1     前言

      轉向萬向節主要是（shì）連接轉向軸和轉向傳動軸或連接轉向傳（chuán）動軸和轉向器，用來傳遞運動和扭矩的零件（jiàn）。其傳遞的力矩一（yī）般較小，但其精度，特別是在加（jiā）載（zǎi）過程（chéng）中使轉向傳動軸產生的角間隙會直接影（yǐng）響轉向係統的靈（líng）敏度。在QC/T649-2000汽車轉向傳動軸總成性能要求及試驗方法（fǎ）中，要求裝一（yī）個萬向節（jiē）的無（wú）滑動花鍵轉向（xiàng）軸在正負（fù）加（jiā）載3N.m情況下角（jiǎo）間隙≤0.25度。隨著汽車技術的發展，對汽車各性能要求日益提高，如國際轉向傳動軸知名企業DOUGLIAC公司，要求裝一個萬（wàn）向節的無滑動花（huā）鍵轉向軸在正負加載10N.m情況下角間隙≤0.15度。

      一般（bān）的裝熱鍛軸承萬向節的（de）轉向傳動軸無法達到該要（yào）求，而采用裝（zhuāng）鐵皮衝壓軸（zhóu）承萬向節的轉向傳動軸卻能達到對角間隙的苛刻要求。

      2     轉向傳動軸的（de）角間（jiān）隙及其產生

      兩根無滑（huá）動花（huā）鍵轉向（xiàng）軸（zhóu）傳動叉之間連接一隻十字（zì）軸萬向節，兩（liǎng）傳動叉保持在一條（tiáo）直線（xiàn）上，對其中一根傳動叉作剛性固定，對另一根傳動叉施加一定量正負扭矩，其正向（xiàng）扭轉極限位置到（dào）負向扭轉極限位置的夾角即為轉向傳動軸的（de）角間隙。角（jiǎo）間隙的產生一（yī）方麵是（shì）由於接叉和萬（wàn）向節在外力（lì）作用（yòng）下產生剛（gāng）性變形，另一方麵是由於熱鍛（duàn）軸承萬向節其十字軸軸（zhóu）頸與軸（zhóu）承內複圓之間存在徑向間（jiān）隙。轉向傳動軸受力矩較小，節叉和萬向節不會變形，角間隙主要由十字軸軸（zhóu）頸與軸承內複圓之間存在的徑向間隙產生。角間隙測（cè）試示意如圖1所示。

      3     熱鍛軸承萬向節的結構及軸承加工工藝

      熱鍛軸承萬向（xiàng）節的外圈材料（liào）一般為20Gr，為達到其性能要求，采用如下加工工藝：熱鍛-車加工-熱處（chù）理（滲碳淬火）-磨加工。外圈壁厚一般大於2.5mm，故外圈剛性（xìng）較好，不宜變形。熱鍛軸承萬向節結構示意如圖2所示，熱鍛軸承結構示意如圖3所示。

      4     熱鍛軸承萬向節的轉向傳動軸角間隙分析

      設（shè）連接轉向軸的萬向節十字軸長度為!，十字軸（zhóu）軸頸（jǐng）和軸承內複圓的徑向間隙為"。將一（yī）節（jiē）叉剛性固定（dìng），另一個轉向節叉加正向力（lì）矩（jǔ），即加載+10N.m的力矩，則萬向節十字軸一軸頭與軸承（chéng）內複圓的接觸如（rú）圖4所示。

      再（zài）在（zài）同一節叉（chā）加（jiā）一反向力矩，即加載-10N.m力矩，則此萬向節十（shí）字軸（zhóu）上的同一軸頭與軸承（chéng）內複圓（yuán）接觸如圖（tú）5所示。

      加正負載荷時萬向節（jiē）十（shí）字（zì）軸一個方向（xiàng）的軸頭與內複（fù）圓徑向間隙引（yǐn）起的轉向軸角間隙α如圖6所示。

      萬向（xiàng）節一軸（zhóu）頭與內（nèi）複圓徑向間隙（xì）引起的轉向軸角間（jiān）隙計算如下：α=2arctg(T/L)。轉向軸的角間隙由萬向節兩個（gè）方（fāng）向的軸（zhóu）頭引起，故轉向軸（zhóu）總的角間（jiān）隙β=2α。轉向萬向節一般尺寸較小，其十字軸長度不超過40mm。當一轉向傳動軸角間隙要求≤0.15度（dù）時，即β=0.15度（dù），α=0.075度。根據以上公式α=2arctg(T/L)計算得T=0.026mm，即十字軸軸頸與軸承（chéng）內複圓之間的最大徑向間隙為0.026mm。為（wéi）使萬向節裝叉後不產生發卡現象，十字軸軸頸與軸承內複圓最小（xiǎo）徑向間隙（xì）應保證為0.004mm，故萬向節軸頸和軸承（chéng）內複圓的累積誤差為0.026-0.004=0.022mm。由於（yú）十字軸四個軸頭公差無法分檔，一般十字（zì）軸磨削加工後軸頸最小公差為（wéi）0.008mm，內複圓直徑（jìng）的公差隻有0.014mm，即（jí）滾針和外圈內徑的累積公差為0.014mm，滾針最小公差為0.003mm，在直徑方向的累積公差為0.006mm，因而最終留給外圈（quān）內徑的公差隻有0.008mm。一般的內圓磨削（xuē）加工工藝不（bú）能（néng）達到此公差要（yào）求。

