1     前言

      轉向萬向節主要（yào）是連接（jiē）轉向軸和轉向（xiàng）傳動軸或連接轉向傳動軸和轉向器（qì），用（yòng）來傳遞運動和扭矩的零件。其傳遞（dì）的力矩一般較小，但其（qí）精度，特別是在加載過程中使轉向傳動軸產生的角間隙會直接影響轉向係統的靈敏度。在QC/T649-2000汽車轉向傳動軸（zhóu）總成性能要求及試驗方法中，要求裝一個萬（wàn）向節的無滑動花鍵轉向（xiàng）軸在正（zhèng）負加載3N.m情（qíng）況下（xià）角間隙≤0.25度。隨著汽車技（jì）術的（de）發展（zhǎn），對汽車各性（xìng）能要求（qiú）日益提高，如國際轉向傳動軸知名企業DOUGLIAC公司，要求裝一個萬向節的無滑動花鍵（jiàn）轉向軸在正負加載10N.m情況下角間隙（xì）≤0.15度。

      一般的裝熱鍛軸承萬向節的轉向傳動軸無法達到該要求，而采用裝鐵皮衝壓軸承萬向節的轉向傳動軸卻能達到對角間隙的苛刻（kè）要求（qiú）。

      2     轉（zhuǎn）向傳（chuán）動軸的角間隙及其產生

      兩根無滑動花鍵轉向軸傳動叉之間（jiān）連接一隻十字軸萬向節，兩傳動叉保持在一條直（zhí）線上，對（duì）其中一根傳動（dòng）叉作剛性固定，對另一根傳動叉施加一定量正負扭矩，其正向扭轉極限位置到負向扭轉極限位置的夾角即為轉向傳動軸的角間隙。角間隙的產生一方麵是由於接叉和萬向節在外力作（zuò）用下產生剛性變形，另一方麵是由於熱鍛軸承萬向節其十字軸軸頸與軸承內複圓之間存在徑（jìng）向間隙。轉向傳動軸受力矩較小，節叉和萬向節不會變形，角間隙（xì）主要由十字軸軸頸（jǐng）與軸承內複圓之間存在的徑向間隙（xì）產生（shēng）。角間隙（xì）測試示意如圖1所示。

      3     熱鍛軸承萬向節的（de）結構及軸承加工工藝

      熱鍛軸承萬向節的外圈材（cái）料一般為20Gr，為達到其性能要求，采用如（rú）下加工工藝：熱鍛-車加工-熱處理（滲碳淬火）-磨加工。外圈壁厚一般大（dà）於2.5mm，故外（wài）圈剛性較好，不（bú）宜變形。熱鍛軸承萬向節結構示意如圖2所示，熱（rè）鍛軸承結構示意如圖3所示。

      4     熱鍛軸承萬（wàn）向節的轉向傳動軸角間隙分析

      設連接（jiē）轉向軸的萬向節（jiē）十字（zì）軸長度為!，十字（zì）軸軸頸和軸承內（nèi）複圓的徑向間隙（xì）為"。將一（yī）節叉剛性固定，另一個轉向節叉加正向（xiàng）力矩，即加載+10N.m的力矩，則萬向節（jiē）十字軸一軸（zhóu）頭與軸承內複圓的接觸如圖（tú）4所示。

      再在同一節叉（chā）加（jiā）一反向力（lì）矩，即加（jiā）載-10N.m力（lì）矩，則此（cǐ）萬向節（jiē）十字軸上的同一軸頭（tóu）與軸承內複圓接觸如（rú）圖5所示。

      加正負載荷時萬向節十字軸一個方向的軸頭與內（nèi）複圓徑向間隙引起的轉（zhuǎn）向軸（zhóu）角間隙α如圖6所（suǒ）示。

      萬向節一軸頭與內複（fù）圓徑向間隙引起的（de）轉向軸角間隙計算（suàn）如下：α=2arctg(T/L)。轉向軸的（de）角間隙由萬向節兩個方向（xiàng）的軸頭引起，故轉向軸總的角間隙β=2α。轉向萬向節一般尺寸較小（xiǎo），其（qí）十字軸長度不超過40mm。當一轉向傳動軸角間隙要求≤0.15度時，即β=0.15度，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內複圓之間的最大徑向間隙為（wéi）0.026mm。為使萬向節裝（zhuāng）叉後不產生發卡現象（xiàng），十字軸軸頸與軸承內複圓最小徑向間（jiān）隙應（yīng）保證為0.004mm，故萬（wàn）向（xiàng）節軸頸和軸承內複圓的累積誤差為（wéi）0.026-0.004=0.022mm。由於十字軸四個軸頭公差無（wú）法分檔，一般十字軸磨（mó）削加工後軸頸最小公差為0.008mm，內複圓直徑的公差隻有0.014mm，即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（zhí）徑方向的累積公差（chà）為0.006mm，因而最終留給外圈內（nèi）徑（jìng）的公差隻有0.008mm。一般的內圓磨（mó）削加工工藝不能達到此公差要求。

