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1、
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等速萬向節(jié)簡(jiǎn)介
對(duì)于 FF (發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前驅(qū))及 4WD(四輪驅(qū)動(dòng))型汽車來講。其前輪必須具有轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)兩種功能, 既要求車輪能在一定的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)某一角度,又要求半軸在車輪偏轉(zhuǎn)過程中以相同的角速度不斷地把動(dòng)力從主減速器傳到車輪。在這樣兩個(gè)軸線不重合, 且位置還經(jīng)常變化的兩軸間傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)就是等速萬向節(jié)。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋半軸不能制成整體而要分段, 在車輪和半軸間用等速萬向節(jié)將兩者聯(lián)接起來。 即使采用后輪驅(qū)動(dòng), 使用獨(dú)立懸掛, 車輪和半軸軸線不重合,也需等速萬向節(jié)傳動(dòng)。
1. 等速萬向節(jié)早期的發(fā)展歷史
球式等速萬向節(jié)的創(chuàng)造性發(fā)展可以追溯到
2、1908 年美國人 William Whitney
的著作。其提出利用鋼球和球形窩來代替輪齒傳動(dòng), 后來弧形滾道原理引導(dǎo)了整
體式萬向節(jié)的飛躍發(fā)展。
1923 年, Carl Weiss 在繼承 William Whitney 思想的基礎(chǔ)上,克服了“鋼球的位置在同軸軌道上不確定” 的缺點(diǎn),開發(fā)了球叉式等速萬向節(jié), 但是其帶有自身的缺點(diǎn):萬向節(jié)的鉸接角大約只有 30°。
1927 年,福特工程師 Alfred Rzeppa 為鋼球?qū)虿捎昧溯o助控制裝置,通
過帶有分度桿控制的球籠為鋼球?qū)?,這即是球籠式等速萬向節(jié)。 1933 年, Bernard Stub
3、er 對(duì)球籠式等速萬向節(jié)進(jìn)行改進(jìn),使得內(nèi)外滾道球心軌跡發(fā)生交
叉,隨后問世的 Rzeppa萬向節(jié)的鉸接角達(dá)到 45°
2. 等速萬向節(jié)的基本類型及特點(diǎn)
等速萬向節(jié)的工作原理基本上有兩類: 一類是根據(jù)雙十字萬向節(jié)可以達(dá)到等速的原理,將中間傳動(dòng)軸盡量縮短而形成復(fù)式萬向節(jié); 另一類是萬向節(jié)在工作時(shí),使所有傳力點(diǎn)永遠(yuǎn)位于兩軸交角的平分面上而使兩軸角速度相等, 根據(jù)此原理設(shè)計(jì)的萬向節(jié)有球叉式和球籠式萬向節(jié)。
等速萬向節(jié)基本類型:
等速萬向節(jié)按工作時(shí)運(yùn)動(dòng)情況可分為固定型等速萬向節(jié)和可伸縮型等速萬向節(jié)
中心固定型分為 BJ、RF和 GE三種結(jié)構(gòu)類型, 其允許的兩
4、軸間相對(duì)轉(zhuǎn)角較大, 可達(dá) 30° ~50°,但主、從動(dòng)軸間沒有軸向移動(dòng);
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伸縮型分為 DOJ、TJ、VL 和 GI 四種結(jié)構(gòu)類型, 其工作特點(diǎn)是兩軸之間有相對(duì)軸
向移動(dòng),但允許的兩軸間的相對(duì)轉(zhuǎn)角不能太大,一般不超過 20°
現(xiàn)代轎車上一般采用可伸縮型等速萬向節(jié)常和固定型等速萬向節(jié)組合使用。
一方面用來解決運(yùn)動(dòng)上的問題,同時(shí)也用來降低噪音、振動(dòng)和減少滑動(dòng)阻力。
3. 等速萬向節(jié)的設(shè)計(jì)要求
為了保證等速萬向節(jié)在汽車行駛中可靠工作, 設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下條件
5、[1] :
①保證所有連接兩軸的相對(duì)位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變化時(shí),能可靠地傳遞扭矩,
并保證所連兩軸等速旋轉(zhuǎn);
②萬向節(jié)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性;
③萬向節(jié)切向和徑向位移的最大值, 不應(yīng)當(dāng)嚴(yán)重地降低萬向節(jié)本身及周圍零
件的工作能力;
④萬向節(jié)摩擦副在承受高的比壓時(shí), 潤滑要可靠,同時(shí)在工作時(shí)不應(yīng)有響聲;
