現(xiàn)代轎車多采取發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動的總體布置形式，前輪既是轉(zhuǎn)向輪又是驅(qū)動輪。作為轉(zhuǎn)向輪，要求它能在最大轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)動某一角度；作為驅(qū)動輪，則要求驅(qū)動軸在車輪偏轉(zhuǎn)以及車輪相對于主減速器上下運動過程中，不間斷地把動力從主減速器傳到驅(qū)動車輪上。因此，其驅(qū)動軸不能制成整體而要分段，并且要用萬向節(jié)連接，以適應(yīng)行駛時驅(qū)動軸各段交角變化的需要。為保證驅(qū)動軸兩端角速度變化均勻，其萬向節(jié)必須能實現(xiàn)等速傳動，即等角速萬向節(jié)（CVJ）。
由于現(xiàn)代轎車的前輪大都采用獨立懸架，則靠近差速器處和靠近車輪處均需有等角速萬向節(jié)，其功能是將發(fā)動機經(jīng)變速器傳出來的扭矩均勻地傳給驅(qū)動輪，同時還要滿足由于車輪跳動而引起的軸向伸縮和轉(zhuǎn)向要求。
等角速萬向節(jié)的分類
常用的轎車等角速萬向節(jié)有兩種，分別為：球籠式，即RF型，用在車輪一側(cè)，有等速作用，無軸向滑動；筒式，即VL型，用在變速器差速器一側(cè)，既有等速作用又能軸向滑動。
前輪驅(qū)動用的等角速萬向節(jié)驅(qū)動軸（亦稱半軸）位于驅(qū)動橋差速器和前輪之間，圖1給出了這種傳動系的構(gòu)成簡圖。扭矩經(jīng)差速器的內(nèi)半軸①、VL等角速萬向節(jié)②、中半軸③、RF等角速萬向節(jié)④、前輪轂⑤傳至驅(qū)動輪。
圖1 轎車等速萬向節(jié)驅(qū)動軸
典型零件的制造工藝
1．外半軸外環(huán)
（1）零件特點及毛坯加工
外半軸外環(huán)（見圖2）也稱外星輪、鐘形殼，是一個帶有花鍵軸的鐘形零件。鐘的內(nèi)腔由球道和球面構(gòu)成，內(nèi)球面的球心為O。在A－A剖面中，球道的曲線為以A為圓心的圓弧，A與O的偏心距為l1。
圖2 外半軸外環(huán)
外半軸外環(huán)的材料和毛坯為CF53，鍛件，單件凈質(zhì)量為1.3kg。毛坯加工采用鍛造方式，經(jīng)過棒材切斷、加熱、輥鍛、制坯、預(yù)鍛、終鍛等幾道工序，然后經(jīng)過正火處理和噴丸處理。
（2）機械加工工藝過程
方案一：粗、精車外軸頸及端面（CNC車床）→車內(nèi)圓、端面（CNC車床）→搓花鍵（搓齒機）→清洗（清洗機）→銑球道（球道銑床）→感應(yīng)淬火（中頻感應(yīng)淬火機床）→回火（回火爐）→磨端面、外圓（端面外圓磨床）→磨內(nèi)球面（內(nèi)球面磨床）→磨球道（球道磨床）→終檢。
方案二：外表面車削（CNC車床）→內(nèi)表面車削、銑球道（車銑復(fù)合設(shè)備）→搓花鍵（搓齒機）→清洗（清洗機）→感應(yīng)淬火（中頻感應(yīng)淬火機床）→回火（回火爐）→內(nèi)表面硬車（CNC車床）→內(nèi)表面球道硬車硬銑（車銑復(fù)合設(shè)備）→探傷（探傷機）→清洗（清洗機）→終檢。
（3 ）關(guān)鍵工藝和設(shè)備
①花鍵加工
因為花鍵模數(shù)比較小，模數(shù)為1.0583mm，故采用搓齒機搓花鍵，可大大提高效率，且加工質(zhì)量好。
②球道加工
