球笼相关技术课件.ppt
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1、芜湖三行汽配,球笼常识交流CONSTANT VELOCITY JOINTS (CVJ),主要内容,等速万向节基础知识介绍(概念、原理 、分类、特点 )等速万向节材料万向节生产工艺流程质量检验及人本球笼的特点 等速万向节的应用,万向传动装置的组成与功用,功用 由于总体布置上的需要,在工程机械和汽车的传动装置中都装有万向传动装置。其功用主要适用于两轴不同心或有一定夹角的轴间,以及工作中相对位置不断变化的两轴间传递动力。组成 万向传动装置一般由万向节和传动轴组成。,万向节分类,万向节,不等速,等速,准等速,球叉式,球笼式,固定式,伸缩式,双联式,十字轴,十字轴万向节,球叉式万向节,球笼式等速万向节概
2、念,等速万向节把两个轴线不重合的轴连接起来,并使两轴以相同的角速度传递运动的机构。汽车工业的发展及用户对汽车使用、转向的更高追求,使前轮必须具有转向和驱动两种功能,作为转向轮,要求车轮能在一定的转角范围内任意偏转某一角度;作为驱动轮,则要求半轴在车轮偏转过程中以相同的角速度不断地把动力从主减速器传到车轮。在这样两个轴线不重合,且位置还经常变化的两轴间传递动力的机构就是等速万向节。,半轴,连轴节,纵向传动轴,等速万向节应用,等速万向节原理,外沟道的中心A与内沟道的中心B分别位于万向节中心O的两边,且与O等距。钢球中心C 到A,B两点的距离也相等。保持架(球笼)的内外球面,内沟道的内球面和外沟道的
3、外球面均以万向节中心O为球心。故当两轴交角变化时,保持器可沿内外沟道滑动,以保持钢球在一定位置。由下图可见,由于OA=OB,CA=CB,CO是公共边,则两个三角形COA与三角形COB全等。故COA等于COB,即两轴相交任意交角时,传力的钢球C都位于交角等分面上。此时钢球到主动轴和从动轴的距离 a和b相等,从而保证了从动轴与主动轴以相等的角速度旋转。,等速万向节原理,1-主动轴 2-保持架(球笼)3-钢球 4-星形套(内滚道)5-球形壳(外滚道)O:万向节中心A:外滚道中心B:内滚道中心C:钢球中心a:两轴夹角(指钝角),偏心距作用,1、如果偏心距实际加工时误差较大,导致两边不相等时,会使得万向
4、节发卡,转不动,即使在外界很大作用力下能够转动,寿命也会大大降低。因为 钢球要定位在角平分面上,保持架就要对钢球施加一个很大的力,这样当汽车启动或者变速以及急停时,都会是保持架上的力变得更大,很容易使保持架磨损,甚至破裂。2、如果没有偏心距,轨道做到理想状态,并假定摩擦力等于0,那么在万向节工作的时候,钢球能够在保持架的控制下在轨道中运动,但是位置不固定。实际中,因为有摩擦力的作用,所以要实现钢球在轨道中转动,就要采取偏心的方式,使扭矩在轨道方向上有一个分力,使它能够克服摩擦力的作用,在轨道中进行滚动,通过良好润滑条件下钢球的静摩擦系数取0.100.12,摩擦角543650,所以开口角不能小于
5、1114,但是也不能取值太大,若取值过大,一是导致偏心距过大,万向节2对球面间工作面变小,承载能力降低;二是使扭矩在轨道方向上的分力过大,导致保持架受力变大,加速它的磨损,寿命降低。所以我们设计时常取开口角1518,开口角确定后我们便可通过钢球分布圆半径求出偏心距的大小。,等速万向节分类,中心固定型等速万向节(BJ型),结构:BJ型中心固定型等速万向节由星形套、外套、保持架和钢球组成。特点:由于外套内球面和保持架外球面以及保持架内球面和星形套外球面这两个球面运动副共同控制使等速万向节没有轴向运动,因此称为中心固定型等速万向节,产品极限轴间角大约为45且可以在两轴夹角高达42度情况下可靠的传递力
