一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计制造技术

本发明专利技术是一种万向节，特别涉及一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计。按以下步骤进行：结构分析→轴头设计→球笼设计→外星轮的设计→螺栓设计→内星轮的设计→等速万向节小装配及检测→总装配。一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计结构紧凑，设备布局合理，操作效率高，适应性强，进一步提升使用寿命。

Structure design of a large angle universal joint for steering control mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计
本专利技术是一种万向节，特别涉及一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计。
技术介绍
目前就国内生产的汽车而言，汽车转向操纵机构普遍采用双十字轴万向节转向操纵机构。在双十字轴万向节转向操纵机构中，要求转向传动的输入端与输出端尽量实现等角速度传动，这样才能将驾驶员对方向盘的操纵准确、及时、平稳地传递到转向轮上，从而使汽车按照驾驶员的操纵意图有效地实现转向动作。相反，如果转向操纵机构的传动不等速，则会产生转向响应不及时、转向力波动等不良后果，从而造成驾驶员操纵手感不平稳，甚至不能有效地实现汽车的转向，引发安全事故。关于双十字轴万向节转向操纵机构的等角速度传动，公知地需要同时满足两个条件：其一，第一万向节两轴之间的夹角(即转向管柱的轴线和转向传动轴的轴线之间的夹角)与第二万向节两轴间的夹角(即转向传动轴的轴线和转向器输入轴的轴线之间的夹角)相等；其二，第一万向节从动叉与第二万向节主动叉处于同一个平面内(即第一万向节的从动叉十字轴轴线平行于第二万向节的主动叉十字轴轴线)。在现有的汽车开发设计中，设计人员一般尽量按照上述两个条件来设计汽车转向传动机构。但是，上述两个条件在汽车转向操纵机构的实际设计中常常不能得到满足，其原因在于，对于特定的车型而言，转向管柱、转向传动轴以及转向器输入轴的布置位置受到整车布置空间、尤其是底盘布置结构的限制，这常常使得转向管柱的轴线和转向传动轴的轴线之间的夹角不能布置为与转向传动轴的轴线和转向器输入轴的轴线之间的夹角相等，在此情形下，即使通过万向节的布置而使得第一万向节从动叉与第二万向节主动叉处于同一个平面内(即满足上述第二个条件)，转向操纵机构也会因为不满足上述第一个条件而表现出明显的转向传动的不等速性，从而造成转向响应不及时、转向力波动等不良后果，甚至引发安全事故。此时，如果要满足上述第一个条件，则需要更改转向器的安装位置，甚至需要重新设计转向器，以改变转向器输入轴的安装角度，这轻则会引起转向梯形等转向特性的变化而影响汽车操纵的稳定性，重则可能会导致底盘布置结构变化而使得既定的车型无法实现，并因此需要进行整车的重新设计，从而导致开发成本和时间的巨大浪费。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术中存在的不足，结构紧凑，进一步提升产品性能的一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计，按以下步骤进行：(一)、结构分析：包括轴头和外星轮，所述的轴头的一端伸入至外星轮中，所述的轴头端部套有内星轮，所述的内星轮与外星轮间设有球笼，所述的球笼中设有均匀分布的钢球，所述的轴头端部的底部设有与内星轮相挡接的螺栓，所述的轴头端部中设有与内星轮呈卡接定位的圆形卡簧，所述的外星轮的外壁与轴头的另一端部间设有防尘罩，所述的防尘罩的外壁设有与外星轮相紧固的卡箍，所述的外星轮的端部中设有端盖；(二)、轴头设计：外花键采用GB/T3478圆柱直齿渐开线花键，头部中芯设计M10螺纹孔，与内星轮通过螺栓锁紧连接，消除花键配合导致的圆周间隙和轴向间隙；外花键部位加工出卡簧槽，用于安装圆形卡簧，确保螺栓松动或脱落失效时轴头不会从内星轮中脱出，转向操纵机构仍然可以有效可靠工作；(三)、球笼设计：内、外球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