      5     鐵皮軸承萬向節的結（jié）構及軸承加工（gōng）工藝

      鐵皮軸承萬向節的外圈采用易拉伸鋼板（bǎn）衝壓拉（lā）伸而成，鋼板厚度一（yī）般為1mm。軸（zhóu）承外圈加工（gōng）工藝為：下料-衝壓成形-熱處理（碳氮共滲）-竄光。且經衝（chōng）壓拉伸（shēn）成形後的（de）壁厚一般為("5$$左右，在外（wài）力作用（yòng）下易變形。鐵皮軸承萬向節結構示意如圖7所示，鐵皮軸承結構示意如圖8所示。       

      6 鐵皮軸承萬向節的轉向（xiàng）傳動軸角間（jiān）隙分析

      轉向傳動軸采（cǎi）用鐵皮軸承萬向節，可通過軸承外徑與節叉內孔過盈配合、十字軸軸頸與（yǔ）軸承內複圓過渡配合（hé）來達到較（jiào）小的角間隙。具體原理如（rú）下：轉向萬向節的尺寸較小，軸承外徑為14~20mm左右，外圈用厚度為1mm的鋼板衝壓而成，衝壓成形後外（wài）圈壁厚一般為0.8mm左右，在較小外力作用下易變形。軸承外徑（jìng）與節叉內孔之間采用過盈配合，當鐵皮軸承壓入節叉時隨節叉（chā）內孔的形狀得（dé）到整形。軸承內複圓（yuán）與十（shí）字（zì）軸軸頸之間采用過渡配合，當十字軸壓入軸承時軸承內複（fù）圓隨十字軸的軸頸得到脹大，進一步（bù）進行一定程度整形，使十字軸軸頸和軸承內複圓之間能在保持較（jiào）小的徑向間隙的同時轉動（dòng）靈活。

      7鐵（tiě）皮軸承萬向節的轉向軸角間隙試驗證（zhèng）

      對要求萬向節軸承外徑為15mm的轉向軸采用鐵皮（pí）軸承萬向節進行角（jiǎo）間（jiān）隙試驗驗證。選用節叉孔（kǒng）尺寸為（wéi） ，根據以上（shàng）分析合理設計（jì）十字軸軸頸、軸承內複圓、軸承外徑和標準圈的尺寸，以達到角間隙≤0.15度的要（yào）求。

      7.1 軸承外徑、內徑尺寸為使軸承壓（yā）入節叉後達到較好的整形效果，使兩（liǎng）者有0.05mm左右的過盈量，同時由於鐵皮軸承熱處理後不進行機加工，軸承外徑（jìng）公差較大，故將軸承外（wài）徑尺寸定為 。內（nèi）複圓尺寸根據外圈（quān）壁厚0.8mm、滾針直徑 1.5mm計算出，可定（dìng）壓入標準圈時內複圓尺（chǐ）寸為（wéi） 。                        

      7.2 標準（zhǔn）圈尺寸                                                           

      標（biāo）準圈起標準節叉的作用，其尺寸與節叉孔尺寸在理論上應一致，可定為 。            

      7.3 十字軸軸（zhóu）頸尺寸（cùn）                                                    

      為滿足其苛刻（kè）的角間隙要求，十字（zì）軸軸（zhóu）頸應與軸承內複圓過（guò）渡配（pèi）合，軸頸尺寸定為 。

      對按（àn）以上尺寸生產的 * 個產品進行角間隙試驗（yàn）驗證，具體結果如表1所示。

      根據試驗可知，通（tōng）過合理設計鐵皮軸（zhóu）承轉向萬向節的各配合尺寸（cùn），裝一個萬（wàn）向節的無滑動花鍵轉（zhuǎn）向軸在正負加（jiā）載10N.m情況下可以達到角（jiǎo）間隙≤0.15度的苛刻要求。                         

      8     結束語（yǔ）

      根據以上分析和測試可知，裝一個轉向（xiàng）萬（wàn）向節的（de）無滑動花鍵（jiàn）轉向軸角間隙要（yào）達（dá）到≤0.15度-的要求，應該改（gǎi）變傳統的采用熱鍛軸承萬向節的方法，而（ér）采用鐵皮軸承萬向節代替。即通過合理設計十字軸軸頸、內複圓直徑、叉子孔直徑尺寸，達（dá）到軸承外（wài）徑與節叉內（nèi）孔過盈配合、十字軸與壓入後的（de）軸承過渡（dù）配合狀態，使十字軸和軸承內複圓之間能在保持較小的徑向間（jiān）隙的同時轉動靈活（huó），可滿足角間隙≤0.15度的（de）要求。同時由於轉向萬向節在使用中承受力矩較小，故使用鐵皮軸承萬向節（jiē）也能滿（mǎn）足產品使用中的（de）其它性能要（yào）求。另外，鐵皮（pí）軸承節省材料（liào），加工工藝簡單，具有較好的實用推（tuī）廣性。