6、矩。在工作时,无论传动方向如何,6个钢球全部参加传递力矩,因此它的传递能力强,使用寿命长。,BJ型和RF型,向心球 推力球 向心滚子 推力滚子,结构:DOJ球笼等速万向节由星形套、外套、保持架和钢球组成,星形套、外套沟道按轴线方向排列,由保持架控制钢球运动。保持架内、外球面中心相对窗口中心呈对称分布,以此来实现轴间角的运动特点:此具有滑移阻力小,可轴向移动,滑移量大而极限轴间角(18)较小等特点,可轴向移动的球笼等速万向节(DOJ型),交叉滚道球笼等速万向节(LJ型或VL型),结构:VL交叉滚道球笼等速万向节由星形套、外套、保持架以及钢球组成。其内、外滚道为圆筒形,只是圆筒中心线(滚道中心线)
7、不与轴线平行,而是以相同的角度相对于轴线倾斜着,而且同一零件上相邻的两条滚道的斜方向相反,即成“V”形。装合后,同一周向位置处内、外滚道的倾斜方向正好相反,即对称交叉,而钢球则处于内、外滚道的交叉部位,球笼式等角速万向节实现等角速传递动力的原理,VL型球笼万向节和RF型球笼万向节基本相同 。特点:与其它形式的万向节在补偿传动轴轴向尺寸变化所采用的滑动花键结构相比,不仅摩擦损失小,传动效力高,而且工作更可靠,使用寿命长,三球销式万向节(TJ型GI型),结构:发明于1983年,主要用于四驱车的内球笼,适用于扭转角度不大的内球笼的位置,结构紧凑,三球销式万向节由外套、三销架、球环及滚针组成,滚针决定
8、了万向节的承载转矩,最大接触应力出现在滚针和三柱轴的接触点上。特点:具有较大轴向滑移量和较小的滑移阻力 ,传输能力强,散热快,加工工艺简单,以及安装简单,工作可靠等优点,特别是在采用轻量化设计,以及在布置上比较困难的中小排量轿车上的应用较多。,球笼组成结构,前轮驱动等速传动轴总成,BJ+DOJ或RF+DOJ结构简图,前轮驱动等速传动轴总成,BJ+VL或RF+VL结构简图,BJ+TJ或RF+TJ结构简图,后轮驱动等速传动轴总成,BJ+DOJ或RF+DOJ结构简图,BJ+TJ或RF+TJ结构简图,VL+VL结构简图,万向节材料,1、钟形壳-55#钢或CF532、星形套-20CrMnTi3、保持器-
9、20CrMnTi4、防尘罩-氯丁橡胶、热塑性聚酯弹性体TPEE5、卡 箍-不锈钢1Cr18Ni9Ti或镀锌板6、半 轴-40Cr,钟形壳生产流程,钟形壳磨加工,花键机床,钟形壳内球面、沟道磨床,星形套生产流程,星形套磨加工,星形套外球面磨床,星形套沟道磨床,保持器生产流程,保持器磨加工,保持器外球面磨床,保持器内球面磨床,保持器窗孔磨床,半轴较直机,热处理设备,装配线,视频,质量检验,1、尺寸几何精度 六等分精度 滚道尺寸 偏心距 间隙控制 花键控制 保持器窗孔尺寸控制 灵活性、顺畅度(对称方向和圆周方向)2、材料、热处理质量3、质量稳定性4、静扭、动态性能实验,等速传动轴主要零件材料及技术要
10、求,检验设备,马尔测长机,Hobson圆度仪,Hobson表面粗糙度轮廓仪,蔡司材料显微镜,Hexagon三坐标,性能实验设备,疲劳寿命试验机,AUTOMAX 耐久试验机,综合性能试验台,球笼特点,钟形壳:采用CF53球笼专用钢或55#钢。锻造后+正火处理,钢性好、强度高、耐磨。采用双弧面四点接触式结构,属于目前外球笼最理想的沟道结构。,球笼特点,滚道形式,球笼特点,A、承载能力:承载能力大大提高,同等备件下球笼使用寿命大大延长。B、润滑充分:钢球与钟形壳沟道底部形成一个小油沟可以储存润滑脂,可以使球笼工作过程中润滑程度有很大的提高。C、花键+螺纹:花键与螺纹采用一次性加工,减少了定位误差,质
