球笼式等速万向节是前置前驱动轿车的关键部件之一

球笼式等速万向节是前置前驱动轿车的关键部件之一，其性能和寿命与接

触应力密切相关，万向节疲劳破坏的特征是常在滚道表面造成麻坑、剥落和点 蚀。因此，球笼式等速万向节接触应力的分析与计算对于等速万向节的设计显 得尤为重要[2]。

万向节和传动轴的作用是在不在同一轴线上的轴之间传递运动和转矩。由

于球笼式和三枢轴式等速万向节的结构形式不同，因而它们的转矩传递方式也 不尽相同。对于球笼式万向节，传递扭矩的元件是钟型壳、钢球与星形套；对 于三枢轴式万向节，传递元件是筒形壳、球形套圈、滚针和三轴柱。因此，在 确定滚动体与滚道之间的接触应力时应区别对待。

关于球笼式万向节的接触应力，国内的王良模、卢强等对伯菲尔德等速万 向节采用解析方法 ，假设接触区处于弹性应力状态，且接触面尺寸比物体接 [13]

触点曲率半径小得多，引用 Hertzian 理论求解出接触应力，接触面的最大应力 发生在接触椭圆中心。

由于内滚道接触点的曲率半径小于外滚道接触点的纵向曲率半径，因此内

滚道的接触椭圆比外滚道的接触椭圆小，内滚道的接触应力大于外滚道上的应 力值，从而使内滚道就比外滚道易于磨损，疲劳寿命较短。

当滚动体与轨道间为点接触时，运用经典的 Hertzian 理论可以求得滚动体

汽车等速驱动轴的结构强度主要取决于万向节关键零件间的接触强度，对 于球笼式等速万向节来说其分析的重点是钢球与星形套和钟形壳滚道之间的 接触应力，尤其是钢球和星形套滚道之间的接触应力

② 球笼式万向节

球笼式等速万向节（亦称球笼式万向联轴器）如图1-7所示，是一类容许两相交轴间有较大角位移的联轴器，它是目前应用最为广泛的等速万向节。球笼式等速万向节主要由钟形壳、星形套、钢球和保持架（亦称球笼）构成。钟形壳的内径球面与保持架的外径球面组成一个转动定心球面副；保持架的内径球面与星形套的外径球面也组成一个转动定心球面副。两个球面副的球心重合于两轴轴线的交点。钢球一般为六个，相应地，保持架有六个周向腰鼓形槽，以在其轴向方向夹持六个钢球。在钟形壳的内径球面上，周向等分地开有六个环面内槽；在星形套的外径表面上，也周向等分地开有六个窝面外槽。它们分别与六个钢球共轭接触，以传递运动和扭矩。钟形壳一般通过螺栓与驱动轴（或被驱动轴）连接；星形套通过花键与被驱动轴（或驱动轴）相连接。环面的轴线偏离两轴轴线的交点（球面副的球心），钟形壳、星形套环面的轴线偏心量应相等。环面的素线是一段圆弧。环面的母线是不完整的半椭圆曲线。因为在传递扭矩过程中，钢球既和钟形壳相接触又同时和星形套接触，同一个钢球的角速度ω相等，因此ω钟 =ω球 =ω星，就是说固定端具有同步等速性。这种等速万向节无论转动方向如何，六个钢球全都传递转矩，它可在两轴之间的夹角达35°～37°的情况下工作[3][4][5][6]。

球笼式万向节与十字轴式刚性万向节相比，具有单节瞬时同步、两轴间角位移大、效率高、安装拆卸方便、能承受重载及冲击载荷等突出优点。球笼式等速万向节是轿车关键部件之一，它直接关系到汽车转向驱动性能。但是，球笼式等速万向节因其加工制造精度高、难度大，国产球笼式等速万向节由于回转方向间隙原因会产生很大的噪音和振动，当球笼式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

还会受到其他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。通过选配来减少内、外圈与钢球之间的间隙是减少等速万向节间隙的一种常用的简便方法[7]。

图 1-7 球笼式等速万向节

1.钟形壳 2.星形套 3.钢球 4.保持架

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。

1.陈家瑞 主编. 汽车构造. 人民交通出版社 ，1999.5 2.伍德荣，肖生发，陶健民等.万向节和传动轴.北京：北京理工大学出版社出版社，1997.12 3.王勖成，邵敏．有限元基本原理和数值方法．北京：清华大学出版社，1997.3 4.张汝清，詹先义 编著．非线性有限元分析．重庆大学出版社，1990

