1、毕业设计（论文） 第 1 页 共 49 页 汽车万向节滑动叉滑动叉结构与工艺设计 摘要 ： 汽车上有一个很重要的部件，称为万向节滑动叉 滑动叉 。 本文 综合应用了机械设计、机床、刀具、工艺等机械设计、制造系统理论知识与实践技能，适当结合CAD 相关知识与技术，以质量、生产率和经济性辩证统一为原则，设计汽车万向节滑动叉滑动叉的结构，制定并优化汽车万向节滑动叉滑动叉工艺规程和方案，对汽车万向节滑动叉滑动叉工艺方案进行技术经济性评价并最终完成其工装设计。 关键词： 万向节滑动叉；工艺；夹具；设计 Abstract: There are a very important component on a
2、utomobile, be called the Universal joint glide fork. Machinery design , machine tool , machinery design such as cutter , handicraft the main body of a book has been applied synthetically, create system theory knowledge and carry out a technical ability, the appropriate union CAD relevance knowledge
3、and technology, take that mass , efficacy and economy discriminate an unification as principle , fork structure designing that automobile joint Universal slides, works out and optimizes automobile Universal joint glide fork technological procedure and the scheme, the frock carrying out the technolog
4、y economic evaluation and accomplishing the person ultimately designs the fork handicraft scheme sliding to automobile Universal joint. Keywords: Universal joint slides fork； handicraft； grip； design 1 概述 零件的作用题目所给订的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的万向节滑动叉滑动叉，它位于传动轴的端部。主要作用一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力 ; 二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同状态时，由本零件可以
5、调整传动轴的长短及其位置。零件的两个叉头部位上有两个 39 027.0010.0 mm 的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。零件 65mm 外圆内为 50mm 花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递汽车万向节滑动叉结构与工艺设计 第 2 页 共 49 页 动力之用。 总体尺寸约为 141 65 118mm。年产量 5000 台 /年（每台一件）、备品率 3%、废品率 0.5%、每日 1 班。 1.1 汽车零部件企业面对的市场形势 1.1.1 汽车零部件企业的 现状和发展趋势 在汽车工业高速发展的带动下，我国汽车零部件产业有了飞速发展，在全球供应链中的地位明显提高。目前
6、，我国汽车零部件产品已经从售后配件市场开始进入 OEM 市场，从低附加值产品向高附加值产品转变，特别是一些自主品牌产品开始进入国际采购体系。 2006 年中国零部件总产值为 5240 亿元，同比增加 30%，按产值排名，前十家企业中有 5 家为外资企业，另外 5 家 为本土企业，本土企业的产值远远超过外资企业的产值。2006 年，零部件出口连续第三年实现贸易额顺差。汽车空调、车身零部件和空气压缩机的出口均实现了 100%的增长速度，同时我国比较传统的汽车零部件产品比如汽车轮胎、汽车玻璃和车轮零部件也有较高的增长速度。 按照国际运行的标准，汽车行业整车与零部件规模比例应为 1： 1.7，由此可以
