浅谈汽车工业中等速万向节的构造与摩擦润滑问题

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈汽车工业中等速万向节的构造 与摩擦润滑问题 摘要：等速万向节广泛应用在汽 车工业中，由于现代轿车追求车辆具有 耐久性和舒适性，这就要求等速万向节 具有长寿命和低振动、低噪声等性能， 能够平稳地传递动力。为此，除了改善 产品的结构外，还需要研究它们的摩擦 与润滑，因为摩擦与润滑直接决定着产 品的使用寿命和性能。本文对汽车等速 万向节的结构性能进行了比较，分析了 汽车等速万向节噪音、振动产生的原因 同时论述了汽车等速万向节的发展方向， 为等速万向节开发设计提供了一定的参 考。 中国论文网 /1/view-12780464.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词：汽车；等速万向节；发 展 中图分类号：F407.471 1 引言 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 FF 及 4WD 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。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。当今 市场上使用的等速万向节有 4 种结构： 只有轴间角运动而没有轴向移动的中心 固定型等速万向节；既有轴间角运动又 可轴向移动的球笼等速万向节；交叉滚 道式中心固定型等速万向节；三球销式 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 等速万向节。按接触应力来划分，前三 种为点接触型，后一种为线接触型。 2 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。 根据使用部位，等速万向节还可 分如下两类： （A）外置式等速万向节：车轮 一边用即定心型，O/B 节 F （B ）内置式等速万向节：差速 器一侧用即轴向滑动型，I/B 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。 3 等速万向节的振动、噪音 3.1 回转方向间隙 当等速万向节回转方向间隙过大、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 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 LJ 型等速万向节将会越来越普遍。 3.2 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。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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 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 这一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。 3.3 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 A/T 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。GI 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 DOJ 型及 VL 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。 4 中心固定型等速万向节的摩擦 与润滑 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 4.1 钢球与沟道间的摩擦 钢球与沟道之间的摩擦，是中心 固定型等速万向节摩擦中的重要组成部 分，直接影响中心固定型等速万向节的 使用寿命，因此要解决沟道间摩擦，需 获得较为理想的接触椭圆形状。在正常 工作条件下，钢球与沟道接触应力为 2 0004 000MPa，在如此高的接触应力 下滑动摩擦所产生的热量是很大的，可 引用温升公式来计算。 在外沟道中，即使钢球和沟道表 面发生局部粘着，但由于磨削纹理的作 用，粘着作用出现增大的机会很小，因 此摩擦是由滑动作用来决定的。由于钢 球在外环沟道中运动的速度较快，在这 种状态下工作，润滑脂很容易被钢球带 到外环沟道中，从而实现理想的润滑。 为了增加钢球的旋转，给钢球一个合理 的压力角度以打破粘着作用并减少表面 摩擦是设计万向节的一个关键。 4.2 中心固定型等速万向节的润 滑 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 应根据现有工作条件合理选用润 滑脂，以满足万向节的使用要求。润滑 脂的主要性能依据于基础油，由于润滑 脂主体部分为基础油，例如使用中等系 列万向节的轿车，在高速公路上正常行 驶，万向节沟道表面粗糙度为 0.60.8m，钢球表面粗糙度为 0. 025m，那么运动副合成粗糙度为 0.6m，计算油膜厚度为 70 nm，膜厚 比为 0.11，这说明中心固定型等速万向 节是在极度边界润滑条件下工作。如此 薄的油膜，如果是用在轴承上，只有很 短的使用寿命。这充分说明中心固定型 等速万向节和轴承的润滑并不相同，用 经典 EHD 理论是难以解释的，但在等 速万向节中确实存在如此薄的油膜。可 见用现有的理论计算非稳态接触，其适 用性是有限的，需要不断发展新的理论 来解决中心固定型等速万向节的纳米级 润滑问题。 虽然 EHD 薄膜在理论上接近于 0，但总是能够维持一定的薄膜厚度， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 使润滑脂残留在接触表面，其关键在于 使用一种剪切稳定的稠化剂，以确保润 滑脂具有固体状态，同时可以防止润滑 脂脱离接触表面飞溅到密封罩上。万向 节零件在加工后需要进行清洗，这就需 要润滑脂具有吸收少量水分的能力以防 止内部金属发生腐蚀。 随着前置前驱轿车数量的增加， 大功率发动机的应用及要求车辆低振动、 低噪声，需要驱动半轴总成具有更小的 体积，更轻的重量，这就对润滑脂提出 了更高要求特别是耐高温性方面。 5 结束语 近年来由于汽车追