11、量保证能力强,通止规检测。D、旋转顺畅:07年04月工艺改进后,现在我公司球笼旋转顺畅度得到比较大的提高,用手指搬星形套可自由旋转,目前国内能达到这种制造水平的厂家除原厂件外,很少有厂家能达到这个水平,一般都是要借助轴杆(力矩)才能搬动。 如果球笼搬动时灵活性很死,安装后一个月内对助力泵、拉杆球笼及方向机磨损非常大,使这些部件使用寿命大大降低,维护费用更高。,球笼特点,内轮、保持架:采用20CrMnTi(齿轮钢)+渗碳(渗碳层控制在0.6mm。 20CrMnTi与20Cr相比具有淬透性和渗透性强等优点,同等条件渗碳后表面含碳量明显高于20Cr,渗碳后钢材晶粒细化、均匀,具有较好的表面抗拉和弯曲
12、疲劳强度,心部有足够的强度和韧性,提高了耐磨性,硬度梯度平缓 。如修高速公路,路基的致密度和厚度直接决定了路面的可承载能力和使用寿命。目前国内除原厂件外很少有厂家采用这种材料。1、两者价格相差;2、后续工艺处理也不一样,相对20Cr该材料加工流程要复杂的多。,球笼特点,内球笼: 20CrMnTi(与原厂件一致)+温锻+冷锻+渗碳+淬回火,毛坯经冷锻加工再进行渗碳,很好解决了内球笼毛坯成型时经常出现的脱碳现象,再加上外表的防腐处理使得我们的产品更加耐磨、持久 长柄内球笼:工艺复杂,制程较长,目前一般采用长柄与钟形壳分别锻造,采用摩擦焊接将两者连接,并经校正和扭力测试。市面上球笼两者连接处多采用花
13、键连接+点焊,内球笼标准配置:长柄外壳、过桥轴承、轴承挡圈、三星轴承、防尘罩、油管、弹簧、弹簧帽、大小卡箍、两眼扣环。,球笼特点,油脂:二硫化钼锂基脂,二硫化钼具有良好的润滑性能和优异的耐磨性能,加有MoS2的锂基脂型对于直接冲压成型、不经研磨深加工的金属件有很好的跑合作用;高低温在-30120 可正常工作。油管采用复合管+进口组隔层,无论温度高低不会产生油脂外渗现象,可延长油脂存放时间。市面上便宜的球笼油脂多采用一般性锂基脂+石墨。,我公司球笼油管根据球笼规格大小选用不同重量的配置,球笼特点,防尘套:采用进口氯丁橡胶(聚氯丁二烯)+丁睛橡胶,具有良好的耐油和化学品性能、耐燃、抗臭氧、耐候性(
14、-40 120 )、高拉伸强度等性能。防尘套橡胶组成:胶料(氯丁+丁青)+炭黑+操作油+碳酸钙+石蜡a、炭黑:碳元素形成的胶态物质,起补强作用,一般添加2%4%的炭黑即会使橡胶呈黑色,通常大量增加炭黑用量是为了补强胶料而不是加深其颜色。 不含炭黑的胶料,被摩擦时很容易磨损,如铅笔头上的粉红色橡皮,但纯炭黑也完全没有耐磨性能。胶料中加入炭黑的另一个作用为降低成本。b、操作油:ASTM (是美国材料与实验协会的英文缩写)规定的标准橡胶试验用油,常用的是 14号油。 炭黑和操作油对黏度、硬度、伸长率等性能的影响是相反的,如炭黑填充量增大会使胶料的硬度增加,而操作油用量增加则会导致胶料的硬度降低。,硫
15、化试片,制成品试片,球笼特点,c、碳酸钙(CaCO3):也称石灰石、大理石,通常将其加入胶料中以降低成本,增加产品硬度和不透明性。d、石蜡:加入石蜡是为了提高抗臭氧性,非常低的臭氧浓度(1mL/L)就会导致臭氧裂纹,一般乡村的大气中臭氧含量在110mL/L,而城市含量高得多。,钢球:采用轴承钢(GCr15)内球笼螺栓:35CrMo或40Cr+热锻+淬回火,性能等级为12.9级,硬度值HV385435(HRC3944)与原厂件同标准,扭断强度高,可很好的解决目前市场上球笼因断钉、滑丝引起的质量问题。,TPEE防尘罩特点,1、优点:一种高性能工程级弹性体,它兼具橡胶的柔软性、弹性和热塑性塑料的刚性