与外星轮的内球面和内星轮的外球面配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；窗孔宽采用钢球手压轻轻按入和掉钢球的过渡配合，窗孔的边缘进行仔细的研磨去除尖角毛刺，确保摆动时不致于破坏外星轮和内星轮零件表面的润滑脂油膜；球笼能够保持6颗钢球在外星轮和内星轮的球道内，并控制6颗钢球跟随固定端万向节的摆动始终保持在外星轮和内星轮球道中心的对称平面；(四)、外星轮的设计：球道采用“角接触球形子午线”结构设计，生成半径偏移量与万向节回转中心对称，压力角α=42±3°，椭圆形断面的相似度ψ=1.02～1.06，它们的运行轨道平行于主动元件和从动元件的轴线，钢球在球道中的滚动比例得到提高，降低发热和磨损，提高耐久性；柄部采用大于螺栓法兰盘直径的通孔设计，方便螺栓装入和旋紧；内球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与球笼外球面的配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；球道PCD直径采用分档后与内星轮对应档位配合装配，确保总成圆周间隙≤15'；(五)、螺栓设计：采用符合GB/T3098紧固件机械性能10.9级的高强度法兰盘螺栓，并且法兰盘端面有止动槽；(六)、内星轮的设计：球道采用“角接触球形子午线”结构设计，生成半径偏移量与万向节回转中心对称，压力角α=42±3°，椭圆形断面的相似度ψ=1.02～1.06，它们的运行轨道平行于主动元件和从动元件的轴线，钢球在球道中的滚动比例得到提高，降低发热和磨损，提高耐久性；外球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与球笼外球面的配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；球道PCD直径采用分档后与外星轮对应档位配合装配，确保总成圆周间隙≤15'；(七)、等速万向节小装配及检测：小装配：首先，把内星轮与球笼成90°装入球笼窗口中，然后将内星轮顺时针方向旋转90°使内星轮与球笼平齐并且内星轮球道与球笼窗口对齐；将外星轮内腔朝向夹持在工作台上，然后将上一步完成的内星轮与球笼组合体与外星轮成90°装入外星轮中，顺时针方向旋转90°，确保内星轮球道、球笼窗口、外星轮球道对齐；最后，在内星轮内花键孔中插入摇摆芯棒向上摆到最大角度装入第1颗钢球后回正摇摆芯棒并向左下角摆到最大角度装入第2颗钢球后回正摇棒并向右下角摆到最大角度装入第3颗钢球，最后依次向下、向左上角、右上角将摇摆芯棒摆至最大摆角完成剩余3颗钢球的装配，确保每个固定端万向节内均有6颗钢球；检测：①将装好的等速万向节放置到工装上，按下启动按钮，万向节外圈抱死机构抱死外星轮外圈，万向节内圈抱死机构往下运动，插入内星轮内花键孔中，胀套机构撑开抱死内星轮内花键；②伺服电机旋转，通过扭矩传感器对旋转过程中扭矩值进行监测，由编码器测得扭转圆周间隙值，要求伺服电机加载±3N.M，所测得间隙值≤15’时，判定合格反之判定不合格，判定不合格时自动启动声光报警提示；③圆周间隙检测完成，万向节抱死机构向上退出，万向节偏摆机构向右移动到万向节上方，摆杆插入内星轮内花键孔中，伺服电机动作，将万向节摆动一个角度；④伺服电机带动万向节旋转1-2圈，扭矩传感器检测转动过程中扭矩最大值，所测得最大值≤2N.m时，判定合格，反之判定不合格，判定不合格时自动启动声光报警提示；（八）、总装配：领料：对照总成BOM表确认附件型号准确；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计，其特征在于按以下步骤进行：/n(一)、结构分析：/n包括轴头（1）和外星轮（5），所述的轴头（1）的一端伸入至外星轮（5）中，所述的轴头（1）端部套有内星轮（8），所述的内星轮（8）与外星轮（5）间设有球笼（2），所述的球笼（2）中设有均匀分布的钢球（3），所述的轴头（1）端部的底部设有与内星轮（8）相挡接的螺栓（6），所述的轴头（1）端部中设有与内星轮（8）呈卡接定位的圆形卡簧（9），所述的外星轮（5）的外壁与轴头（1）的另一端部间设有防尘罩（7），所述的防尘罩（7）的外壁设有与外星轮（5）相紧固的卡箍（4），所述的外星轮（5）的端部中设有端盖（10）；/n(二)、轴头设计：/n外花键采用GB/T 