傳統(tǒng)的工藝是采用球道銑床和球道磨床進行銑削和磨削加工，典型設(shè)備有原德國EX-CELL-O公司的球道銑床：XG620可同時加工兩個零件，工件由液壓卡盤水平卡緊，加工完一個球道后夾盤分度60°，銑削主軸固定在復(fù)合導(dǎo)軌上，X軸和Z軸數(shù)控；XG624采用旋轉(zhuǎn)工作臺，在銑削加工過程中可進行工件的裝卸；XG610采用3工位，工位1裝卸零件，工位2粗銑，工位3精銑。EX-CELL-O的球道磨床XG660通過B軸的擺動和X軸、Y軸的移動完成工件的磨削（見圖3）。
圖3 EX-CELL-O球道磨床XG660通過B軸的擺動和X軸Y軸的移動完成工件的磨削
采用意大利NOVA的4G-S M 20/130 G型內(nèi)圓磨床（見圖4）加工等角速萬向節(jié)鐘形殼的內(nèi)球面。通過內(nèi)插法整形，帶有通過轉(zhuǎn)動工作頭來自動校正錐度的裝置，磨頭與加工區(qū)分開，可在無有害物質(zhì)的環(huán)境中操作。
圖4 NOVA的4G-S M 20/130 G型內(nèi)圓磨床用于加工等角速萬向節(jié)鐘形殼的內(nèi)球面
對內(nèi)球面和球道除采用傳統(tǒng)的單機分別磨削外，為保證球道與球面間的位置精度，現(xiàn)已可用硬車、硬銑（德國EMAG的設(shè)備）或磨削（意大利NOVA的設(shè)備）的方式在同一機床上進行加工。EX-CELL-O的等角速萬向節(jié)新型加工設(shè)備XG690可將多種型號萬向節(jié)零件的軟、硬銑及磨削加工集于一身，更換刀具主軸便可以實現(xiàn)從磨削到硬表面銑削加工的轉(zhuǎn)換。此外，該機床還可以配置零件自動定位、上料及夾緊。采用硬車、硬銑不僅大大提高了生產(chǎn)效率和零件制造質(zhì)量，也有利于對環(huán)境污染的控制。
對于球道的加工無論是用CBN砂輪磨削還是用CBN球頭銑刀硬銑，其加工方法都是工具高速旋轉(zhuǎn)進給。一條球道一次進給加工完成，然后工件再分度逐條加工其余5道。目前，更為先進的制造技術(shù)是采用精密鍛造工藝直接在毛坯上完成球道的精加工而無須磨削。
③內(nèi)表面車削
內(nèi)表面車削可以采用臥式車床、立式車床，也可以采用倒立車床，如EMAG的VSC200。該機床方便零件上下料，即可軟車也可硬車，硬車可以以車代磨，減少對環(huán)境的污染。
2.內(nèi)環(huán)
（1）零件特點及毛坯加工
內(nèi)環(huán)（見圖5）也叫內(nèi)星輪、星形套，中間為花鍵孔，外表面是球心為O的球面，球體上有6個均布的球道。在A－A剖面中，球道的曲線是以B為中心的圓弧，B點偏離O點的距離l1，但與外星輪的偏離方向相反。內(nèi)星輪的球面與球籠內(nèi)球面相配合。因此，內(nèi)星輪與球籠相對運動時只能繞著它們的公共球心O轉(zhuǎn)動。
圖5 內(nèi)環(huán)
內(nèi)環(huán)的材料和毛坯為20CoNiMa，鍛件，單件凈質(zhì)量為0.35kg。毛坯加工采用鍛造方式，熱鍛件經(jīng)過棒材切斷、加熱、終鍛、切邊、沖孔等幾道工序，然后進行正火和噴丸處理。精鍛件經(jīng)過棒材切斷、加熱、溫鍛、退火、磷皂化、精整等幾道工序。
（2 ）機械加工工藝過程
方案一：磨削外球面（卡盤式成形磨床）→磨削環(huán)形槽（意大利MECCANDORA成形磨床）→清洗（清洗機）→終檢。
方案二：車削一側(cè)（CNC車床）→車削另一側(cè)（CNC車床）→銑球道（球道銑床）→拉花鍵（拉床）→感應(yīng)淬火（感應(yīng)淬火機床）→回火（回火爐）→外表面硬車（CNC車床）→去毛刺（研磨機）→探傷（探傷機）→清洗（清洗機）→終檢。
方案三：車削（臥式雙軸數(shù)控車床）→拉花鍵（拉床）→銑球道（球道銑床）→滲碳淬火→磨削外球面（卡盤式成形磨床）→磨削球道（球道磨床）→清洗（清洗機）→終檢。
與方案二、三采用的不同之處是，方案一采用的毛坯為冷擠壓件。
（3）關(guān)鍵工藝和設(shè)備
①外表面車削
