伯菲尔德_BIRFIELD_角接触等速万向节的设计
等速万向节的设计
等速万向节的设计
等速万向节是一种用于传递动力的机械装置，其设计可以使两个轴在
不同角度下保持同步旋转，同时还能够承受一定的轴向和径向载荷。
等速万向节广泛应用于汽车、船舶、机械制造等领域，是现代工业中
不可或缺的重要部件。
等速万向节的设计需要考虑以下几个方面：
1.材料选择：等速万向节需要承受较大的载荷，因此材料的选择非常重要。
常用的材料有高强度钢、铸铁、铝合金等。
不同的材料具有不同
的特性，需要根据具体的使用场景进行选择。
2.结构设计：等速万向节的结构设计需要考虑到其承受的载荷、转速、转角等因素。
一般来说，等速万向节的结构包括内外套、球头、球座、弹簧等部件。
其中，球头和球座的设计非常重要，需要保证其能够承
受较大的径向和轴向载荷，并且能够保持良好的运动平衡。
3.制造工艺：等速万向节的制造工艺需要保证其精度和可靠性。
一般来说，等速万向节的制造需要采用精密加工工艺，如数控加工、热处理等。
同时，制造过程中还需要进行严格的质量控制，以确保产品的质
量和可靠性。
总之，等速万向节的设计需要考虑到多个因素，包括材料选择、结构设计和制造工艺等。
只有在这些方面都得到了充分的考虑和优化，才能够设计出高质量、高可靠性的等速万向节产品。
等速万向节的设计
中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）
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。
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。
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
各种万向节的结构分析
第二节万向节结构方案分析一、十字轴万向节单个普通十字轴万向节是一种不等速万向节，其特点是当主动轴与从动轴之间有夹角时，不能进行等速传递，使主、从动轴的角速度周期性地不相等，而合理采用双十字轴万向节传动的设计方案可以实现等速传递；主、从动轴的角速度在两轴之间的夹角变动时仍然相等的万向节，称为等角速度万向节或等速万向节；准等速万向节是一种近似等速万向节，可以通过分度机构等部件实现主、从动轴之间的近似等速传递。
1、普通十字轴式万向节如图2-1所示，普通十字轴式万向节一般由两个万向节叉及与它们相连的十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和油封等组成。
十字轴轴颈通过与滚针轴承配合安装在万向节叉的孔中。
为了防止滚针轴承轴向窜动，在进行结构方案设计时，要采取轴承轴向定位措施。
目前，常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式、卡环式、塑料环定位式和瓦盖固定式等。
图2-1 十字轴式刚性万向节1-轴承盖；2、6-万向节叉；3-油嘴；4-十字轴；5-安全阀；7、11-油封；8-滚针；9-套筒；10-油封挡盘；12-油封座；13-注油嘴普通盖板式轴承轴向定位方式一般采用螺栓和盖板将套筒固定在万向节叉上，并用锁片将螺栓锁紧。
这种方式的优点是工作可靠、拆装方便，但零件数目较多。
采用弹性盖板的结构方案是将弹性盖板点焊于轴承座底部，装配后，弹性盖板对轴承座底部有一定的预压力，以免高速转动时由于离心力作用，在十字轴端面与轴承座底之间出现间隙而引起十字轴轴向窜动，从而可以避免由于这种窜动造成传动轴动平衡的破坏。
卡环式具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点，可分为外卡式和内卡式两种。
塑料环定位结构是在轴承碗外圆和万向节叉的轴承孔中部开一环形槽。
当滚针轴承动配合装入万向节叉到正确位置时，将塑料经万向节叉上的小孔压注到环槽中，待万向节叉上另一与环槽垂直的小孔有塑料溢出时，表明塑料已充满环槽。
这种结构轴向定位可靠，十字轴轴向窜动小，但拆装不方便。
为了防止十字轴轴向窜动和发热，保证在任何工况下十字轴的端隙始终为零，有的结构在十字轴轴端与轴承碗之间加装端面止推滚针或滚柱轴承。
球笼式等速万向节的运动特性和有限元分析
ｓａｌｎｅ
ｋｉｎｄ ｄｅｖｉｃｅ ｄｅｓｉｇｎ．
ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂａｌｌ ｃａｇｅ ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｐｅｅｄ ＡＮＳＹＳ Ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓ
ｊｏｉｎｔ
Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
２．１弓Ｉ言…………………………………………………………………………………………………………………。８
２．２有限元求解………………………………………………………………………………８ ２．３球笼式万向节模型建立及分析软件的选择…………………………………………．．１０ ２．４球笼式万向节模型的装配及简化……………………………………………………．１２ ２．５材料特性及接触类型的选择…………………………………………………………．１４ ２．６球笼式等速万向节的网格划分………………………………………………………．１７ ２．７本章小结………………………………………………………………………………．．２３ 第三章球笼式等速万向节接触应力分析…… ３．１边界条件处理…………………………………………………………………………一２４ ３．２分析结果………………………………………………………………………………．２５ ３．３改进设计………………………………………………………………………………．３０ ３．４本章小结………………………………………………………………………………．．３６ 第四章球笼式等速万向节的模态分析…………………．．．…………
1网格划分的原则网格划分是将连续的整体离散化并将系统空间的结构体与完成实际系统的连接使用节点和单元表示即弹性连续体经过离散后被有限元的集合所替代的过程这种分化过程也是经计算分析工作得来的其中分析的计算规模和速度是与网格划分精度等密不可分的理论上网格数量的增加会使计算精度提高实际上计算的时间也会相应的延长当网格的数量到达限度之后其计算的精度会降低同时计算的时间会增加更多381如图29所示
球笼式万向节设计.
球笼式万向节设计作者：xxx；指导老师：xxx（xxx大学工学院2011级车辆工程专业合肥230036）下载须知：本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。
另外，有需要电子档的同学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。
同进步，建设社会主义和谐社会。
摘要：球笼式万向节是上个世纪六七十年代快捷发展出来的一种万向节，它的特点是密封性好、同步性好、紧凑、结构简单、寿命长、承重效果好、效率高、角位移大。
它主要应用于起重机、拖拉机、汽车、纺织、医疗等领域。
本设计基于对汽车传动系统布局结构的设计，以确定球笼式万向节的结构特性和其他参数。
对于球笼式万向节等速性的运动，受力，效率和寿命有了深入的分析。
选择了材料分析过程中的重要部分和零件，并采用三维绘图软件PRO-E进行了分析。
关键词：球笼式万向节；结构；设计；分析；选择；寿命校核1 绪论球笼式等速万向节是奥地利A.H.Rzeppa于1926年发明的（简称Rzeppa型），后经过多次改进。
1958年英国波菲尔（Birfidld）集团哈迪佩塞公司成功滴研制了比较理想的球笼联轴器（称Birfield型：或普通型，简称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（亦称双效补偿型，简称DOJ型）球笼万向联轴器。
目前，球笼式等速万向节已在日、英、美、德、法、意等12个国家进行了专利主城。
Birfield型和Rzeppa型万向节在结构上的最大区别，除没有分度机构外，还在于钢球滚道的几何学与断面形状不一样。
Rzeppa型万向节用的是单圆弧的钢球滚道，单圆弧滚到其半径大一个间隙，因此最大接触应力常发生在滚道边缘处。
当钢球的载荷很大时，滚道边缘易被挤压坏，从而降低了工作能力。
Birfield （BJ型）万向节的钢球滚道横断面的轮廓为椭圆型，骑等角速传动是依靠外套滚到中心A、内套滚到中心B等偏置地位于万向节中心O的两侧实现的。
等速万向节的设计
等速万向节的设计等速万向节是一种常见的机械传动装置，它具有传递动力和改变传动方向的功能。
它被广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
本文将从设计原理、结构特点以及应用领域等方面来介绍等速万向节。
一、设计原理等速万向节能够保持输入和输出轴的转速一致，实现无滑差的传动。
它的设计原理基于两个关键部件：内外球和万向销。
内外球是等速万向节的核心部件，它们由滚动轴承组成，能够实现球与球座之间的滚动。
内球与输入轴相连，外球与输出轴相连。
当输入轴转动时，内球也会跟随转动，通过滚动轴承与外球传递动力。
外球与输出轴相连，将动力传递给输出轴。