3478圆柱直齿渐开线花键，头部中芯设计M10螺纹孔，与内星轮通过螺栓锁紧连接，消除花键配合导致的圆周间隙和轴向间隙；/n外花键部位加工出卡簧槽，用于安装圆形卡簧，确保螺栓松动或脱落失效时轴头不会从内星轮中脱出，转向操纵机构仍然可以有效可靠工作；/n(三)、球笼设计：/n内、外球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与外星轮的内球面和内星轮的外球面配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；/n窗孔宽采用钢球手压轻轻按入和掉钢球的过渡配合，窗孔的边缘进行仔细的研磨去除尖角毛刺，确保摆动时不致于破坏外星轮和内星轮零件表面的润滑脂油膜；/n球笼能够保持6颗钢球在外星轮和内星轮的球道内，并控制6颗钢球跟随固定端万向节的摆动始终保持在外星轮和内星轮球道中心的对称平面；/n(四)、外星轮的设计：/n球道采用“角接触球形子午线”结构设计，生成半径偏移量与万向节回转中心对称，压力角α=42±3°，椭圆形断面的相似度ψ=1.02～1.06，它们的运行轨道平行于主动元件和从动元件的轴线，钢球在球道中的滚动比例得到提高，降低发热和磨损，提高耐久性；/n柄部采用大于螺栓法兰盘直径的通孔设计，方便螺栓装入和旋紧；/n内球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与球笼外球面的配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；/n球道PCD直径采用分档后与内星轮对应档位配合装配，确保总成圆周间隙≤15'；/n(五)、螺栓设计：/n采用符合GB/T 3098紧固件机械性能 10.9级的高强度法兰盘螺栓，并且法兰盘端面有止动槽；/n(六)、内星轮的设计：/n球道采用“角接触球形子午线”结构设计，生成半径偏移量与万向节回转中心对称，压力角α=42±3°，椭圆形断面的相似度ψ=1.02～1.06，它们的运行轨道平行于主动元件和从动元件的轴线，钢球在球道中的滚动比例得到提高，降低发热和磨损，提高耐久性；/n外球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与球笼外球面的配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；/n球道PCD直径采用分档后与外星轮对应档位配合装配，确保总成圆周间隙≤15'；/n(七)、等速万向节小装配及检测：/n小装配：/n首先，把内星轮与球笼成90°装入球笼窗口中，然后将内星轮顺时针方向旋转90°使内星轮与球笼平齐并且内星轮球道与球笼窗口对齐；/n将外星轮内腔朝向夹持在工作台上，然后将上一步完成的内星轮与球笼组合体与外星轮成90°装入外星轮中，顺时针方向旋转90°，确保内星轮球道、球笼窗口、外星轮球道对齐；/n最后，在内星轮内花键孔中插入摇摆芯棒向上摆到最大角度装入第1颗钢球后回正摇摆芯棒并向左下角摆到最大角度装入第2颗钢球后回正摇棒并向右下角摆到最大角度装入第3颗钢球，最后依次向下、向左上角、右上角将摇摆芯棒摆至最大摆角完成剩余3颗钢球的装配，确保每个固定端万向节内均有6颗钢球；/n检测：/n①将装好的等速万向节放置到工装上，按下启动按钮，万向节外圈抱死机构抱死外星轮外圈，万向节内圈抱死机构往下运动，插入内星轮内花键孔中，胀套机构撑开抱死内星轮内花键；/n②伺服电机旋转，通过扭矩传感器对旋转过程中扭矩值进行监测，由编码器测得扭转圆周间隙值，要求伺服电机加载±3N.M，所测得间隙值≤15’时，判定合格反之判定不合格，判定不合格时自动启动声光报警提示；/n③圆周间隙检测完成，万向节抱死机构向上退出，万向节偏摆机构向右移动到万向节上方，摆杆插入内星轮内花键孔中，伺服电机动作，将万向节摆动一个角度；/n④伺服电机带动万向节旋转1-2圈，扭矩传感器检测转动过程中扭矩最大值，所测得最大值≤2N.m时，判定合格，反之判定不合格，判定不合格时自动启动声光报警提示；/n（八）、总装配：/n领料：对照总成BOM表确认附件型号准确；清点数量准确；确认零件、附件是否有批量明显缺陷；/n卡箍激光打标：“班次...

