球笼式等速万向节轴向间隙与圆周间隙的分析与研究

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球笼式等速万向节是前轮驱动轿车的关键部件之一,它可以实现成交角的输入、输出轴的等角速度传动。然而球笼式等速万向节各零件间由于设计、制造、装配等方面的原因存在着间隙,其中轴向间隙与圆周间隙是造成万向节内部各零件窜动与冲击以及降低万向节使用寿命的重要原因。目前国内关于球笼式等速万向节间隙方面的研究还很不足,且多集中于对等速万向节的各类间隙做单独的研究,因此将球笼式等速万向节轴向间隙与圆周间隙联合起来作为整体来研究,分析它们的相互影响是十分必要和有意义的。本文运用空间几何学原理,结合球笼式等速万向节的结构与运动形式,获得了球式万向节匀速传动的条件,并以此论证了球笼式万向节的等速性。在查阅了大量国内外相关资料的基础上,发现了轴向间隙形成圆周间隙的机制,研究了轴向间隙形成圆周间隙的条件。在此基础上,揭示了形成球笼式等速万向节圆周间隙的两个不同来源,分别对钢球与沟道间隙及轴向间隙形成的圆周间隙进行了分析与计算,借助Matlab软件分析了圆周间隙角度值随摆角和转角的变化规律,讨论了影响圆周间隙的主要因素。最后综合考虑轴向间隙和钢球与沟道间隙两方面的影响,研究了轴向间隙对总的圆周间隙的影响,以及钢球和沟道间隙对轴向间隙的影响,提出了减小以致消除轴向间隙与圆周间隙的有效方法。最后,使用上海交通大学研制的等速万向节驱动轴总成间隙测试试验台,对球笼式等速万向节进行了圆周间隙值(角度值)和轴向间隙值的测试本文研究结果表明:球笼式等速万向节轴向间隙及圆周间隙的六次波动是引起万向节内部零件窜动与冲击以及降低万向节使用寿命的重要原因;万向节总的轴向间隙δ受到万向节的径向间隙ε及钢球与沟道间隙Δ两方面的影响,减小ε和Δ均可有效减小总的轴向间隙,其中减小Δ更有效。当摆角较大(超过17°)时万向节内部各零件的轴向移动会使得万向节的圆周间隙较万向节内部各零件处于理想位置时小,因此比未发生轴向移动时更有利于减小汽车行驶过程中的振动和噪声。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第9-19页
    1.1 课题的来源和意义第9-10页
    1.2 球式万向节简介第10-14页
        1.2.1 球笼式万向节结构第10页
        1.2.2 球笼式万向节沟道形状第10-12页
        1.2.3 球笼式万向节球的控制第12-14页
    1.3 球式万向节技术发展概述第14-16页
    1.4 球笼式等速节轴向间隙与圆周间隙的研究现状第16-18页
    1.5 本文的主要研究内容第18-19页
第二章 球笼式万向节等速理论第19-30页
    2.1 万向节等速性分析与讨论第19-24页
        2.1.1 数学模型第19-20页
        2.1.2 坐标变换第20页
        2.1.3 万向节等速的充要条件第20-24页
    2.2 球笼式万向节等速性证明第24-25页
    2.3 直线滚道的有效几何外形第25-27页
    2.4 圆弧滚道的有效几何外形第27-29页
    2.5 本章小结第29-30页
第三章 球笼式等速节轴向间隙形成的圆周间隙分析第30-46页
    3.1 空间坐标系的建立第30-31页
    3.2 球笼式等速节轴向间隙形成的圆周间隙的计算第31-41页
        3.2.1 α时圆周间隙的产生第31-32页
        3.2.2 α时圆周间隙的产生第32-35页
        3.2.3 圆周间隙的计算第35-41页
    3.3 球笼式等速节轴向间隙形成的圆周间隙的分析与讨论第41-45页
        3.3.1 单个钢球圆周间隙随轴向间隙的变化规律第41-43页
        3.3.2 减小由轴向间隙形成的圆周间隙的有效措施第43-44页
        3.3.3 实际圆周间隙随轴向间隙的变化规律第44-45页
    3.4 本章小结第45-46页
第四章 球笼式等速节轴向间隙与圆周间隙相互影响分析第46-67页
    4.1 钢球与沟道间隙形成的圆周间隙分析第46-49页
        4.1.1 运动几何模型及空间坐标系第46-47页
        4.1.2 减小由钢球与沟道间隙形成的圆周间隙的有效措施第47-49页
    4.2 轴向间隙与圆周间隙的计算第49-57页
        4.2.1 轴向间隙与圆周间隙的计算模型的建立第49-51页
        4.2.2 星形套与保持架间轴向间隙的计算第51-53页
        4.2.3 钟形壳与保持架间轴向间隙的计算第53-57页
    4.3 轴向间隙与圆周间隙的分析和讨论第57-62页
        4.3.1 钢球与沟道间隙对轴向间隙影响分析第57-59页
        4.3.2 轴向间隙对圆周间隙影响分析第59-61页
        4.3.3 减小轴向间隙与圆周间隙的有效措施第61-62页
    4.4 试验验证第62-65页
        4.4.1 试验台结构分析第62-64页
        4.4.2 试验项目与测试原理第64页
        4.4.3 试验结果分析第64-65页
    4.5 本章小结第65-67页
第五章 总结与展望第67-69页
    5.1 总结第67-68页
    5.2 展望第68-69页
参考文献第69-72页
致谢第72-73页
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文第73-75页
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