7、推算，我国汽车零部件产业还有很大的提升空间，另据有关资料显示，到 2010 年，世界汽车产品贸易总额将达到 1.2 万亿美元，跨国公司到 2007 年底前，计划在低成本国家采购 500 亿美元的汽车零部件 ，其中 70%瞄准中国企业。 1.1.2 汽车零部件企业 存在的问题 中国零部件在全球供应链中的地位有显著提高，但是这个地位还很脆弱。我国汽车零部件在汽车价值链中所占的比例还不高，本土企业配套率低，配套产品附加值低。中国汽车零部件企业在核心技术上对外资依赖明显，零部件依托于整车企业的发展，自主品牌汽车企业成立时间不长，没有形成具有本土特征的零部件产业链协作模式，很难做到以整车为中心的零部件配
8、套体系竞争。 1.1.3 汽车零部件企业的发展 目前，跨国零部件生产商正在进一步加大对中国的投资，在华进行汽车零部件生产的外商独资或合资企业已经达到近 1200 家，在零部件一级供应商这条链上，外资企业占据主导地位，尤其是在最近，跨国汽车零部件企业明显有把零部件的研发工作转向中国的趋势，随着他们建厂规模的逐渐扩大和对中国市场的熟悉，本土零部件企业面对的压力也将越来越大。 1.2 课题的提出及主要工作 毕业设计（论文） 第 3 页 共 49 页 1.2.1 万向节的结构分析 一、十字轴万向节 典型的十字轴万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。 目前常见的滚
9、针轴承轴向定位方式有盖板式 (图 4 1a、 b)、卡环式 (图 4 1c、 d)、瓦盖固定式 (图 4 1e)和塑料环定位式 (图 4 1f)等。 盖板式轴承轴向定位方式的一般结构 (图 4 1a)是用螺栓 1和盖板 3将套筒 5固定在万向节叉 4上，并用锁片 2将螺栓锁紧。它工作可靠、拆装方便，但零件数目较多。有时将弹性盖板 6点焊于轴承座 7底部 (图 4 1b)，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，从而避免了由于这种窜动造成的传动轴动平衡状态的破坏。卡环式可分为外卡 式 (图 4 1c)和内卡
10、式 (图 4 1d)两种。它们具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点。瓦盖固定式结构 (图 4 1e)中的万向节叉与十字轴轴颈配合的圆孔不是一个整 体，而是分成两半用螺钉联接起来。这种结构具有拆装方便、使用可靠的优点，但加工工艺较复杂。塑料环定位结构 (图 4 1f)是在轴承碗外圆和万向节叉的轴汽车万向节滑动叉结构与工艺设计 第 4 页 共 49 页 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
11、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。 滚针轴承的润滑和密封好坏直接影响着十字轴万向节的使用寿命。毛毡油封由于漏油多，防尘、防水效果差，在加注润滑油时，在个别滚针轴承中可能出现空气阻塞而造成缺油，已不能满足越来越高的使用要求。结构较复杂的双刃口复合油封 (图 4 2a)，其中反装的单刃口橡胶油封用作径向密封，另一双刃口橡胶油封用作端面密封。当向十字轴内腔注入润滑油时，陈油、磨损产物及多余的润滑油便从橡胶油封内圆表面与十字轴轴颈接触处 溢出，不需安装安全阀，防尘、防水效果良好。在灰尘较多的条件下使用时，万向节寿命可显著提高。
12、图 4 2b为一轿车上采用的多刃口油封，安装在无润滑油流通系统且一次润滑的万向节上。 十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低。但所连接的两轴夹角不宜过大，当夹角由 4 增至 16 时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的 1 4。 二、准等速万向节 1.双联式万向节 双联式万向节 (图 4 3)是由两个十字轴万向节组合而成。为了保证两万向节连接的轴工作转速趋于相等，可设有分度机构。偏心十 字轴双联式万向节取消了分度机构，也可确保输出轴与输入轴接近等速。五分度杆的双联式万向节，在军用越野车的转向驱动毕业设计（论文） 第 5 页 共 49 页 桥中用得相当广泛。此时采用主
