汽车等速万向节的现状与发展_卢曦

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注： & 可以使用 O 好 O O 最好
等角速 活动角大 : S&Q R (&Q F 寿命长
噪音 G 等速万向节的振动、
汽车发动机、 轮胎、 变速箱、 差速器等是噪音和振动的整体。SY 的驱动系比 $Y 多， 属于大噪音车。 另一方面， 由于要满足低油耗、 低 成本的要求， 汽车必须轻量化， 汽车变得更易产生振动。因此， 对驱 动系主要部位之一的等速万向节的振动特性必须进一步进行改 振动、 啸声 F 为中心的许多急待 善。 目前国内外都面临以 4I" : 噪音、
参考文献
: 卢曦 $ 轿车转向驱动球笼式等速万向节理论研究及应用 $ 武汉汽车 工业大学硕士论文， :LLM$ % 星川文雄 $ 驱动轴用等速万向节的现状与未来 $ ’D’ DNOP’@OB; QNA@NR， :LML$ ’(GS$ 张振东 $ 球笼式等速万向节的球面配合分析 $ 轴承， %&&:$ T$ ) 卢曦， E 星川文雄等 $ 日本 ’@’ 公司的汽车等速万向节 $ ’D’ 轴承工程师， :LMS$ ’(G%$
# 前言
汽车工业的发展， 及用户对汽车使用、 转向的更高追求， 要求 汽车有更好的动力性、操纵性及舒适性，促使了 NN 及 SYP 型车 的出现。它们的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。 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， 由于居住性的要求， 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。 在现代汽车上，等速万向节传动装置是由等速万向节、传 动轴、 和支承组成。等速万向节把两轴连接起来， 并使两轴以相 同的角速度传递运动。
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《 机械设计与制造 》
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汽车等速万向节的现状与发展
卢 曦 孙跃东 : 上海理工大学动力学院， 上海 $&&&DG F 叶宗才 : 安徽省机械进出口公司， 安徽 $G&&&& F 周 萍
)$ E 折弯阻力
当传经等速万向节的振动方向与现成活动角方向相对时，
E$ ) 防护罩
等速万向节的防护罩用密封润滑脂防止水、 泥等杂物浸入， 一旦被破坏， 由于润滑不良等速万向节内部产生磨损， 很快导致 异常声音。防护罩常常暴露于大气中， 容易受到损伤、 同时现场 活动角旋转在伸缩疲劳等工作条件苛刻的环境下使用，使用温 研制 度达到 I E& J :&&K 左右。对内置差速器端的防护罩来说， 耐高温的防护罩更是当务之急。
根据使用部位， 等速万向节还可分如下两类： : % F 外置式等速万向节 : 车轮一边用即定心型， . H J 节F : J F 内置式等速万向节 : 差速器一侧用即轴向滑动型，= H J 节 F 等速万向传动轴，一般采用定心型等速万向节 O 轴 O 轴向滑 动型等速万向节的组合形成，这样即可解决运动学上的问题，同 时也可用来降低噪音、 振动和减少滑动阻力。 不同类型的等速万向节其工作原理大致相同， 但其性能却有 较大的区别。表 $ 表明了等速万向节的特性比较 Z # [
轴 向 移 式 P.K I) L= O O O & O O O O O O O &
表 # 等速万向节的分类
类 定 心 型 轴向滑移型 等角速 能够形成活动角 : $&Q R G&Q F 能轴向作足够的移动 寿命长 强度高 TN : TU7VV< 等速万向节 F JK : 伯菲尔德式等速万向节 F LM : 三柱轴式等速万向节 F *N : 球叉式等速万向节 F P.K : 双遍移距式等速万向节 F LK : 三柱轴式等速万向节 F I) : 交叉槽式等速万向节 F
)$ : 回转方向间隙Hale Waihona Puke Baidu
当等速万向节回转方向间隙过大、内部零件之间发生干涉 时， 等速万向节会产生冲击、 噪音， 此外， 它还会受其它驱动系的 影响产生振动。所以， 对大幅度减少回转方向间隙的要求比较强 烈，在目前批量生产的等速万向节中，只有交叉槽型等速万向节 可以没有回转方向间隙， 因其传递力矩的钢球在动作时起滚动机 构的作用，而其它形式的等速万向节都伴有或大或小的滑动，故 回转力向间隙不可能为零。 由于回转方向间隙不为零的特性和小 的诱发轴向力，将会得到有效的应用，高级车的后独立悬挂采 用 ;! 型等速万向节将会越来越普遍。 通过选配来减少内、外圈与钢球之间的游隙是减少等速万 向节回转间隙的一种常用的简便方法，为了进一步减少间隙， 就要提高内、 外圈的精度， 也就是必须提高制造技术水平。文献 8 ) 9 曾详细研究了球笼式等速万向节配合间隙问题，定量地给 出了零件公差对回转间隙的影响关系。
