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1、等速万向节的轻量化、小型化1前言在作为汽车用驱动轴所使用的等速万向节(CVJ： Constant Velocity Joint)中， 使用如图1所示的在轮胎一侧取较大动作角的固定式等速万向节、在发动机一侧 可以轴向滑动的滑动式等速力向节。在汽车起动时引起的车身横向摆动和A/T车在怠速当中所产生的振动，很 大程度上是传递发动机动力的滑动式等速万向节的感应推力和推力阻力这些振 动特性锁影响。图1前轮驱动NTN,为了消除这些振动现彖，在2002年将与原来型低振动万向节相比， 将振动特性值降低了 50%以上的等速万向节PTJ投放了市场，并且进行了扩 大生产。rpuj是，等速万向节取出角度，即使动作，由
2、于内部部件的滚子盒在外 轮的滚子椚上保持一定的姿态顺畅地滚动，因此，它可以不依赖动作角度，控制 摩擦阻力，能够稳定地维持较低的振动特性值。由此，实现将等速万向节在低速 旋转时所发生的感应推力降低到原來型低振动万向节的约50%,这样的话，就可 以大幅度地改善汽车起动加速时的横向摆动。另外，它人幅度地减少了推力阻力, 因此可以大幅度地改善A/T车的怠速振动特性。新开发的rEPTJJ采用了与PTJ同一机构，并口附加了 FEM和机构解析 等电脑支援技术，另外，根据质量工学（强力设计）的应用，进行部件内部设计 和热处理的最佳化，在维持与PTJ同等的振动特性的同时，实现了小型化和 轻量化。2构造图2表示的
3、是新开发的EPTJ的外观。EPTJ具冇与r PT J J同一的内部构造,根据内部部件的接触状态和滚了盒的姿态稳定化处理，降低了摩擦力。图2 EPTJ的外观图3表示的是EPTJ与PTJ的构造比较。内部构造与PTJ相同，是出滚子盒 （内环、外环、开口环、滚针）+枢轴+外轮而构成，以图提高等速万向节的装 配性。图3PTJ与EPTJ的构造另外，如图4所示，EPTJ的外轮外径与PTJ相比，实现了约4%的小型化（本 公司比：小1号尺寸），在重量方面，由于外轮与内部部件的小型化，与PTJ相比，实现了约8%的轻量化。HTN万向节尺寸图4 PTJ与EPTJ的外轮外径比较外轮外疔注3功能由于等速万向节的轻量化和小
4、型化，在振动性能和强度、寿命方面受到了影 响，但是，对这些情况进行了改善处理，实现了一点也不逊色于现冇件的机能水 平。3.1降低感应推力由丁等速万向节的感应推力（等速万向节的外轮与轴具冇角度进行旋转时候 的万向节部件Z间内部摩擦而引起的感应轴力），与实车加速度时的车体横摆是 相关的，根据降低该感应推力，就能够控制车身横摆振动。4681012 U动作角deg35040302010 感应推力三次成分图5感应推力EPTJ与PTJ同样，以枢轴的轴颈作为椭圆柱（负荷点：长径一侧），将与在It相接的内环内径而作为凸R,根据这样的接触形态来使驱使动作中的滚子盒倾 斜的力矩变小，使外轮与滚了盒的姿态稳定，其结
5、果如图5所示的那样，EPTJ 不受动作角度的影响，经常地保持为较低的感应推力。在该图当中，EPTJ的值 与PTJ的值大致相等。3.2降低推力阻力等速万向节的推力阻力（使等速万向节的外轮向轴向进行激振推力的时候所 产生的阻力）与A/T车的D挡怠速振动有关，根据降低该推力阻力就可以控制 怠速振动。EPTJ与PTJ样，滚子盒的内径与枢轴轴颈部分可以进行摆头动作。也就 是，滚子盒只是向外轮轴向滚动，可以只是由滚针的滚动承受外轮轴向的激振力, 如图6所示，EPTJ不受动作角度的影响，保持较低的推力阻力。在本图当中， EPTJ的值与PTJ的值大致相同。604020角度乙-静态激振推力阻力100加图6静态激
6、振推力阻力3.3强度、耐久性EPTJ内部部件的强度是，静态扭曲强度、扭曲疲劳强度都要在外轮轴杆或 者是轴强度以上的强度，充分具有耐实用的强度。EPTJ的耐久性是，高负荷摆动耐久、低负荷摆动耐久都要拥有比具有长年 出色实际业绩的DOJ （球型滑动式等速万向节）同等以上的耐久性。另外，即使 与其它公司制造的相比，也要具有同等以上的耐久性。4解析的应用为了综合良好地平衡提高EPTJ的强度、耐久、NVH特性，如图7所示，为 了决定作为主耍部件的外轮、枢轴、滚子盒的最佳形状，附加FEM应力解析， 与实物评价结果相联系地，在降低应力水平上下功夫。图7外轮FEM应力解析事例另外，如图8所示作为动态解析，附加
7、机构解析，把握由于EPTJ的动作所 产生的内部力和部件的动态，进行内部尺寸的最佳化。5质量工学的应用EPTJ在为了将PTJ小型化的设计，对由丁各个部件的刚性下降和接触而的 增加所带来的机能特性是有影响的，在这当中，对NVH特性的影响较大，特别 是在高负荷力矩情况下的感应推力恶化最为明显。因此，为了进行强力设计，使 用了质量工学。在质量工学中，首先是从明确低振动等速万向节开始，将可能涉及到其机能 的控制因素和使用条件、制造误差全部列入表中，进行了使用了 L18正交表的 实验。在这当中，选择获得效果较高的因素，加入到EPTJ的设计当中。如图9所示，运用了质量工学后的EPTJ感应推力与运用前的相比，
8、可以降 低约50%o501005011(N)感应推力三次成分图8机构解析事例PA配配PD 力力力力 负负负负(N)感应推力三次成分510动作角(dr)500510动作角(deg)图9应用降低感应推力工学事例6结束语 感应推力的大小不受万向节角度的影响，实现了与PTJ同等低振动。 静态激振推力阻力的大小不受万向节角度的影响，实现了与PTJ同等低 振动。 外轮外径与PTJ相比，小型化了约4% (本公司比小型了一个号的尺寸)。 重量与PTJ相比轻量化了约8%o 最大动作角与PTJ相同，实现了 26。EPTJ与原来件相比也更加轻量化、小型化了，几乎就是不受动作角度 影响的低振动滑动式等速万向节。它在车辆平面布置设计上，对空间效率和 在常用角度变大情况的怠速时、以及起动时、加速时，高扭矩发挥作用的车 辆来说，将会充分地发挥其性能。