      5     鐵皮軸承萬（wàn）向節（jiē）的結構及軸承加工工藝

      鐵皮軸承萬（wàn）向節的外圈采用易拉伸鋼板衝壓（yā）拉伸而（ér）成，鋼板厚（hòu）度一（yī）般為1mm。軸承外圈加工工藝為：下料-衝壓成形-熱處理（碳氮共滲）-竄光。且經衝壓（yā）拉伸成形後的壁厚一般為("5$$左右，在外（wài）力作用下（xià）易變形。鐵皮軸承萬向節結構示（shì）意（yì）如圖7所示，鐵皮軸承結構示（shì）意如圖8所示。       

      6 鐵皮軸承萬向節的轉向傳動（dòng）軸角間隙分析

      轉向傳動軸采用鐵皮軸承萬向節（jiē），可（kě）通過軸承外徑與節叉內（nèi）孔過盈配合、十字軸軸頸與軸承內複圓過渡配（pèi）合來達到較小的角間隙。具體原理如下：轉向萬向節的尺寸較小，軸承（chéng）外徑為（wéi）14~20mm左右，外圈用厚度為1mm的鋼板衝壓而成，衝壓成形後外圈壁厚一般為0.8mm左右，在較小外力作用下易變形。軸承外徑與節叉（chā）內孔之間采用過盈配合，當鐵（tiě）皮軸（zhóu）承壓入節（jiē）叉時隨節（jiē）叉（chā）內孔的形狀得到整形。軸承內複圓與十字軸軸頸（jǐng）之間采用過（guò）渡配合，當十字軸壓入軸承時軸承內（nèi）複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（zhóu）頸和軸承內（nèi）複圓之（zhī）間（jiān）能在保持較小的徑向（xiàng）間隙的同時轉動靈（líng）活。

      7鐵皮軸（zhóu）承萬向節的（de）轉向軸角間隙試驗（yàn）證

      對要求萬向節軸承外徑為15mm的轉向軸采用鐵皮軸（zhóu）承萬向節（jiē）進行角間隙試驗驗證。選用節叉孔尺（chǐ）寸為 ，根據以上分析合理設計十字軸軸頸、軸承內複圓、軸承外徑和標準圈的尺（chǐ）寸，以（yǐ）達到角間隙≤0.15度的要求。

      7.1 軸承外徑、內（nèi）徑尺（chǐ）寸為（wéi）使軸承壓入節叉後（hòu）達到較好的整形效（xiào）果（guǒ），使兩者有0.05mm左右（yòu）的過盈量，同時由於（yú）鐵皮（pí）軸承熱處理後（hòu）不進行機加工，軸承外徑公差較大，故將軸承（chéng）外徑尺寸定為 。內（nèi）複圓尺寸根據外圈壁厚0.8mm、滾針直徑（jìng） 1.5mm計算出，可（kě）定壓入標準圈時內複圓尺寸為 。                        

      7.2 標準圈尺寸                                                           

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

      7.3 十字軸軸頸尺寸                                                    

      為滿足其苛刻的角間隙要求，十字軸軸頸應與軸承內複圓（yuán）過渡配合，軸頸（jǐng）尺寸定為（wéi） 。

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

      根據試驗可知（zhī），通過合理設計鐵皮軸承轉（zhuǎn）向萬向節的各配合尺寸，裝一個萬向節的無滑動花（huā）鍵轉向軸在正負加載10N.m情況下可以（yǐ）達到角間隙（xì）≤0.15度（dù）的苛刻要求。                         

      8     結束語

      根據以上分析和測（cè）試可知（zhī），裝一個轉向萬向節（jiē）的無滑動花鍵轉向軸角間隙要達到≤0.15度-的要求，應該改變傳統的（de）采用熱鍛軸承萬向節的方法，而采用鐵皮軸承萬向節代替。即通過合理設計（jì）十字軸軸頸、內複圓直徑、叉子孔（kǒng）直徑尺寸，達到軸承外（wài）徑與（yǔ）節叉內孔過盈配合、十字軸與壓入後的軸（zhóu）承過渡配合狀態，使（shǐ）十字軸和軸承內複（fù）圓之間能在保持較小的徑向間（jiān）隙的同時轉動靈活，可滿足（zú）角間隙（xì）≤0.15度的要求。同時由於轉向萬向節（jiē）在使用中承受力矩較小，故使用鐵皮軸承萬（wàn）向節也能滿足產品使用中（zhōng）的其它性能要求。另外，鐵皮軸承節（jiē）省材料，加工（gōng）工藝簡單，具有較好的（de）實用推廣性。