5.许焕然，倪行达，王裴．工程中的有限元方法．吉林：吉林工业大学，1985.11 6.周中坚，卢耀祖编著.机械与汽车结构的有限元分析.同济大学出版社

7.石宝枢，杨洪香.轿车等速万向节驱动轴总成的设计分析.《轴承》2000.No.5

8.王国强．实用工程数值模拟技术及其在 ANSYS 上的实践．西北工业大学出版社，1999.8 9.卢曦，张振东．球笼式等速万向节的球面配合分析．上海：上海理工大学

10.孟凡中 编著．弹塑性有限元变形理论和有限元方法．北京：清华大学出版社，1985.9 11.ANSYS 公司．ANSYS/LS-DYNA User's Guide

12.初日德等 主编．材料力学．吉林：吉林科学技术出版社，1995.12

13.王良模，卢强，彭育辉，于鹏晓. 球笼式万向节接触应力分析与计算.汽车技术 1999 年 第 3 期

14.卢曦，周萍，孙跃东.汽车等速万向节的现状与发展. 《机械设计与制造》 Jun.2002 No.3

15.张义民 编著. 机械振动力学.吉林：吉林科学技术出版社，2000.9

16.武清玺，刘建华，吕泰仁. 接触问题可靠度分析的随机有限元法. 河海大学学报. 第 26 卷. 第 5 期

17.[美]K.J.巴斯.工程分析中的有限元法.北京：机械工业出版社，1991.7 18.季钢. 汽车传动轴临界转速的有限元法计算，机械工程师 2000.11 19.严宗达.塑性力学.天津：天津大学出版社，1988.9 20.Yoshihiko Hayama and Masahide Miyata ,Constant Velocity Universal Joints(CVT)for

Propeller Shafts, NTN Corporation SAE1999-01-0738

21.Toshihiro Mukaida ,Yoshifumi Kojima and Masahiro Shiraishi ,Development of Soft

TPEE CVJ Boot , NOK Corp. SAE980072

22.康健，管迪华.万向节运动传递非等速特性研究.清华大学报 1999 年第 39 卷 第 8 期 -59-

参 考 文 献

23.吴修义.汽车万向节传动轴的选择和应用. 重型汽车 1999（6）总 55 期 24.高卫民，王宏雁.汽车结构分析有限元法.汽车研究与开发 2000 年第六期 25.石宝枢.球笼式等速万向节钟形壳装球球窝的设计计算. 《轴承》1995.No.1 26.孙跃东，周萍等.球笼式等速万向节钟钢球与沟道啮合的设计分析. 研究与开发 39 卷 第 448 期

27. Mark Norledge ,Kinematic Modelling of a Constant Velocity Joint Using a Minimum Energy

Method .GNK Technology Limited. SAE 980832.

28. Gareth Fish and James Cole.Tribology and Lubrication Requirements of Constant Velocity

Joints .GNK Technology Ltd. SAE 980835.

29. Akira Wakita and Keisuke Sone. High Efficiency Compact Fixed Constant Velocity Universial Joints(EBJ).NTN Corporation. SAE1999-01-0748

30. Rory Johnson.High Speed Fixed Constant Velocity Joint for Automotive Driveshaft

Applications.GNK Technology (US). SAE980834..

31.徐涛 编著. 数值计算方法 吉林：吉林科学技术出版社.1998.6.

32.李科，李剑，马振国等. 双偏置式球笼等速万向节的结构设计. 《轴承》2001.No.7. 33.石宝枢，李德平. 等速万向节运动灵敏度的试验分析. 《轴承》1999.No.3.

34.劳尔（Rao.S.S）. 工程中的有限元法.北京：科学出版社. 1991.7 35.蒋孝煜.有限元法基础 北京：清华大学出版社 1984.7

36.杜平安. 有限元网格划分的基本原则 . 《机械设计与制造》 2000.2.No1. 37.孙菊芳主编 .有限元法及其应用 .北京：北京航空航天大学出版社 1990.7 38.藏新群. 等速万向节椭圆沟道成形工艺参数的优化. 《轴承》1999.No.2.

39.王冠兵，张雷 ，贺军等.球笼式等速万向节保持架窗口与钢球的匹配关系 《轴承》 1997.No.9.

40.李科，李国群，滕宝利等. 三柱轴式等速万向节的结构设计. 《轴承》2002.No.2. 41.张杰，张敏中. 球销式等速万向节的受力分析.江苏理工大学学报.1998.9 42.李淑民. 一种新型等速万向节的改进 机械研究与应用.第 12 卷.第四期

43.孙松林，王德信，谢能刚. 接触问题有限元分析方法综述.水利水电科技进展. 第 21 卷. 第三期

44.鲁世强.三维接触问题的接触状态有限元解法及应用.南昌航空工业学院学报.

1995 年. 第一期 60 --

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