【技术特征摘要】
1.一种转向操纵机构用大角度万向节的结构设计，其特征在于按以下步骤进行：
(一)、结构分析：
包括轴头（1）和外星轮（5），所述的轴头（1）的一端伸入至外星轮（5）中，所述的轴头（1）端部套有内星轮（8），所述的内星轮（8）与外星轮（5）间设有球笼（2），所述的球笼（2）中设有均匀分布的钢球（3），所述的轴头（1）端部的底部设有与内星轮（8）相挡接的螺栓（6），所述的轴头（1）端部中设有与内星轮（8）呈卡接定位的圆形卡簧（9），所述的外星轮（5）的外壁与轴头（1）的另一端部间设有防尘罩（7），所述的防尘罩（7）的外壁设有与外星轮（5）相紧固的卡箍（4），所述的外星轮（5）的端部中设有端盖（10）；
(二)、轴头设计：
外花键采用GB/T3478圆柱直齿渐开线花键，头部中芯设计M10螺纹孔，与内星轮通过螺栓锁紧连接，消除花键配合导致的圆周间隙和轴向间隙；
外花键部位加工出卡簧槽，用于安装圆形卡簧，确保螺栓松动或脱落失效时轴头不会从内星轮中脱出，转向操纵机构仍然可以有效可靠工作；
(三)、球笼设计：
内、外球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与外星轮的内球面和内星轮的外球面配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；
窗孔宽采用钢球手压轻轻按入和掉钢球的过渡配合，窗孔的边缘进行仔细的研磨去除尖角毛刺，确保摆动时不致于破坏外星轮和内星轮零件表面的润滑脂油膜；
球笼能够保持6颗钢球在外星轮和内星轮的球道内，并控制6颗钢球跟随固定端万向节的摆动始终保持在外星轮和内星轮球道中心的对称平面；
(四)、外星轮的设计：
球道采用“角接触球形子午线”结构设计，生成半径偏移量与万向节回转中心对称，压力角α=42±3°，椭圆形断面的相似度ψ=1.02～1.06，它们的运行轨道平行于主动元件和从动元件的轴线，钢球在球道中的滚动比例得到提高，降低发热和磨损，提高耐久性；
柄部采用大于螺栓法兰盘直径的通孔设计，方便螺栓装入和旋紧；
内球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与球笼外球面的配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；
球道PCD直径采用分档后与内星轮对应档位配合装配，确保总成圆周间隙≤15'；
(五)、螺栓设计：
采用符合GB/T3098紧固件机械性能10.9级的高强度法兰盘螺栓，并且法兰盘端面有止动槽；
(六)、内星轮的设计：
球道采用“角接触球形子午线”结构设计，生成半径偏移量与万向节回转中心对称，压力角α=42±3°，椭圆形断面的相似度ψ=1.02～1.06，它们的运行轨道平行于主动元件和从动元件的轴线，钢球在球道中的滚动比例得到提高，降低发热和磨损，提高耐久性；
外球面直径在中心16°以外两端采用0～-0.014mm的曲率设计，减小与球笼外球面的配合间隙，降低轴向配合间隙，提高球笼对6颗钢球的运动轨迹控制；
球道PCD直径采用分档后与外星轮对应档位配合装配，确保总成圆周间隙≤15'；
(七)、等速万向节小装配及检测：
小装配：
首先，把内星轮与球笼成90°装入球笼窗口中，然后将内星轮顺时针方向旋转90°使内星轮与球笼平齐并且内星轮球道与球笼窗口对齐；
将外星轮内腔朝向夹持在工作台上，然后将上一步完成的内星轮与球笼组合体与外星轮成90°装...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋楠，李伟，
申请(专利权)人：杭州通绿机械有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33