电动方程式赛车设计中的万向节选择与影响

普通的十字轴式万向节，主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位元件和橡胶密封件等组成。这里比较3种万向传动的运动方案，即单十字轴式万向节、双十字轴式万向节和双联式万向节。

1.单十字轴式万向节传动

单十字轴运动分析见图4－17，当十字轴万向节的主、从动轴之间的夹角为α时，主、从动轴的角速度ω1、ω2之间存在以下关系，即

图4－17　单十字轴运动分析

式中，θ1为主动叉转角，定义为万向节主动叉所在平面与万向节主、从动轴所在平面的夹角。从式（4－13）中可以看出，当主动轴以等角速度转动时，从动轴角速度为周期函数，传动时快时慢。因此，单十字轴式万向节传动为不等速传动。

单十字轴式万向节对方向盘与转向轮的不等速性影响较大，但仍有些车队选择这种设计。其原因是单十字轴式万向节结构最为简单，而且转向角度比较小时不等速性可以忽略。

2.双十字轴式万向节传动

当输入轴与输出轴存在夹角时，单十字轴式万向节的输出轴相对于输入轴是不等速传动的。为使处于同一平面的输出轴与输入轴等速旋转，可采用双十字轴式万向节传动，但必须保证与传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面内，且使两个万向节夹角相等，如图4－18所示。(www.xing528.com)

图4－18　双十字轴式万向节

在双十字轴式万向节传动中，直接与输入轴和输出轴相连的万向节叉所受的附加弯矩分别由相应轴的支承反力平衡。当输入轴与输出轴的轴线平行时（图4－19（a）），直接连接传动轴的两个万向节叉所受的附加弯矩彼此平衡，传动轴发生图4－19（c）中虚线所示的弹性弯曲，从而引起传动轴的弯曲振动。当输入轴与输出轴的轴线相交时（图4－19（b）），传动轴两端的万向节叉上所受的附加弯矩方向相同，不能彼此平衡，传动轴发生图4－19（d）中虚线所示的弹性弯曲，因此对两端的十字轴产生大小相等、方向相反的径向力。此径向力作用在滚针轴承底部，并在输入轴与输出轴的支承上引起反力。在传动轴上的弹性弯曲会增加转向系统的自由行程，合理布置转向柱能够有效减小转向柱的弹性弯曲程度。

图4－19　附加弯矩对传动轴的作用

3.双联式万向节传动

双联式万向节可看作中间传动轴长度缩减至最小的双十字轴式万向节系统，如图4－20所示。双联式万向节的优点是允许两轴间的夹角较大（一般可达到50°）；缺点是外形尺寸大，结构较复杂，传递转矩有限。

图4－20　双联式万向节

双联式万向节与双十字轴式万向节相比，少了中间传动轴，但其他的传动轴长度增加，因此在转向运动过程中，转向柱产生的挠度更大，应当在转向柱上加装固定结构以使转向平稳，从而提高转向系统可靠性。