⑤萬向節(jié)能在高溫、 低溫、高濕度氣候中正常工作, 另外應(yīng)保證有良好的密
封性。
對(duì)等速傳動(dòng)軸總成性能參數(shù)的檢測(cè)主要包括擺角、 偏轉(zhuǎn)角度矩(又稱擺動(dòng)力矩)、擺動(dòng)間隙、移動(dòng)量、移動(dòng)力、軸向間隙、圓周間隙、滾動(dòng)矩、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和周期循環(huán)壽命等 [1
6、2] 。
4. 國內(nèi)外等速萬向節(jié)的發(fā)展現(xiàn)狀及新形勢(shì)
目前世界上生產(chǎn)等速萬向節(jié)的公司有德國 GKN公司、德國 ZF 公司、日本 NTN
公司與美國 Dana公司等。上述公司除了在典型的固定型、伸縮型結(jié)構(gòu)上領(lǐng)先全
球, GKN集團(tuán)和日本 NTN公司已研制出 AAR型游滑環(huán)三柱軸式、 FOX型自由擺動(dòng)軸式以及屬于 TRJ 型中的 TG(滾針 ) 型、 TB(鋼球 ) 型移動(dòng)節(jié),它們的共同特點(diǎn)是摩擦力、軸向阻力較小,傳遞扭矩能力增大。而 GKN集團(tuán)開發(fā)的 Crosstrack(C
型 ) 和 Countertrack(X 型) 則是按照與傳統(tǒng) Rzeppa等速萬向節(jié)完全不
7、同的原理設(shè)計(jì)的 [9] 。
就我國國內(nèi)生產(chǎn)等速萬向節(jié)的水平和規(guī)模而言, 尚處起步階段, 現(xiàn)真正具有
大批量生產(chǎn)能力的企業(yè)僅數(shù)中德合資的上海納鐵福 (Shanghai GKN) 傳動(dòng)軸有限
公司。
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然而在等速傳動(dòng)軸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)取得突破的同時(shí),國外面臨著以 NVH(噪音
Noise 、振動(dòng) Vibration 、嘯聲 Harshness) 為中心的許多亟待解決的問題,而萬
向節(jié)所引起的噪聲和振動(dòng)是這些問題的根源之一 [10] 。另外是大活動(dòng)角化, 因?yàn)?
汽車的最小回轉(zhuǎn)半徑取
8、決于轉(zhuǎn)向時(shí)最大車輪偏角, 因而要求外置等速萬向節(jié)能有
盡可能大的活動(dòng)角,此外還有防護(hù)罩耐高溫,回轉(zhuǎn)膨脹問題,潤滑脂研究等。
汽車產(chǎn)業(yè)新形勢(shì)下的等速萬向節(jié)也更加趨向輕量化、小型化。 NTN, GKN一
直在努力開發(fā)新型輕量化的等速萬向節(jié)產(chǎn)品。 目前國內(nèi)廣泛使用的傳統(tǒng)球籠式等
速萬向節(jié)鋼球數(shù)量為 6 個(gè) , 國外公司 ( 如 NTN)正在推廣生產(chǎn)的輕量化高性能球籠
式等速萬向節(jié) ( 如 EBJ、 EUJ、EDJ等系列 ) ,其鋼球數(shù)量為 8 個(gè) [8] 。同時(shí),由于
高頻淬火、冷鍛等技術(shù)的開發(fā),大大降低了生產(chǎn)成本,提高了可靠性。
二、總結(jié)
9、近三十多年來, 等速節(jié)型式從基本的球籠型、 三銷型等幾種設(shè)計(jì), 改進(jìn)擴(kuò)大到幾十種品種,并且各自的規(guī)格系列也日臻完善。在 FF 及 4WD型汽車中等速萬向節(jié)的作用可見一斑,其優(yōu)越的動(dòng)力性、操縱性為用戶帶來了更多駕駛樂趣。
應(yīng)該看到,在國內(nèi)汽車行業(yè)升溫的同時(shí), 自主與創(chuàng)新一直是值得思考的問題。當(dāng)前大多數(shù)國產(chǎn)汽車采用的等速萬向節(jié)均為國外的技術(shù)成果。 我們應(yīng)該積極吸收消化國外先進(jìn)的等速萬向節(jié)研究成果, 在此基礎(chǔ)上開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的等速萬向節(jié)。
三、參考文獻(xiàn)
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沁園春·雪
北國風(fēng)光,
13、 千里冰封, 萬里雪飄。望長城內(nèi)外, 惟余莽莽; 大河上下, 頓失滔滔。
山舞銀蛇, 原馳蠟象, 欲與天公試
比高。
須晴日, 看紅裝素裹, 分外妖嬈。
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江山如此多嬌, 引無數(shù)英雄競(jìng)折腰。惜秦皇漢武, 略輸文采; 唐宗宋祖, 稍遜風(fēng)騷。
一代天驕, 成吉思汗, 只識(shí)彎弓射
大雕。
俱往矣, 數(shù)風(fēng)流人物, 還看今朝。
克
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