13、销中心偏离万向节中心 1 0 3. 5mm的方法，使两万向节的工作转速接近相等。双联式万向节的主要优点是允许两轴间的夹角较大 (一般可达50 ，偏心十字轴双联式万向节可达 60) ，轴承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。缺点是结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。当应用于转向驱动桥时，由于双联式万向节轴向尺寸较大，为使主销轴线的延长线与地面交点到轮胎的接地印迹中心偏离不大 ，就必须用较大的主销内倾角。 2凸块式万向节 对于凸块式万向节 (图 4 4)，就运动副来看也是一种双联式万向节。它主要由两个万向节叉 1和 4以及两个特殊形状的凸块 2和 3组成。两凸块相当于双联万向节装置中两端带有
14、位于同一平面上的两万向节叉的中间轴及两十字销，因此可以保证输入轴与输出轴近似等速。这种结构工作可靠，加工简单，允许的万向节夹角较大 (可达 50) 。但是由于工作面全为滑动摩擦，所以效率低，摩擦表面易磨损，且对密封和润滑要求较高。它主要用于中型以上越野车的转向驱动桥。 3三销轴式万向节三销轴 式万向节 (图 4 5)是由双联式万向节演变而来。它主要由两个偏心轴叉、两个三销轴和六个滚针轴承组成。三销轴式万向节允许所连接的两轴最大夹角为 45 ，易于密封。但其外形尺寸较大，零件形状较复杂，毛坯需要精确模锻。由于在工作中三销轴间有相对轴向滑动，万向节的两轴受有附加弯矩和轴向力，所以主动轴一侧需装轴向
15、推力轴承。这种结构目前用于个别中、重型越野车的转向驱动桥。 汽车万向节滑动叉结构与工艺设计 第 6 页 共 49 页 三、等速万向节 1. 球叉式万向节 球叉式万向节按其钢球滚道形状不同可分为圆弧槽和直槽两种形式。 圆弧槽滚道型的球叉式万向节 (图 4 6a)由两个万向节叉、四个传力钢球和一个定心钢球组成。两球叉上的圆弧槽中心线是以 O1和 O2为圆心而半径相等的圆， O1和 O2到万向节中心 O的距离相等。当万向节两轴绕定心钢球中心 O转动任何角度时，传力钢球中心始终在滚道中心两圆的交点上，从而保证输出轴与输入轴等速转动。这种球叉式万向节结构较简单，可以在夹角不大于 32 33 的条件下正常
16、工作。由于四个钢球在单向传动中只有两个传递动力，故单位压力较大，磨损较快。另外，这种万向节只有在传力钢球与滚道之间具有一定的预紧力时，才能保证等角速传动。预紧力用选择不同尺寸级别的传力 钢球来保证。在使用中，随着磨损的增加，预紧力逐渐减小以至消失，这时两球叉之间便发生轴向窜动，从而破坏了传动的等速性，严重时会造成钢球脱落。 毕业设计（论文） 第 7 页 共 49 页 直槽滚道型球叉式万向节 (图 4 6b)，两个球叉上的直槽与轴的中心线倾斜相同的角度，彼此对称。在两球叉间的槽中装有四个钢球。由于两球叉中的槽所处的位置是对称的，这便保证了四个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。这种万向节加工比较容
17、易，允许的轴间夹角不超过 20 ，在两叉间允许有一定量的轴间滑动。 圆弧槽型球叉式万向节主要应用于轻、中型越野车的转向驱动 桥中。直槽型球叉式万向节主要应用于断开式驱动桥中，当半轴摆动时，用它可补偿半轴的长度变化而省去滑动花键。 圆弧槽型球叉式万向节作为转向驱动桥的传力构件时，万向节旋转轴线应与车桥的轴线相重合，以避免发生万向节的摆动现象。为了不至于在万向节转角接近最大值时，放置传力钢球的主、从动叉的交叉槽趋于平行位置导致钢球无法约束而自动散开，造成万向节装配关系的破坏，在设计时应使两叉的最大夹角大于车轮的最大转角，同时万向节中心应位于转向主销轴线上。另外，应保证在万向节处于最大转角时，各传力
18、钢球与定心钢球之间不接触，至少使传力 钢球与定心钢球在此情况下的间隙不小于 5mm，且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传力钢球来传递转矩，避免靠一个钢球来传递，从而防止产生过载现象。 2球笼式万向节 球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。早期的 Rzeppa 型球笼式万向节(图 4 7a)是带分度杆的，球形壳 1 的内表面和星形套 3的球表面上各有沿圆周均匀分布的六条同心的圆弧滚道，在它们之间装有六个传力钢球 2，这些钢球由球笼 4 保持在同一平面内。当万向节两轴之间的夹角变化时，靠比例合适的分度杆 6拨动导向盘 5，并带动球笼 4使六个钢球