采用臥式數(shù)控車床。如果產(chǎn)量大，還可采用更先進的臥式雙軸數(shù)控車床，在一臺車床上同時加工兩個面。
②花鍵加工
采用立式拉床，可采用雙工位或三工位，也可以用精密鍛造（方案一）的工藝方法來完成加工。
③球道加工
球道加工主要有球道銑削，設(shè)備有EX-CELL-O的球道銑床XG612、XG622和XG626，加工方式和外環(huán)球道銑床相同；球道磨削設(shè)備有EX-CELL-O的XG662，加工方式和外環(huán)球道磨床XG660相同；以及意大利MECCANDORA的球道磨床。球道磨削加工有兩種方式，通常采用工件固定在專用可分度夾具上旋轉(zhuǎn)，砂輪進給同時磨削二條球道的方式進行；或者采用砂輪沿球道軌跡進給磨削的方法，球道軌跡可數(shù)控編程。
內(nèi)環(huán)的球道也可以用硬銑（方案二）和精密鍛造（方案一）的工藝方法來完成加工。
④外球面加工
采用外圓磨床進行磨削，如意大利NOVA的PGE 10/70 型外圓磨床（見圖6），用于加工內(nèi)環(huán)的外球面。外球面加工也可以采用硬車，以車代磨。
圖6 NOVA的PGE 10/70 型外圓磨床用于加工內(nèi)環(huán)的外球面
3. 保持架
（1）零件特點及毛坯加工
保持架也叫球籠，是一個空心球體。內(nèi)外球面同心，球心為O，在球體上開有6個均布的能分別容納一個鋼球的長圓形球槽。球籠的內(nèi)球面與內(nèi)星輪的外球面相配合。外球面與外星輪的內(nèi)球面相配合，球心O是內(nèi)星輪、外星輪相對運動的公共中心。因此，球籠有兩個作用：一是使內(nèi)星輪、外星輪圍繞同一中心O轉(zhuǎn)動，二是使6顆鋼球保持在同一平面上。
保持架的材料為SAE8617A鋼管，單件凈質(zhì)量為0.28kg。毛坯加工主要采用無屑切斷、冷成形的工藝方式，也可采用割管后光飾并滾壓成形的方式。
（2）機械加工工藝過程
方案一：平端面，切斷（切斷機）→壓成腰鼓（滾擠壓機）→沖窗口（沖床）→車外球面、內(nèi)球面（臥式雙軸數(shù)控車床）→拉窗口（三工位拉床）→清洗（清洗機）→滲碳（熱處理機床）→噴丸（噴丸機）→磨外球面（外圓磨床）→磨內(nèi)球面（內(nèi)圓磨床）→磨削窗口（窗口磨床）→拋光（拋光機）→清洗（清洗機）→終檢。
方案二： 平端面，切斷（切斷機）→壓成腰鼓（滾擠壓機）→沖窗口（沖床）→車內(nèi)球面（CNC車床）→滲碳淬火（熱處理機床）→內(nèi)表面硬車（CNC車床）→銑窗口（銑床）→外表面硬車、銑窗口（車銑復(fù)合設(shè)備）→表面光整（研磨機）→探傷（探傷機）→清洗（清洗機）→終檢。
（3）關(guān)鍵工藝和設(shè)備
①沖窗口：工件壓成腰鼓后，用沖床沖6個窗口，典型設(shè)備如英國GEORG的PHE100S沖床、英國DUNBAR & COOK沖床。
②拉窗口：采用拉床拉削保持架的窗口，有雙工位、三工位、四工位的，可同時拉削2～4個工件，典型設(shè)備如德國HOFFMANN 拉床。
③內(nèi)、外球面磨削：采用內(nèi)、外圓磨床磨削內(nèi)外球面，典型設(shè)備有美國BRYANT公司的磨床；意大利NOVA（諾瓦）外圓磨床，用于加工保持架外球面?，F(xiàn)在，內(nèi)、外球面的加工還可采用硬車加工。
④窗孔磨削：采用6支臥置的CBN砂輪同時進給，先磨下窗孔，再磨上窗孔。在磨削的同時，工件進行圓周小幅擺動。典型設(shè)備有EX-CELL-O的XG650窗口磨床，該機床對保持架窗口上下面磨削，使用六軸對保持架的6個窗口同時進行磨削，如圖7所示，可以保證保持架窗口的平行度要求。
圖7 EX-CELL-O的XG650窗口磨床，使用六軸對保持架的6個窗口同時進行磨削，