项 目 定 JK O O O O O O O O O 心 型 LM IN O O O & & O O O O & O O O O O O O O O O O & & & O O O 外径 H 扭矩容量 重量 H 扭矩容量 最大允许角 常用允许角 温升 耐久性 4I" 滑动量 滑动阻力 转动引起的轴向力 O O O O & O O & O O O O O O O O
)$ % 诱发轴向力
当滑动式等速万向节形成活动角传递动力时，基于内部零 件的相对滑动，产生了摩擦力，其轴向分力 < 也即诱发轴向力 = 变成了起振力。 有六个传递力矩的 2>! < 双偏距 = 型等速万向节， 钢球，因而回转一周呈现六次较强烈的振动，?@ < 三柱轴 = 型等 速万向节有三个球面滚子， 呈现三次较强烈的振动。 虽然 A; < 交 叉槽 = 型等速万向节边有六个钢球，由于其球滚道轴向相互交 叉倾斜，六次振动表现与三次振动相当，其强烈程度小于 2>! 及 ?@ 型。六次诱发轴向力常与四缸发动机的二次谐振， 使机罩 产生拍音；三次诱发轴向力在汽车低速加速时，使发动机座摇 晃而引起车身横摆。 由于诱发轴向方随活动角及传递力矩等的增大而增大，解 决这个问题的最好办法是减小活动角，但随之要改变汽车的基 本设计，所以这种想法几乎是不能成立的，那么就迫切要求对 等速万向节本身进行改进。实现这以目标的最佳方案是减少等 速万向节内部摩擦力， 主要途径有两条， 一是改善润滑方式， 二 是减少滑动， 增设滚动零件之类的措施进行结构的改进。
G 结束语
近年来由于汽车追求大功率化、 轻量化、 低噪音等原因， 对 汽车的要求不只局限于降低噪音、 振动水平， 对与汽车车型概念 和谐的音色、感觉等的追求也变得不可缺少，为了满足这类要 求， 汽车制造厂对等速万向节的技术要求越来越严， 新型的等速 万向节会不断的被开发出来。
)$ ) 滑动阻力
滑动式等速万向节在一边传递力矩一边产生滑动时，基于 摩擦产生了滑动阻力。若滑动阻力过大，由于滑动不能吸收从 发动机、 路面等传来的振动， 这些振动传至车体， 常使车身手柄 等部位产生振动。如 B C D 车在开动发动机、 脚踏刹车停止行车 时产生的空转振动就是典型的事例。 ?@ 型等速万向节滑动阻力 较小， 几乎不发生此类问题， 而滑动阻力较大的 2>! 型及 A; 型 则频频发生。减少滑移阻力仅靠低摩擦润滑脂效果不大，必须 对等速万向节结构进行改进。
$ 等速万向节的结构与性能
汽车用等速万向节按其性能可分为定心型和轴向滑移型两 大类。表 # 列举了现在投入使用的等速万向节及其性能要求。
分
性能要求
# 来稿日期： $&&# ’ #& ’ #(
777777777777777777777777777777777777777777777< 中图分类号： !"#$ 表 $ 等速万向节特性比较
E$ E 小型化
除防护罩外， 等速万向节主体寿命、 强度等是否是高于现有 的水平，对汽车是否必要，目前尚难定论。但对保持现有的寿 命、 强度水平下更加小型化的等速万向节却迫切需要。轻量化、 低成本、 节省空间是其主要目标。 对于小型化的等速万向节， 应考虑开发新结构， 对材料、 热 处理、 内部精度和润滑等方面要进行深入研究 8 E 9 。
E 等速万向节的其它问题
E$ : 大活动角
汽车的最小回转半径取决于转向时最大车轮切角，因而要 求外置等速万向节能有尽可能大的活动角。目前固定端正在研 滑移端也超过 )&$ GH。 制最大允许夹角为 G&H的等速万向节，
E$ % 左右轴的等长化
发动机横置放置时， 左右传动轴不等长， 有时会使大功率汽 车左右万向节的安装角度产生误差而影响传递扭矩。现有一些 厂家利用加装中间轴的方法使左右等速万向节传动轴等长。
种类
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解决的问题， 等速万向节的噪音、 振动特性， 大致可以分为由其内部 产生的， 发动机产生的和路面传递而来的三大部分 8 % 9 。
折弯阻力会引起等速万向节振动，因此固定式等速万向节与振 动也有关系。 将其传力钢球与保持架 F! 型是固定式等速万向节的典型， 窗口之间设定一个小间隙， 虽然能大大地改善折弯阻力， 但在转 向行车时，这种配合间隙会产生拍音，设计时必须慎重考虑。 2>! 型当钢球与保持加窗口之间常常有间隙，故折弯阻力较 少。对于零回转间隙的 A; 型等速万向节，即使采用窗口间隙， 由于钢球与滚道间的过盈， 表现新的折弯阻力乃较大。