等速万向节简介
对于FF （发动机前置、前驱）及4WD（四轮驱动）型汽车来讲。其前轮必须具有转向和驱动两种功能，既要求车轮能在一定的转角范围内任意偏转某一角度，又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。转向驱动桥半轴不能制成整体而要分段，在车轮和半轴间用等速万向节将两者联接起来。即使采用后轮驱动，使用独立悬挂，车轮和半轴轴线不重合，也需等速万向节传动。
1.等速万向节早期的发展历史
球式等速万向节的创造性发展可以追溯到1908年美国人William Whitney的著作。其提出利用钢球和球形窝来代替轮齿传动，后来弧形滚道原理引导了整体式万向节的飞跃发展。
1923年，Carl Weiss在继承William Whitney思想的基础上，克服了“钢球的位置在同轴轨道上不确定”的缺点，开发了球叉式等速万向节，但是其带有自身的缺点：万向节的铰接角大约只有30°。
1927年，福特工程师Alfred Rzeppa为钢球导向采用了辅助控制装置，通过带有分度杆控制的球笼为钢球导向，这即是球笼式等速万向节。1933年，Bernard Stuber对球笼式等速万向节进行改进，使得内外滚道球心轨迹发生交叉，随后问世的Rzeppa万向节的铰接角达到45°
2.等速万向节的基本类型及特点
等速万向节的工作原理基本上有两类：一类是根据双十字万向节可以达到等速的原理，将中间传动轴尽量缩短而形成复式万向节；另一类是万向节在工作时，使所有传力点永远位于两轴交角的平分面上而使两轴角速度相等，根据此原理设计的万向节有球叉式和球笼式万向节。
等速万向节基本类型：
等速万向节按工作时运动情况可分为固定型等速万向节和可伸缩型等速万向节中心固定型分为BJ、RF和GE三种结构类型，其允许的两轴间相对转角较大，可达30°~50°，但主、从动轴间没有轴向移动；
伸缩型分为DOJ、TJ、VL和GI四种结构类型，其工作特点是两轴之间有相对轴向移动，但允许的两轴间的相对转角不能太大，一般不超过20°
现代轿车上一般采用可伸缩型等速万向节常和固定型等速万向节组合使用。一方面用来解决运动上的问题，同时也用来降低噪音、振动和减少滑动阻力。
3.等速万向节的设计要求
为了保证等速万向节在汽车行驶中可靠工作，设计时必须满足以下条件[1]：
①保证所有连接两轴的相对位置在预计范围内变化时，能可靠地传递扭矩，并保证所连两轴等速旋转；
②万向节应有足够的强度、刚度和耐久性；
③万向节切向和径向位移的最大值，不应当严重地降低万向节本身及周围零件的工作能力；
④万向节摩擦副在承受高的比压时，润滑要可靠，同时在工作时不应有响声；
⑤万向节能在高温、低温、高湿度气候中正常工作，另外应保证有良好的密封性。
对等速传动轴总成性能参数的检测主要包括摆角、偏转角度矩（又称摆动力矩）、摆动间隙、移动量、移动力、轴向间隙、圆周间隙、滚动矩、扭转疲劳强度和周期循环寿命等[12]。
4.国内外等速万向节的发展现状及新形势
目前世界上生产等速万向节的公司有德国GKN公司、德国ZF公司、日本NTN公司与美国Dana公司等。上述公司除了在典型的固定型、伸缩型结构上领先全球，GKN集团和日本NTN公司已研制出AAR型游滑环三柱轴式、FOX型自由摆动轴式以及属于TRJ型中的TG(滚针)型、TB(钢球)型移动节，它们的共同特点是摩擦力、轴向阻力较小，传递扭矩能力增大。而GKN集团开发的Crosstrack(C型)和Countertrack(X型)则是按照与传统Rzeppa等速万向节完全不同的原理设计的[9]。
就我国国内生产等速万向节的水平和规模而言，尚处起步阶段，现真正具有大批量生产能力的企业仅数中德合资的上海纳铁福(Shanghai GKN)传动轴有限公司。
然而在等速传动轴产业化生产取得突破的同时，国外面临着以NVH(噪音Noise、振动Vibration、啸声Harshness)为中心的许多亟待解决的问题，而万向节所引起的噪声和振动是这些问题的根源之一[10]。另外是大活动角化，因为汽车的最小回转半径取决于转向时最大车轮偏角，因而要求外置等速万向节能有尽可能大的活动角，此外还有防护罩耐高温，回转膨胀问题，润滑脂研究等。
汽车产业新形势下的等速万向节也更加趋向轻量化、小型化。NTN，GKN一直在努力开发新型轻量化的等速万向节产品。目前国内广泛使用的传统球笼式等速万向节钢球数量为6个,国外公司(如NTN)正在推广生产的轻量化高性能球笼式等速万向节(如EBJ、EUJ、EDJ等系列)，其钢球数量为8个[8]。同时，由于高频淬火、冷锻等技术的开发，大大降低了生产成本，提高了可靠性。
2、总结
近三十多年来，等速节型式从基本的球笼型、三销型等几种设计，改进扩大到几十种品种，并且各自的规格系列也日臻完善。在FF及4WD型汽车中等速万向节的作用可见一斑，其优越的动力性、操纵性为用户带来了更多驾驶乐趣。
应该看到，在国内汽车行业升温的同时，自主与创新一直是值得思考的问题。当前大多数国产汽车采用的等速万向节均为国外的技术成果。我们应该积极吸收消化国外先进的等速万向节研究成果，在此基础上开发拥有自主知识产权的等速万向节。
3、参考文献
[1]羊拯民.传动轴和万向节[M].北京:人民交通出版社,1986.
[2]伍德荣,等译.万向节和传动轴[M].北京:北京理工大学出版社,1997.
[3]卢曦，周萍，叶宗才.汽车等速万向节的现状与发展[J].机械设计与制造. 2003(3).
[4]王望予.汽车设计[M]. 第四版. 北京：机械工业出版社,2008.
[5]余志生.汽车理论[M]. 第四版，北京：机械工业出版社，2006.
[6]陈家瑞.汽车构造[M]. 第三版. 北京：人民交通出版社，1995
[7]周萍,高海安,卢曦汽车传动轴.球笼式等速万向传动轴设计研究[J].机械设计与研究.2003.
[8]卢曦,郑松林.球笼式等速万向节结构轻量化设计[J].机械设计.2007.
[9]陆中屏.等速节的现状和发展趋势[J].2000.
[10]覃刚.轿车等速万向节动力学仿真分析系统研究及应用[D].华中科技大
学.2003.
[11]李科,何志兵,沈海.等速万向节总成的设计方法[J].轴承.2006.
[12]王阿明.等速万向节驱动轴总成功能测试台的建模与仿真研究[D].上海交通大学.2010.
[13]邹得和译.GNK推出等速万向节的创新设计[J].汽车与配件.2006.
[14]石宝枢,杨洪香.轿车等速万向节驱动轴总成的设计分析[J].轴承.2000.
[15]金家鼎.桑塔纳轿车传动轴用等速万向节初探[J].上海汽车传动轴厂.2000.
[16]吴社强.汽车构造.底盘部分[M]. 上海：上海科学技术出版社.1997.
[17]吴森,吴义.球笼式等速万向节原理及运动仿真[J].武汉汽车工业大学学报.2000.
发布评论