万向节

摘要

现代经济型轿车大都采用前轮驱动的布置型式，等速万向节是其中的关键部件之一。目前，汽车传动系统中使用最多的是球笼式和三枢轴式等速万向节连接在一起组成的等速驱动装置。由于等速万向节结构复杂、加工制造精度高、难度大，目前我国主要是引进国外专用设备生产，投资费用很大。为此，国家将等速万向节列为重点扶持的汽车关键零部件项目之一。

本文以国内某厂家发动机前置前驱动轿车等速驱动轴中的球笼式等速万向节和三枢轴式万向节为研究对象，利用三维重构技术建立等速万向节的三维实体模型，继而应用理论计算、试验测量相结合的手段，围绕等速万向节内部接触应力展开了研究。

关键字：等速驱动轴，球笼式等速万向节，赫兹接触理论

ABSTRACT

The modern economical car adopts the pattern of assigning of front-wheel drive mostly,and the constant velocity universal joint is one of the key components among them.At present the constant velocity driving device which is composed of ball basket constant velocity universal joint together with constant velocity universal joint with pivot is used by automobile transmission system mostly.Because the structure of constant velocity universal joint is very complicated,process the precision of making is high,and difficulty of making is large.Our country introduces foreign special-purpose device mainly at present,it is very expensive to make the investment.For this reason,our country have regard constant velocity universal joint as one of the key part project to support especially.

The ball-cage type and the three pivot shaft type constant velocity joints of theconstant velocity drive shaft on the F-F type car of a certain domestic factory wereregarded as research objects.The 3D models of the constant velocity joints werebuilt by using 3D re-created technology,then the finite element models of theconstant velocity joints were built by using ANSYS software,then the authorcarries out the study on the inner contact stress of the constant velocity joints bymeans of the connection of the finite element analysis,theoretic calculation and thetest. Keywords：The Constant V elocity Drive-shaft;The Ball-cage Type Constant V elocity Joint;Hertz Contact Theory

第1章绪论

1.1 万向节的应用

在机械领域里，有一个很重要的基础件，称为万向节。它是连接轴与轴之间的联轴节，主要应用在两个轴之间不同轴或不同心的场合。与其它的齿轮传动、带传动、链传动机构相比，万向节传动机构有着独特的、其它机构不能代替的优点，当需要将一根轴上的扭矩或传动以较大的轴间夹角传到相距较远、且角度可能变化的另一根轴时，往往只能选择万向节传动机构来实现。其作用在航空航天、机床、机械、尤其是汽车领域非常重要。随着汽车工业100多年的发展历史，万向节的结构形式也得到了很快的发展。

汽车是一个运动的物体，上面任何轴线不共线且位置相对变化的转轴之间的动力传递均须通过万向传动装置相连。在后驱动汽车上，发动机、离合器与变速器作为一个整体安装在车架上，而驱动桥通过弹性悬挂与车架连接，两者之间有一个距离，需要万向节进行连接。汽车运行中路面不平产生跳动，负荷变化或者两个总成安装位置差异，都会使得变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的夹角和距离发生变化，这也需要万向节来连接。同样，越野车变速器与分动器之间，前驱动的可转向驱动桥与半轴之间，都需要这个万向节做“关节”。各种应用如图1-1所示：

图1-1万向节在汽车上的各种应用

1.2万向节简介

万向节很早就出现在人类的生活当中了，早在1300年的钟楼建筑中已经有万向节的雏形。真正成型的万向节是英国物理学家（Robert Hook）在1663年制造的一个铰接传动装置，虎克把这种装置称为“万向节”，因为它能实现万向传动。经过了几百年的发展，时至今日，各种各样的能够实现万向传动的万向节已经被广泛地应用到很多传动系中，特别是汽车传动系中。目前，常用的万向节大体可以分为四类：十字轴式刚性万向节、准等速万向节、等速万向节、挠性万向节。

1.2.1十字轴式刚性万向节

在各种万向节中，使用最为广泛的是十字轴式刚性万向节，又称为叉式万向节。十字轴式刚性万向节结构简单、强度高、耐久性好，生产性高，生产成本较低，且传动可靠，效率较高，目前允许两传动轴之间的交角一般为15°~20°，在连接角较小时大都使用这种万向节。因其成本较低，且传动可靠，普遍应用于各类汽车的传动系中。其缺点是不等速，并且当连接角较大时，转速的波动很大，从而引起传动系统的振动和噪声，特别是在四轮驱动汽车中，由于驱动轮系的增加，万向节使用的数量比较大，问题尤其突出。结构如图

1-2所示：

图1-2十字轴式刚性万向节

1.2.2准等速万向节

①双联式万向节

双联式万向节(图1-3)是由两个十字轴式万向节组合而成。为了保证与两万向节连接的轴工作转速趋于相等，可设有分度机构。双联式万向节的主要优点是