轻型越野转向驱动桥的设计与分析(编辑修改稿)

轻型越野转向驱动桥的设计与分析(编辑修改稿)内容摘要：

种型式的万向节通常用于中，小载重量的越野汽车上。 如用于 BJ2120， NJ230， CA30A等汽车前驱动桥中。 万向节的结构设计 曲线槽球叉式等角速万向节作为桥驱动桥的传力构件，合理的结构应当做到：万向节 旋转轴线与车桥轴线相重合，以避免发生万向节的摆动现象；为了防止 在万向节转角接近最大值时，放置传力球的主动叉，从动 叉的交叉槽趋于平行位置时导致钢球无法约制而自动散开，造成万向节装配关系的破坏，在设计时，应当把主动叉和从动叉轴线间的夹角最大值，选取得大于车轮的最大转角；同时，由主动叉和从动叉的轴线的交点所决定的万向节中心 O 应该位于汽车转向轮的转向主销轴线上。 另外，也必须降低轴头花键连接的摩擦以及与其相连接的车桥之间的摩擦。 以消除万向节的附加轴向力。 该万向节内部的几何关系，应能保证它正确的运动以及其零件能承受正确的负荷。 因而设计时应特别注意如下几点： 1． 如图 所示，应 当 保证安放小球的曲线槽其中心线的交叉 点的投影与传力球的中心 3O 和 4O 的投影重合，而小球与槽间的接触线 aa 和 bb 的延长线的投影与主动叉和从动叉的轴线相交于给定点（相当于 1O 与 2O ) ，且其中 12OO OO。 如果由于一个槽在垂直于主、从动叉轴线平面内的角位移，使驱动球轴线与中心定位小球的中心不重 合，如图 ）所示，就会在不成直线位置的万向节中，导致万向节中的传力球与定位小球发生接触，如图 )所示，或者引起定位球与球凹处产生间隙，带来上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 18 万向节冲击、小球擦伤，中央小球的销子弯曲等缺点。 图 曲线槽球叉式等角速万向节内部的几何关系图 2． 如图 所示，应保证在万向节处于最大转角时，使各传力小球与中心定位球之间不接触，至少使传力球与定位球在此情况下的间隙 △ 不小于。 并且应使各钢球与万向节轴头均匀地预紧在一起，使得在任意方向旋转时，能通过万向节的两个驱动球来传递扭 矩，而避免靠一个钢球来传递（假如另一个钢球在槽中为松配合的话）。 避免产生不允许的过载现象。 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 19 图 由于角位移而引起万向节内部几何关系的破坏图 图 驱动球轴线与定位球的中心不重合与主、 从动叉轴线向垂直的平面内的万向节简图 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 20 图 驱动球轴线与中心小球不重合与主，从动轴线平面内万向节简图 3． 应保证定位小球的中心与万向节中心重合，两个驱动小球的中心连线 34OO ,（图 ）应位于主、 从动轴线夹角的角平分面内。 如果驱动小球的轴线 与中心定位球的中心不与主、从动轴叉轴线相垂直的平面重合，如图 (a）、 (b）所示，就会使中心定位球与球凹处产生间隙、引起敲击现象，或者引起定位球被挤压，如图 (c）。 在不成直线位置的万向节中，如果驱动球轴线与中心小球的中心不重合于主、从动轴叉轴线平面内，还会引起中心小球与球凹处的边缘接触，促使球凹边缘损坏。 如图 所示。 4． 万向节的轴向位移会引起中心定位球与球窝间产生断续接触，造成冲击。 冲击力与万向节的偏转角度及轴向位移成直线关系。 因此在结构上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 21 上应采取措施来限制轴向位移。 一般在主动或从动叉的 端面与总成套筒间用垫圈来限制。 同时在制造过程中应尽可能提高加工精度， 并 把最大轴向位移最大限度地予以限制。 5． 球叉式万向节的从动叉轴头的花键部分，应认为是该结构的一个薄弱环节，它的静力强度应根据万向节在极限转角时所传递的最大扭矩来确定，其安全系数应取得大于 2 ,一般取 2～。 曲线槽球叉式万向节的尺寸，可根据钢球的尺寸来确定。 钢球的尺寸可按式来求，然后圆整到标谁值。 在设计直槽球叉式万向节时，根据某汽车厂的经验，在设计包容二个球叉、四个钢球装配成总成的一个橡胶护套内腔时，应保证橡胶护套的内腔最 小直径与球叉的最大外径不出现间隙，最好有点过盈，以避免球叉烧毁。 另外，对于钢球与球叉滚道的直径方向的间隙应选择恰当。 同时所有的滚道直径要一致。 除此以外，据某汽车厂的经验，在润滑方面只能用齿轮油润滑，而不能用润滑脂润滑。 否则球叉易于烧坏。 球叉式万向节的计算 1） 固定式万向节 当 Weiss 型 (球叉式 )万向节工作时，它的球轨道平行于输入和输出元件的轴线。 因此，它的倾斜角 0 ，压力角 90 ，轨道圆形截面的相似度为： )0 0 ~0 0 (9 9 ~9 9  QK 下面研究 图 汽车的万向节尺寸。 附加数据有 : mmd  ， 25 ， mmR  ， 4Z ， 90 ， 22Zm ， )0 0 (9 9  QK 因为 90 ，由公 式 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 22 dbRdKL  c o sc o s )(2  „„„„„ „„„„„ „ „„„„„„„„„„ „ （ ） 得 : 9 0 )(2  LK 表 Weiss 型固定式万向节尺寸 万向节尺寸 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 系数  ,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 „„„„„„„„„„„„„„„ „„ „„„„„„„„„„ （ ） 则 静态许用表面应力为： 51310 0 0 0 5 22 5 5 0 p 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 23 mmN 对于非较接万向节，由 公 式 ：  osRdpmM cps in)( 230 „„„„„„„„„„„„„ „„„„„„„ （ ） 则 静态额定转矩为 ： )(2 230 M mN  70 10 705 07 22 2 因为铰接 Weiss 型万向节的转矩容量所限，所以许用 NM 的值比静态额定转矩 0M 小得多。 