16、、易加工性。TPEE 具有机械强度高,弹性好,抗冲击、耐蠕变,耐寒、耐弯曲疲劳性、耐油、耐化学药品和溶剂侵蚀性能优良,使用温度范围宽( - 70200 ) ,同其它热塑性弹性体相比,耐热性能最高。可采用注塑、挤出、吹塑以及旋转模塑工艺成型加工。2、缺点是较一般橡胶的硬度高,手感差,耐热水及强酸性较差,(1) 突出的物理、化学性能:拥有惊人的回弹力,出众的韧性及强度。对蠕变、冲击和挠曲疲劳具极高抗力。在埃佐( Izod ) 缺口冲击强度试验中(ASTM 标准D256) , - 40 以及23 的情况下保持不破;低温下3 万次的弯折试验不断;塑料中拥有最类似弹簧的特性。同时,聚酯弹性体可抵抗非极性
17、溶剂(油、燃油、液压油) , 室温下的极性溶剂(乙二醇、高分子量乙醇、弱酸和弱碱) 。(2) 宽泛的适用温度范围: 低温- 40 的环境下,仍然能保持优异的弹性;高温150 时,也能保持极好的机械性能,这在弹性体材料中非常少见。(3) 优异的加工性能:适用于通用的注塑、吹塑或旋转技术成型,也可用于挤出型材、板材、吹塑或流延薄膜、料片、线材和线缆套。,万向节应用,广泛应用于汽车、拖拉机、重型机械、经纺机械、 机床等等,球笼安装部位,球笼安装部位,转弯发响或起步颤动,故障现象 汽车在行驶过程中,传动轴产生振动并传递给车身,从而引起车身振动和噪声。其振动一般与车速成正比例关系。 1、转弯时出现喀嗒噪
18、声或颤动通常是由于外侧等速万向节磨损或损坏所致。检查主动轴外观时,查看外侧等速万向节护套是否损坏。如果护套损坏,污染物如灰尘和油泥会损坏润滑并导致万向节早期损坏,等速万向节将不能平稳操作,造成振动。 2、起步颤动是指车辆从静止逐渐加速时,在转向盘或车辆前部感到的抖动现象。车辆加速时,起步颤动还表现为车辆前后摇晃。 前驱车辆导致起步颤动的条件是内三柱槽式万向节磨损或损坏、联轴节内角过大和发动机/变速器安装座有故障。联轴节角度过大往往是由于前翘头或弹簧高度调整过高所致。,转弯发响或起步颤动,3、动力系安装座损坏或调整不当也会产生联轴节角度过大而引起起步颤动。在快速加速时,前悬架的高度因车辆动力系转
19、矩过大而升高,联轴节磨损过大或加速时的内三柱槽式万向节角度增加并导致起步颤动。如以上问题已经排除仍然存在转弯发响或起步颤动,请对以下部件进行检查: 与球笼内花键配合打滑; 传动轴产生弯曲或扭转变形; 连接部件松动或橡胶平衡块偏位; 变速器输出轴花键齿磨损严重; 方向机内部磨损严重,间隙过大; 助力泵损坏 转向球头或悬臂球笼损坏 三角臂衬套磨损严重 传动轴连接部位松动,球笼发响,球笼发响(1)偏心距相差大 球笼的设计原理是钟形壳和星形套的偏心距相等,以实现万向节的等速运动和传力,当实际钟形壳与星形套偏心距不等时,致使有一部分扭矩作用于保持架的一侧,就会造成保持器的早期压伤,间隙变大,拐弯时出现异
20、音,当偏心距差值一定大时,路况恶劣,轿车高速运行时,保持架会出现破碎,引起失效。(2)保持器窗孔尺寸偏大或偏小保持器窗孔偏大了钢球在保持器内松框,偏小了钢球卡在保持器内,转动不灵活,温度上升,磨损加速。(3)钟型壳与保持器球面、保持器与星形套球面之间的间隙过大,轴向窜动量过大,内部零件之间发生干涉时,球笼的内部零件会产生冲击、噪声。加上其他驱动系的影响产生振动产生共振现,出现发响。,球笼发响,花键配合 A、花键配合间隙过大,在转弯时花键之间出现碰撞、干涉引起发响, B、花键太紧在维修市场会出现安装困难或无法装机, 花键配合应采用过盈配合,基于维修市场的安装水平和工装夹具限制,为便于维修工拆装,