19、2 处于轴间夹角的平分面上。经验表明，当轴间夹角较小时，分度杆是必要的；当轴间夹角大于 11 时，仅靠球形壳和星形套上的子午滚道的交叉也可将钢球定在正确位置。这种等速万向节无论转动方向如何，六个钢球全都传递转矩，它可在两轴之间的夹角达 35 37 的情况下工作。 目前结构较为简单、应用较为广泛的是 Birfield型球笼式万向节 (图 4 7b)。它取消了分度杆，球形壳和星形套的滚道做得不同心，令其圆心对称地偏离万向节中心。这样，即使轴间夹角为 0 ，靠内、外子午滚道的交叉也能将钢球定在 正确位置。当轴间夹角为 0时，内、外滚道决定的钢球中心轨迹的夹角稍大于 11 ，这是能可靠地确定钢球正确位
20、置的最小角度。滚道的横断面为椭圆形，接触点和球心的连线与过球心的径汽车万向节滑动叉结构与工艺设计 第 8 页 共 49 页 向线成 45角，椭圆在接触点处的曲率半径选为钢球半径的 1 03 1 05倍。当受载时，钢球与滚道的接触点实际上为椭圆形接触区。由于工作时球的每个方向都有机会传递转矩，且由于球和球笼的配合是球形的，因此对这种万向节的润滑应给予足够的重视。润滑剂的使用主要取决于传动的转速和角度。在转速高达 1500r min时，一般使用防锈油脂。若转速和角度都较 大时，则使用润滑油。比较好的方法是采用油浴和循环油润滑。另外，万向节的密封装置应保证润滑剂不漏出，根据传动角度的大小采取不同形式
21、的密封装置。这种万向节允许的工作角可达 42 。由于传递转矩时六个钢球均同时参加工作，其承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便。但是滚道的制造精度高，成本较高。 伸缩型球笼式万向节 (图 4 7c)结构与一般球笼式相近，仅仅外滚道为直槽。在传递转矩时，星形套与筒形壳可以沿轴向相对移动，故可省去其它万向传动装置中的滑动花键。这不仅使结构简单，而且由于轴向相对移动是通过钢 球沿内、外滚道滚动实现的，所以与滑动花键相比，其滚动阻力小，传动效率高。这种万向节允许的工作最大夹角为20 。 Rzeppa型球笼式万向节以前主要应用于转向驱动桥中， 目前应用较少。 Birfield型球笼式万向节和
22、伸缩型球笼式万向节被广泛地应用在具有独立悬架的转向驱动桥中，在靠近转向轮一侧采用 Birfield型万向节，靠近差速器一侧则采用伸缩型球笼式万向节，以补偿由于前轮跳动及载荷变化而引起的轮距变化。伸缩型万向节还被广泛地应用到断开式驱动桥中。 毕业设计（论文） 第 9 页 共 49 页 四、挠性万向节 挠性万向节依靠其中弹 性元件的弹性变形来保证在相交两轴间传动时不发生干涉。弹性元件可以是橡胶盘、橡胶金属套筒、铰接块、六角环形橡胶圈等多种形状。 盘式挠性万向节的弹性元件通常是 4 12层的橡胶纤维或橡胶帘布片结构，并用金属零件加固。在挠性万向节装配时，通常使纤维层依次错开，以便于当挠性盘变形时，保
23、证纤维帘布层承受最小的力。六角环形橡胶挠性万向节的橡胶与用钢或铝合金制成的金属骨架硫化在一起。为了使橡胶与金属可靠地结合，在硫化之前，骨架镀一层黄铜覆盖层。使用这种万向节时，为了保证高速转动时传动轴总成有良好的动平衡，常在万向节所连接 的两轴端部设专门机构保证对正中心。图 4 8a为具有球面对中机构的环形挠性万向节。这种结构中装有无需润滑的球形滑动对中轴承，如能正确选择轴承配合，可使其内部在装配后具有适当的预紧力。为使万向节有必要的寿命，总是设法使其轴向位汽车万向节滑动叉结构与工艺设计 第 10 页 共 49 页 移引起的轴向力、侧向位移引起的侧向力和万向节工作角引起的力矩尽可能小，使挠性万向节主要传递工作转矩。有的结构允许有一定的轴向变形 (图 4 8b)。当这种环形挠性万向节的轴向变形量满足使用要求时，可省去伸缩花健。 挠性万向节能减小传动系的扭转振动、动载荷和噪声，结构简单，使用中不需润滑，一 般用 于两轴间夹角不大 (一般为 3 5) 和很小轴向位移的万向传动场合。如它常在轿车万向节传动中，被用来作为靠近变速器的第一万向节，或在重型汽车中用于发动机与变速器之间，越野汽车中用于变速器与分动器之间，以消除制造安装误差和车架变形对传动的影响。