万向销是连接内外球的关键部件，它能够使内球和外球之间的转动轴线保持一致。
当内球和外球之间的转动轴线发生偏离时，万向销会自动调整位置，以保持内外球之间的同心度。
二、结构特点等速万向节的结构相对简单，主要由内外球、万向销、弹簧等构成。
内外球由滚动轴承组成，可以实现球与球座之间的滚动，从而实现动力传递和转动。
万向销由弯曲弹簧材料制成，可以调整内外球之间的相对位置，保持转动轴线一致。
等速万向节具有以下结构特点：1. 结构紧凑：等速万向节的结构紧凑，体积小巧，适用于空间有限的场合。
2. 传动平稳：等速万向节能够实现输入和输出轴的转速一致，传动平稳，无滑差。
3. 负载能力强：等速万向节能够承受较大的负载，并且具有较高的传动效率。
4. 调整方便：万向销可以自动调整位置，使内外球之间的转动轴线保持一致，调整方便。
三、应用领域等速万向节在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 汽车行业：等速万向节被广泛应用于汽车传动系统中，用于传递动力和改变传动方向。
它可以使驱动轴与转向轴之间实现无滑差的传动，提高汽车的行驶稳定性和操控性能。
2. 航空航天领域：等速万向节在航空航天领域中也有重要应用。
它可以用于飞机的起落架系统、飞行控制系统等，能够实现飞机在起飞、降落和飞行过程中的转向和动力传递。
3. 机械制造：等速万向节在机械制造领域中被广泛应用，例如机床、工程机械等。
球笼(等速万向节)技术资料
球笼（等速万向节）技术资料本为主要介绍等球笼(以下称等速万向节)，的相关技术参数及分析资料。
第一节等速万向节设计的最新动态与方向等速万向节广泛应用于前置前驱轿车的转向驱动桥中。
驱动桥中。
靠近车轮侧，一、靠近车轮侧，即外侧的等速万向节通常采用Birfield(固定型)球笼式万向节，(固定型)球笼式万向节，通常采用允许传动轴(驱动轴)夹角变化。
允许传动轴(驱动轴)夹角变化。
桑塔纳2000奥迪、奥拓、丰田、2000、桑塔纳2000、奥迪、奥拓、丰田、日产等上海捷迈公司生产的固定型球笼式万向节InnerRaceBallsCageOuterRace圆弧槽滚道型球叉式万向节，圆弧槽滚道型球叉式万向节，也是等速万向但每次只有两个钢球传力，节，但每次只有两个钢球传力，传递转矩能力较小;钢球磨损较快，使钢球与滚道间的预紧较小;钢球磨损较快，力减小，会破坏传动的等速性。
力减小，会破坏传动的等速性。
不适合高速和连续运转工况，较少采用。
连续运转工况，较少采用。
二、靠近差速器侧，即内侧的等速万向节靠近差速器侧，通常采用三叉式(三球销式通常采用三叉式(三球销式，Tripod)或伸缩)型球笼式万向节允许传动轴(驱动轴)万向节，型球笼式万向节，允许传动轴(驱动轴)长度和夹角的变化，夹角的变化，以补偿由于前轮跳动和载荷变化引起的轮距变化。
起的轮距变化。
三球销式组成：三球销支架、三个滚柱轴承、万向节壳。
组成：三球销支架、三个滚柱轴承、万向节壳。
壳为主动件，壳为主动件，沿内圆周均匀开有三条平行于轴线的槽;支架的内花键孔与传动轴内端花键配合，线的槽;支架的内花键孔与传动轴内端花键配合，球销垂直于半轴轴线，滚柱轴承可沿球销移动，球销垂直于半轴轴线，滚柱轴承可沿球销移动，还由平行槽带动运动。
还由平行槽带动运动。
PlungeJoint运动：当车轮向上跳动时，轮毂和传动轴的距运动：当车轮向上跳动时，离变大，三销轴向外移动。
离变大，三销轴向外移动。
等速万向节结构原理分析及应用
诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名：年月日毕业设计任务书设计题目：等速万向节结构原理分析及应用系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号： 112011201学生：指导教师（含职称）：（高工）1．课题意义及目标通过调研和查阅相关资料文献，掌握等速万向节的结构和原理，了解其在汽车上的主要用途。
应用所学相关基础知识和专业知识进行结构与原理分析。
应用CAD三维技术动态模拟等速万向节工作原理与运动轨迹，编写计算说明书，编写毕业设计论文。
2．主要任务1）掌握汽车等速万向节的结构及工作原理。
绘制结构简图和原理简图；2）绘制等速万向节总图；3）了解等速万向节失效模式并分析原因；4）了解等速万向节常用材料及制造、热处理工艺要求；5）动态模拟等速万向节工作原理与运动轨迹，编写计算说明书；6）编写毕业设计论文，总结设计取到的效果与体会，提出自己的论点和改进建议等3．主要参考资料[1] 刘惟信. 汽车设计. 清华大学出版社. 2001[2] 余志生. 汽车理论. 机械工业出版社. 2000[3] 陈家瑞. 汽车构造. 人民交通出版社. 2006[4] 成大先. 机械设计手册. 化学工业出版社. 2008.4．进度安排审核人：年月日等速万向节结构原理分析及应用摘要:本课题来源于学校的合作伙伴江铃重型汽车有限公司。
