1、結(jié)構(gòu)簡介

交叉槽式等速萬向節(jié)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由外殼、星形套、保持架、鋼球等組成，交叉槽式等速萬向節(jié)實(shí)物如圖2所示，它是汽車等速萬向節(jié)傳動(dòng)軸總成（圖3）中的伸縮端（在改變兩軸角度的同時(shí)亦改變軸向距離），是技術(shù)含量很高的核心部件之一。傳動(dòng)軸總成實(shí)物如圖4所示。

1—外殼體；2—鋼球；3—星形套；4—保持架

圖1 交叉槽式等速萬向節(jié)

圖2 優(yōu)化的交叉槽式等速萬向節(jié)實(shí)物

1—球籠式等速萬向節(jié)；2—鋼絲擋圈；3—固定端大卡箍；4—固定端密封套；5—固定端小卡箍；6—傳動(dòng)軸；7—伸縮端密封套；8—伸縮端大卡箍；9—護(hù)圈；10—交叉槽式等速萬向節(jié)；11—擋圈

圖3 等速萬向節(jié)傳動(dòng)軸總成

圖4 等速萬向節(jié)傳動(dòng)軸總成實(shí)物

該總成的主要功能是：當(dāng)主動(dòng)軸、從動(dòng)軸同時(shí)有一定角位移及軸向位移等復(fù)雜工況下，仍能平穩(wěn)、可靠、靈活、精確的傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。它在汽車前（后）橋傳動(dòng)系統(tǒng)中，得到了極其廣泛的應(yīng)用，傳動(dòng)軸總成中的固定端（只改變兩軸的角度）與前（后）橋中的輪轂聯(lián)結(jié)；伸縮端與變速箱中的差速器聯(lián)結(jié)。

2、產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)代汽車能源結(jié)構(gòu)的多元化，特別是外部環(huán)境惡劣、路況復(fù)雜，對交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成的可靠性、耐久性等提出了更高、更嚴(yán)格的要求。而原普通設(shè)計(jì)的交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成結(jié)構(gòu)不合理，特別是一系列結(jié)構(gòu)主參數(shù)沒有經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)和精確計(jì)算，滿足不了上述要求，使用中經(jīng)常出現(xiàn)可靠性差、不耐沖擊、早期失效等質(zhì)量問題。

根據(jù)交叉槽式等速萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)特征，幾何原理，整車對等速萬向節(jié)傳動(dòng)軸總成的新要求等，用最優(yōu)化原理和數(shù)值計(jì)算等方法，對交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成各主要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、主參數(shù)、使用性能等，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、合理、最佳的匹配。經(jīng)理論分析，各種性能試驗(yàn)，特別是長時(shí)間的使用驗(yàn)證表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)后交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成的技術(shù)質(zhì)量優(yōu)勢凸顯，交叉槽式等速萬向節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)前、后的性能對比見表1。

表1 交叉槽式萬向節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)前、后的性能對比

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)后的使用效果

按上述原理和方法設(shè)計(jì)了80余款各種汽車用含有交叉槽式等速萬向節(jié)的傳動(dòng)軸總成，為驗(yàn)證是否達(dá)到整車的性能要求，先后進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)疲勞和周期循環(huán)壽命等臺(tái)架試驗(yàn)。并與同類型、同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行對比，通過對大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，得出：同結(jié)構(gòu)、同系列、同規(guī)格的汽車用交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成，優(yōu)化設(shè)計(jì)較非優(yōu)化設(shè)計(jì)的承載能力提升25%～35%。

我們知道，交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成的使用壽命是承載能力的函數(shù)，并且是呈非線性的立方關(guān)系。顯然，函數(shù)（使用壽命）的改變量約等于自變量（承載能力）改變量的3倍。若交叉槽式等速萬向節(jié)傳動(dòng)軸的承載能力提升35%會(huì)使其使用壽命提升100%。亦即，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的汽車交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成的使用壽命是非優(yōu)化設(shè)計(jì)的2倍。

多年的使用效果，亦和上述的結(jié)論吻合。例如：在重慶，以山路、坡路為主的道路環(huán)境中，幾年前非優(yōu)化設(shè)計(jì)的出租車用交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成，經(jīng)常發(fā)生各種各樣的質(zhì)量問題，可靠性差、使用壽命較短。各傳動(dòng)軸的經(jīng)銷商只能向客戶保用5萬公里。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，質(zhì)量問題大幅降低，可靠性、使用壽命大幅度提升，很多出租車行駛?cè)嗳f公里，仍未見異常。這一使用效果，更加證明了優(yōu)化設(shè)計(jì)的汽車用交叉槽式等速萬向節(jié)及傳動(dòng)軸總成的可靠性、使用壽命等優(yōu)勢凸顯。

4、前景展望

優(yōu)化設(shè)計(jì)的交叉槽式等速萬向節(jié)是對該領(lǐng)域基礎(chǔ)理論、產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的原始創(chuàng)新和顛覆性的突破?？梢愿淖兤噦鲃?dòng)軸產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和技術(shù)格局，打破國外在該領(lǐng)域核心技術(shù)的壟斷地位，推動(dòng)汽車傳動(dòng)軸產(chǎn)品的更新?lián)Q代和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。