1、結構簡介

交叉槽式等速萬向節的典型結構如圖1所示，主要由外殼、星形套、保持架、鋼球等組成，交叉槽式等速萬向節實物如圖2所示，它是汽車等速萬向節傳動軸總成（圖3）中的伸縮端（在改變兩軸角度的同時亦改變軸向距離），是技術含量很高的核心部件之一。傳動軸總成實物如圖4所示。

1—外殼體；2—鋼球；3—星形套；4—保持架

圖1 交叉槽式等速萬向節

圖2 優化的交叉槽式等速萬向節實物

1—球籠式等速萬向節；2—鋼絲擋圈；3—固定端大卡箍；4—固定端密封套；5—固定端小卡箍；6—傳動軸；7—伸縮端密封套；8—伸縮端大卡箍；9—護圈；10—交叉槽式等速萬向節；11—擋圈

圖3 等速萬向節傳動軸總成

圖4 等速萬向節傳動軸總成實物

該總成的主要功能是：當主動軸、從動軸同時有一定角位移及軸向位移等復雜工況下，仍能平穩、可靠、靈活、精確的傳遞運動和轉矩。它在汽車前（后）橋傳動系統中，得到了極其廣泛的應用，傳動軸總成中的固定端（只改變兩軸的角度）與前（后）橋中的輪轂聯結；伸縮端與變速箱中的差速器聯結。

2、產品的優化設計

由于現代汽車能源結構的多元化，特別是外部環境惡劣、路況復雜，對交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成的可靠性、耐久性等提出了更高、更嚴格的要求。而原普通設計的交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成結構不合理，特別是一系列結構主參數沒有經過優化設計和精確計算，滿足不了上述要求，使用中經常出現可靠性差、不耐沖擊、早期失效等質量問題。

根據交叉槽式等速萬向節的結構特征，幾何原理，整車對等速萬向節傳動軸總成的新要求等，用最優化原理和數值計算等方法，對交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成各主要參數進行了優化設計和計算，使產品的結構、主參數、使用性能等，實現科學、合理、最佳的匹配。經理論分析，各種性能試驗，特別是長時間的使用驗證表明，優化設計后交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成的技術質量優勢凸顯，交叉槽式等速萬向節優化設計前、后的性能對比見表1。

表1 交叉槽式萬向節優化設計前、后的性能對比

3、優化設計后的使用效果

按上述原理和方法設計了80余款各種汽車用含有交叉槽式等速萬向節的傳動軸總成，為驗證是否達到整車的性能要求，先后進行了扭轉疲勞和周期循環壽命等臺架試驗。并與同類型、同規格的產品進行對比，通過對大量的試驗數據和結果的統計分析，得出：同結構、同系列、同規格的汽車用交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成，優化設計較非優化設計的承載能力提升25%～35%。

我們知道，交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成的使用壽命是承載能力的函數，并且是呈非線性的立方關系。顯然，函數（使用壽命）的改變量約等于自變量（承載能力）改變量的3倍。若交叉槽式等速萬向節傳動軸的承載能力提升35%會使其使用壽命提升100%。亦即，經優化設計后的汽車交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成的使用壽命是非優化設計的2倍。

多年的使用效果，亦和上述的結論吻合。例如：在重慶，以山路、坡路為主的道路環境中，幾年前非優化設計的出租車用交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成，經常發生各種各樣的質量問題，可靠性差、使用壽命較短。各傳動軸的經銷商只能向客戶保用5萬公里。經過優化設計后，質量問題大幅降低，可靠性、使用壽命大幅度提升，很多出租車行駛三十余萬公里，仍未見異常。這一使用效果，更加證明了優化設計的汽車用交叉槽式等速萬向節及傳動軸總成的可靠性、使用壽命等優勢凸顯。

4、前景展望

優化設計的交叉槽式等速萬向節是對該領域基礎理論、產品設計方法的原始創新和顛覆性的突破。可以改變汽車傳動軸產品的結構和技術格局，打破國外在該領域核心技術的壟斷地位，推動汽車傳動軸產品的更新換代和產業發展。