技术创新
138 2015年21期球笼式等速万向节运动受力分析及应用
王林林王瑛
保定长城汽车桥业有限公司，河北保定 071000
摘要：万向传动轴一般是由万向节，传动轴和中间支承组成.主要用于在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动.万向传动轴设计应满足如下基本要求：保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力.保证所连接两轴尽可能等速运转.由于万向节夹角而产生的附加载荷，振动和噪声应在允许范围内.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等.变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴之间普遍采用十字轴万向传动轴.在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴.当后驱动桥为独立的弹性，采用万向传动轴.
关键词：球笼式；万向节；受力分析；应用
中图分类号：U463.216.3 文献标识码：A  文章编号：1671-5780(2015)21-0138-02
1 球笼式等速万向节的润滑及密封技术现状
卫视球笼式等速万向节都能可靠的正常工作，必须使其保持良好的润滑状态，否则就会造成金属元件的直接接触，加剧万向节原件的磨损或擦伤，降低其工作寿命。因此对此种万向节的润滑、密封应给与足够的重视。
球笼式等速万向节所才用的润滑剂主要取决于转速和角度。在转速髙达150〇r/inin时，使用一种优良的油脂，这种油脂能防锈。若转速和角度都较大时，则使用润滑油。同时，万向节的密封装置应包成润滑剂步泄漏。常用筒式波纹型橡胶密封罩。
2 万向节结构与设计参数确定
2.1 结构选择
伸缩型球笼式万向节结构与一般球笼式相近，仅仅外滚道为直糟。在传递转矩时，星形套与筒形壳可以沿轴向相对移动，故可省去其他万向传动装置的清动花键。这不仅结构筒单，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，所以与清动花键相比，其滚动阻力小，传动效率髙。这种万向节允许的工作最大夹角为20°。
RzeppaS球笼式万向节主要应用于转向驱动桥中，目前应用较少。BirHeld型球笼式万向节和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，在靠近转向轮一侧釆用Bir Held型万向节，靠近差速器一侧则釆用伸缩型球笼式万向节。伸缩型万向节还被广泛地应用到断开式驱动桥中。
2.2 等速证明
伸缩型球笼式等角速万向节的等速传动原理如图1所示；由图1可见，由于0A=0B，CA=CB，则三角形；根据公式：由于传力钢球的速度；从而保证了主、从动轴以相等的角速度转动；1.3等速万向节向节，其结构件图见图1。球笼式万向节由于汽油六个钢球同吋承载，承载能力及耐冲击能力强、传动效率高、结构紧凑、安装方便，工作角很大。适合轻型汽车上应用。
腾势d9价格及图片1-主动轴 2-星形套 3-保持架 4-钢球 5-钟形壳 6-齿圈
图1 BJ型球笼式万向节的结构
3 等速万向节的等速原理
球笼式等速万向节实现主、从动轴等角速度转动的基本原理是：保证在任意轴夹角α时传力钢球中心C都处于α角的平分平面上。图2中分别为固定型和伸缩型球笼式等速万向节的结构。从图中可以看出，当α=0°时，球心C与球和内、外沟道的接触点共线且C至所连两轴中心线的距离均为OC，因而两轴角速度相等；当α≠0°时，球心由C移至C1，C1与球和内、外沟道的接触点E、F不共线，球心C1至所连两轴中心线的距离分别为AC1和BC1，由几何关系ωυBCAC==可得出，保证所连两轴等速度同步转动(即21ωω≡)的条件是2/21ααα==，即传力钢球中心C始终处于轴夹角α的平分面上；而保证2/21ααα==
的条件是内、外沟道圆弧曲率中心B、A分别处于两轴线交点的两侧，且eOBOA==，称为弧形沟道曲率中心偏心距，内、外弧形沟道与钢球接触点E、F 处切线之间的夹角δ称为开口角，其值为铅垂轴截面倾斜角的两倍，为了避免“自锁”(即卡死)应使δ大于材料摩擦角的两倍，显然开口角δ与内、外沟道圆弧曲率半径、轴夹角等有关(对伸缩型°≡0δ)。
1-外壳 2-保持架 3-钢球 4-内轮
图2 球笼式等速万向节
4 球笼式等速万向节运动受力分析及应用
4.1 共轭曲面的解析
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共轭曲面就是以实现给定运动规律连续相切的一对曲面。球笼式万向节由钟形壳、星形套、钢球及保持架等零件组成。两个球面副的球心重合于两轴线的交点。钟形壳内球面上的内沟道、星形套外球面上的外沟道分别与钢球共轭接触。
如图3所示，钢球在椭圆环面槽内只有两点接触，可简化为圆与椭圆的接触，使接触点和钢球中心的连线与中间截面的夹角为45
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°。此外，钢球在与沟道接触时，由于沟道的电瓶车电池价格