传动系统作为保证车辆正常行驶运行的一个重要组成部分，该系统中最重要的构件是万向节，而等速万向节又是万向节中的一种特殊形式。
本课题即以Birfield球笼式等速万向节为研究对象，并在理论分析的基础上，建立了三维模型。
首次全面深入的对其结构原理、等速性、受力情况、效率、使用寿命、NVH现象以及热处理工艺进行了全面分析。
并有针对的对其存在的NVH问题提出一定的解决对策和改进意见。
关键词：等速万向节，效率，使用寿命，NVH现象，热处理工艺Constant-velocity joint structure principle analysis and application Abstract: This topic is derived from Jiangling heavy automobile co. LTD, the partner of our school. Transmission system is an important part guaranteeing the formal operation of vehicles. The most important component in the system is universal joint, while the constant speed universal joint is a special form of universal joint.Regarding Birfield ball cage pattemed constant speed universal joint as the research object, on the basis of theoretical analysis, this topic set up the three-dimensional model. It is the first time to have a comprehensive analysis for its structure principle, constant speed, force efficiency, service life, NVH phenomenon and the heat treatment process. It also has carried on some methods and improvements for specific NVH problems in it. Keywords: Constant-velocity joint, efficiency, service life, NVH phenomenon, heat treatment目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 万向节简介 (1)1.2.1 十字轴式万向节 (3)1.2.2 挠性万向节 (4)1.2.3 准等速万向节 (4)1.2.3 等速万向节 (5)1.3 万向节国内外发展现状 (7)1.4 本课题研究的内容 (9)1.5 本课题研究的目的和意义 (9)2 等速万向节等速性研究 (10)3 等速万向节几何尺寸设计 (11)3.1 CAD参数化设计 (11)3.2 参数化建模技术 (12)3.3 等速万向节三维参数化模型的建立 (13)3.3.1 建立参数化图元 (13)3.3.2 球笼式等速万向节三维实体模型装配 (13)4 等速万向节的受力、效率和寿命 (15)4.1 万向节受力分析 (15)4.1.1 接触应力 (15)4.1.2 折弯阻力 (15)4.2 万向节的效率 (15)4.3 万向节的寿命 (16)5 等速万向节的失效形式及NVH现象 (17)5.1 等速万向节失效形式 (17)5.2 NVH现象及产生原因 (17)5.2.1 产品设计 (17)5.2.2 制造工艺 (17)5.2.3 质检误差 (17)5.2.4 使用环境 (18)5.3 解决对策 (18)6 等速万向节常用材料及热处理加工工艺 (19)7 等速万向节的其它问题 (23)7.1 产品的密封和润滑 (23)7.2 产品的松紧度标准 (23)7.3 左右轴的等长化 (23)7.4 产品的小型化 (23)8 等速万向节改进意见 (24)9 结论 (25)参考文献 (26)致谢 (28)1 绪论1.1 引言我国轿车行业虽然比国外起步晚一些，但是发展潜力和空间却很大。