2） 伸缩式万向节 根据有效几何形状 ， BendixWeiss 型万向节是 0 和 0 的锥形万向节，压力角 90 ，环形轨道截面的相似度 )0 0 ~0 0 (9 9  k L。 四球伸缩式万向节 在前轮驱动 Renault R16 半轴上。 BebdixWeissSpicer布置，最大轴间夹角 20max ， 球直径  ，轴间伸缩量 mmS 20。 研究具有下列 附加 数据的 BebdixWeiss 伸缩式万向节 mmd  ， 4z ， mmR 24 ， 22zm ， 30 ， )0 0 (9 9  QK 由 公 式 ： dbRdKL  c o sc o s )(2  „„„„„ „ „„„„„„„„„„„„„„„„ （ ） 则 纵向相似度为 ： 6 )024(2 LK=  =0 由于 LK =0，由公 式 ： QLQL KK XK   2c o s „„„„„„„„„„ „„„„„„„ „„„„„„ （ ）上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 24 得 o s   查 表选取  ，由公 式 ，得 ：   0 0 )9 9 (2d 因而，由 公 式 ： 3 2)(858   dc p „„„„„„ „„„„„„„„„„„ „„„„„„ （ ） 得相似系数 ： 3223 2 )(5 8 60 0 5 8 mmNc p  由该 cp和 公 式 ， 则 静态许用表面应力 0p 为： 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  „„„„„„„„„„„„„„„„ （ ） 非铰接万向节的静态额定转矩为 ： 110 2 )5 8 63 5 4 1(2 230 M mN  2 对于非铰接 BendisWeiss 万向节，球以恒定压力角  和倾斜角  传递转矩。 另一方 面 ，对于铰接式万向节，  和  取决于 。 球叉式万向节结构简单，体积又小 ，它分为固定式万向节和伸缩式万向节。 固定式万向节的球槽型式是曲线槽，而伸缩式万向节的球槽的型式是直线槽。 但 当 它前行 时只有两个钢球传力，倒车时由另外两个钢球传力，所以钢球与曲面凹槽之间接触压力较大，磨损较快，随着凹槽的磨损，万向节工作的准确性就会下降。 而且这种万向节的制造工艺较复杂。 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 25 本课题设计的是轻型越野车的转向驱动桥，最后计算得伸缩式万向节的静态额定转矩 mNM  52200 ，与许用转矩相近，而 固定式万向节 许用 NM比 计算出的 静态额定 转矩 mNM  701070 小的多，此外 SUES06 转向驱动桥的设计仿制 BJ2020 越野车的转向驱 动桥，所以本转向驱动桥的设计与计算应当采用固定式万向节。 4 SUES06轻型越野 车 转向驱动桥的建模和装配 建模软件 Unigraphics NX 简介 Unigraphics Solutions 公司（简称 UGS）是美国的一家全球著名的MCAD 供应商，隶属于 EDS 公司。 它具有强大的造型能力和数控编程能力，功能非常强大，涉及到工业设计与制造的各个层面。 UG (Unigraphics)是 EDS 公司推出的一套集 CAD/CAM/CAE 的于一体的三维参数化软件，具有强大的建模、分析和加工功能。 其建模技术结 合了传统建模和参数化建模的优点，采用尺寸驱动技术，具有全相关的参数化功能，是一种“复合建模”工具。 应用 UG 的建模功能，设计工程师可快速进行概念设计和详细设计，交互建立和编辑各种复杂的零部件模型。 根据已建立的三维零件模型， UG 的各种应用功能既可对模型进行装配操作、创建二维工程图； 也可对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析， 进行设计评估和优化；同时，还可根据模型设计工装夹具、进行加工处理， 直接生成数控程序，用于产品的加工。 UG 在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的 机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。 UG 软件有几个模块，它们分别是 UG 入门， UG 实体建模、 UG 特征建模、UG 用户定义特征、 UG 自由形状建模、 UG 装配建模， UG 工程绘、二维交换、直接交换等等。 根据以上各软件的特点，本次课题选用 Unigraphics 作为辅助设计软上海工程技术大学毕业设计（论文） SUES06 轻型越野车转向驱动桥 的设计与分析 26 件工具。 之所以选择 Unigraphics 主要是因为本次课题建模工程中涉及到三维实体建模，装配建模等模块。 而 Unigraphics 软件中就对这些设计模块提供了强大的支持。 UG 实体 建模模块特点 实体建模是 UG 设计技术的基础。 实 体模型又称主模型， UG 虚拟装配、工程制图、机构运动分析、有限元分析、编制加工程序等均须直接应用已建立的主模型。 如在 UG 机构运动分析模块中直接应用主模型进行二维或三维机械系统的复杂运动分析和设计仿真，并可完成大量的装配分析工作，如最小距离、干涉检查、反作用力、图解合成位移、速度和加速度、绘制运动轨迹包络等。 UG 实体建模模块 提供了能满足多种设计需求的正确建模工具： （ 1）可进行实体、表面、特征、自由曲面、线框和参数化建模等； （ 2）支持和建立编辑孔、槽、型腔、圆柱、体、块、球体、管、杆、倒圆和倒角等各种标 准的设计特征； （ 3）可将实体镂空变成薄壁件； （ 4）既可。