)， ? 和 ? 取決于 ? 。 球叉式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，體積又小 ，它分為固定式萬向節(jié)和伸縮式萬向節(jié)。 固定式萬向節(jié)的球槽型式是曲線槽，而伸縮式萬向節(jié)的球槽的型式是直線槽。但 當(dāng) 它前行 時只有兩個鋼球傳力，倒車時由另外兩個鋼球傳力，所以鋼球與曲面凹槽之間接觸壓力較大，磨損較快，隨著凹槽的磨損，萬向節(jié)工作的準(zhǔn)確性就會下降。而且這種萬向節(jié)的制造工藝較復(fù)雜。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 25 本課題設(shè)計(jì)的是輕型越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，最后計(jì)算得伸縮式萬向節(jié)的靜態(tài)額定轉(zhuǎn)矩 mNM ?? 52200 ，與許用轉(zhuǎn)矩相近，而 固定式萬向節(jié) 許用 NM比 計(jì)算出的 靜態(tài)額定 轉(zhuǎn)矩 mNM ?? 701070 小的多，此外 SUES06 轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的設(shè)計(jì)仿制 BJ2020 越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū) 動橋，所以本轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的設(shè)計(jì)與計(jì)算應(yīng)當(dāng)采用固定式萬向節(jié)。 4 SUES06輕型越野 車 轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的建模和裝配 建模軟件 Unigraphics NX 簡介 Unigraphics Solutions 公司（簡稱 UGS）是美國的一家全球著名的MCAD 供應(yīng)商，隸屬于 EDS 公司。它具有強(qiáng)大的造型能力和數(shù)控編程能力，功能非常強(qiáng)大，涉及到工業(yè)設(shè)計(jì)與制造的各個層面。 UG (Unigraphics)是 EDS 公司推出的一套集 CAD/CAM/CAE 的于一體的三維參數(shù)化軟件，具有強(qiáng)大的建模、分析和加工功能。其建模技術(shù)結(jié) 合了傳統(tǒng)建模和參數(shù)化建模的優(yōu)點(diǎn)，采用尺寸驅(qū)動技術(shù)，具有全相關(guān)的參數(shù)化功能，是一種“復(fù)合建?！惫ぞ?。應(yīng)用 UG 的建模功能，設(shè)計(jì)工程師可快速進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，交互建立和編輯各種復(fù)雜的零部件模型。根據(jù)已建立的三維零件模型， UG 的各種應(yīng)用功能既可對模型進(jìn)行裝配操作、創(chuàng)建二維工程圖； 也可對模型進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析和有限元分析， 進(jìn)行設(shè)計(jì)評估和優(yōu)化；同時，還可根據(jù)模型設(shè)計(jì)工裝夾具、進(jìn)行加工處理， 直接生成數(shù)控程序，用于產(chǎn)品的加工。 UG 在航空航天、汽車、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其它高科技應(yīng)用領(lǐng)域的 機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動化的市場上得到了廣泛的應(yīng)用。UG 軟件有幾個模塊，它們分別是 UG 入門， UG 實(shí)體建模、 UG 特征建模、UG 用戶定義特征、 UG 自由形狀建模、 UG 裝配建模， UG 工程繪、二維交換、直接交換等等。 根據(jù)以上各軟件的特點(diǎn)，本次課題選用 Unigraphics 作為輔助設(shè)計(jì)軟上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06 輕型越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋 的設(shè)計(jì)與分析 26 件工具。之所以選擇 Unigraphics 主要是因?yàn)楸敬握n題建模工程中涉及到三維實(shí)體建模，裝配建模等模塊。而 Unigraphics 軟件中就對這些設(shè)計(jì)模塊提供了強(qiáng)大的支持。 UG 實(shí)體 建模模塊特點(diǎn) 實(shí)體建模是 UG 設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)。實(shí) 體模型又稱主模型， UG 虛擬裝配、工程制圖、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析、有限元分析、編制加工程序等均須直接應(yīng)用已建立的主模型。如在 UG 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析模塊中直接應(yīng)用主模型進(jìn)行二維或三維機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)動分析和設(shè)計(jì)仿真，并可完成大量的裝配分析工作，如最小距離、干涉檢查、反作用力、圖解合成位移、速度和加速度、繪制運(yùn)動軌跡包絡(luò)等。 UG 實(shí)體建模模塊 提供了能滿足多種設(shè)計(jì)需求的正確建模工具： （ 1）可進(jìn)行實(shí)體、表面、特征、自由曲面、線框和參數(shù)化建模等； （ 2）支持和建立編輯孔、槽、型腔、圓柱、體、塊、球體、管、桿、倒圓和倒角等各種標(biāo) 準(zhǔn)的設(shè)計(jì)特征； （ 3）可將實(shí)體鏤空變成薄壁件； （ 4）既可