可以保證保持架窗口的平行度要求
對于窗孔精度要求相對較低的可軸向移動的球籠式萬向節(jié)保持架，也可采用拉削后控制熱處理變形的方法而不進行窗孔磨削加工。
4. 半軸
（1）零件特點及毛坯加工
半軸分成兩類，一類為實心半軸，另一類為空心半軸。實軸毛坯用棒材。空心軸管部分用鋼管，二端花鍵軸一般用冷擠壓鍛件，空心軸也可用鋼管懸壓鍛造的方式來直接制成毛坯。半軸的材料和毛坯為SAE1050棒料，左半軸單件凈質(zhì)為0.6kg，右半軸單件凈質(zhì)為2.0kg?？招陌胼S為管料和棒料，空心軸凈質(zhì)量為1.7kg。
（2）機械加工工藝過程
方案一：平端面，切斷（鋸床）→打頂尖孔、車外圓、滾花鍵（六軸自動車床）→車中間部（CNC臥式車床）→感應(yīng)淬火（感應(yīng)淬火機床）→校直（油壓機）→磁力探傷（磁力探傷機）→噴粉（涂裝設(shè)備）→終檢。
方案二：
空心管下料（切斷機）→銑焊接平面（銑床）→焊接（焊機）→軸兩端車加工成形（車床）→搓花鍵（搓齒機）→精車（車床）→去毛刺（去毛刺設(shè)備）→清洗（清洗機）→淬火、回火、檢查（淬火機床）→校直（校直機）→探傷（探傷機）→清洗（清洗機）→終檢。
實心軸下料與空心管下料步驟基本相同，只是銑端面后無需進行焊接，直接進行軸兩端的車加工成形。
（3） 關(guān)鍵工藝和設(shè)備
①花鍵加工：花鍵加工一般采用搓齒工藝（方案二），關(guān)鍵設(shè)備為搓齒機。方案一為在六軸自動車床上與外圓一起加工，但也有采用模具進行冷擠壓成形的制造工藝。
②淬火加工：中頻淬火通常采取掃描式和整體式淬火。整體式淬火的生產(chǎn)效率很高，適合于單品種、大批量生產(chǎn)，而掃描式淬火則較適合于多品種、小批量生產(chǎn)。
5. VL外環(huán)
（1）零件特點及毛坯加工
VL外環(huán)（見圖8）又稱外星輪、筒形殼，其內(nèi)圓柱面上有6條與內(nèi)星輪球道傾斜角度（15）相同，并且相鄰二條球道傾斜方向相反的直球道。
圖8 VL外環(huán)
VL外環(huán)的材料為CF53，鍛件，單件凈質(zhì)量為0.7kg，采用鍛造方式，工序流程基本同內(nèi)環(huán)熱鍛件。
（2）機械加工工藝過程
方案一：車削（CNC雙軸臥式車床）→拉球道（兩工位拉床）→中頻淬火（淬火設(shè)備）→回火（回火設(shè)備）→鉆6孔（鉆孔機床）→噴丸（噴丸機）→清洗（清洗機）→分檔。
方案二： 車削一側(cè)（CNC車床）→車削另一側(cè)（CNC車床）→銑球道（球道銑床）→中頻淬火（淬火設(shè)備）→回火（回火設(shè)備）→鉆6孔（鉆孔機床）→表面光整（研磨機）→探傷（探傷機）→清洗（清洗機）→終檢。
（3）關(guān)鍵工藝和設(shè)備
關(guān)鍵工藝主要有拉球道、中頻淬火、鉆孔、銑球道等。為提高生產(chǎn)效率和保證零件加工質(zhì)量，拉球道采用立式自動多工位機床進行加工。同時，為降低制造成本，避免球道精加工設(shè)備的投資，大多采用中頻淬火后球道尺寸分檔的方法與柱形球道外環(huán)配套裝配。
結(jié)束語
等角速萬向節(jié)是現(xiàn)代汽車必備的關(guān)鍵部件之一，它的出現(xiàn)促進了前輪驅(qū)動汽車和全輪驅(qū)動汽車的進步和發(fā)展。由于等角速萬向節(jié)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、制造工藝精密，早期受制造水平的制約發(fā)展緩慢。隨著制造水平的不斷提高，等角速萬向節(jié)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，并已逐漸形成一套獨具特色的制造體系。
（轉(zhuǎn)載）