21、流到维修市场的花键参数一般比主机厂加大1020丝,过盈量太大安装时施加太大的轴向力,致使球笼安装后内部已经损伤,使用一段时间后出现发响。防尘罩失效:导致泥沙、灰尘、水等杂物进入球笼内部引起发响 原因分析:A、防尘罩质量不合格,出现早期老化开裂。B、防尘罩未扣紧,致使防尘罩脱落,卡箍未卡紧防尘罩密封效果不好, 出现防尘罩与球笼打滑现象;C、异物划破;D、更换新球笼时未更换防尘罩;E、防罩不匹配。,卡箍难装,卡箍不容易安装 不锈钢卡箍由于壁较厚,强度较大,在装小端卡箍时弯成小圆很难,造成装配困难,客户不愿使用。另外拉紧式卡箍(又称万能卡箍),由于受维修厂装配工具的影响,拉紧后折弯容易出现反弹,产生
22、装不紧现象。,保持器破裂,保持架碎裂: A、铁饼式内球笼出现保持架碎裂,多为星形套与外轮装反所致。 B、外球笼出现保持架断裂一般比较复杂,情况按以下来分: 心距严重超差所致; 保持架在制造过程存在潜裂纹; 保持架材料不合格,a、渗碳层太深心部硬度太高;b、金相组织粗大;c、夹杂物超标;d、材料钢号选错 、灰尘、水等杂物进入球笼内引起转弯阻力增大出现保持架碎裂或生锈使转弯阻力增大所致; 、安装过程中异常外力所致;,方向跑偏,ABS感应器坏:更换球笼出现ABS感应灯亮或出现ABS传感器被磨坏。方向跑偏:更换球笼后出现方向跑偏,球笼单点卡滞,灵活性卡滞引起转弯组力太大,做四轮定位(四轮定位知识)、检
23、查方向机、助力泵及整个转向系统、车胎磨损情况、车胎气压等其他原因,车轮外倾角,前轮前束角,质量问题,花键脱落:球笼安装时花键未安装到位或卡簧失去弹性,出现车辆行驶过程中花键脱落或芯轴磨损致使产品失效。球笼装机后试车发响:球笼顺畅度不好或间隙过大,其它和转向相关的部件引起。球笼材质:硬度太低、渗碳层太浅、金相不合格(晶粒粗大)等引起球笼不耐磨,出现早期失效。拆下的球笼用手拉星形套感觉有较大的轴向窜动量,将球笼星形套搬起,取一料钢球看保持架窗孔和星形套滚道有很深的凹坑。如下图球笼过质保期,使用后刻字。螺栓、螺母滑丝或断裂:材料不合格,尺寸不符合,异常力损坏。,螺纹滑丝,杆端变形,螺栓,螺栓变形,铁
24、饼球笼装反卡死,质量图片,铁饼式球笼安装示意图,非我公司产品,防尘罩未卡紧,防尘罩安装不规范,捆不紧出现漏油,未装机退货,杆部断裂,防尘罩破裂,质量图片,敲击损坏,质量图片,原因分析: 防尘罩破损、防尘罩未装紧、防尘罩与球笼不匹配,泥沙和水等异物进入腔体内,致使钢球笼、钟形壳滚道及星形套滚道表面出现梨皮状小坑和生锈现象。,预防措施:1、使用质量好或相匹的防尘罩2、加强操作人员培训,提高安装技能和操作水平;,油脂混用,轴承打滑,防尘罩磨损,适用车型表,等速万向节总成拆装,一、概述 动力从差速器传到两个前轮,是通过两个半轴。两个半轴的每一端都安装了球笼式等速万向节。外万向节用花键分别与驱动轴和轮毂
25、相连,内万向节则用花键与驱动轴相连,而用螺钉固定在差速器的驱动突缘上或者用带卡簧的花键直接插入差速器。 半轴万向节磨损后,在转动中会振动,转向时会发出“咯嘣”异响。万向节磨损是不可避免的,若能对破损了防尘胶套的万向节及时更换和加注润滑脂,则会延长万向节的使用寿命。一般右半轴万向节磨损大于左半轴,这是因为右半轴比左半轴长且粗,因此它的转动惯量大磨损就快。另外右半轴万向节离排气管的距离也近,万向节的润滑脂容易被烤干。而自动变速器车的半轴寿命又比手动变速器半轴寿命短,这是因为自动变速器半轴传动扭矩的作用比手动变速器长。,等速万向节总成拆装,二、保养与检验1.顶起汽车的前部,并牢固支承在车轴支架上。2
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