利用有限元分析方法找出万向节早期失效的原因，根据有限元分析结果同时结合失效情况和性能试验结果，对万向节进行分析改进，可显著提高万向节的性能。

我公司为国外某客户开发设计的某型号万向节，其高速磨损试验要求较高。经过对失效件进行分析，我们发现主要失效原因为万向节轴承滚针在高速旋转过程中磨损、碎裂后发热，使得油封失效，油脂溢出，最终导致万向节早期失效。为此，我们对此万向节从设计上予以分析、改进，以提高万向节的性能。

首先，我们对十字轴进行静强度有限元分析，得出十字轴有限元应力分布情况，发现最大应力值在十字轴台肩根部，最大应力值为704.195MPa。十字轴应力分布云图如图1所示。

同时，对轴承滚针模拟工作状况进行有限元分析，得出滚针有限元应力分布情况，滚针的最大应力值为1456MPa，位置在滚针的头部。轴承滚针应力分布云图如图2所示。

根据以上有限元分析结果，结合失效情况及万向节性能试验结果，我们从以下方面进行分析改进：

第一，万向节滚针碎裂，磨损加剧后万向节加速升温，温度过高使得油封失效，油脂溢出，最终导致万向节早期失效。为此，我们对滚针选用东北特钢模注钢GCr15材料，并对直径3mm分组，并且滚针头部圆角采用两光滑圆弧过渡连接，以降低滚针的集中应力，防止滚针早期碎裂导致轴承磨损及损坏；

第二，油封结构调整为内油封+防尘罩结构，同时采用耐高温丙烯酸酯材料；

第三，增设尼龙垫片，防止十字轴烧结；

第四，十字轴和外圈增设软磨工艺，以便十字轴和外圈得到一致性较好的表面淬硬层。

改进后，我们再次进行有限元分析。从改进后的十字轴应力分布图上看（见图3），改进前后的十字轴应力为819.405MPa，最大应力值略有上升，由于十字轴的轴颈调小，十字轴理论强度略有下降。从改进后轴承滚针应力分布云图上看（见图4），改进后的轴承滚针最大应力值为1294MPa，下降了11%，滚针理论应力已大大改善。

改进后的十字轴最大应力值上升了，我们对改进后的万向节按机械设计原理进行计算，其理论额定转矩为1000N.m，高于客户要求的强度。最终，我们对改进后的万向节制作了样件并进行磨损性能试验，磨损寿命达到461h，比原结构的万向节磨损寿命250h提高了80%以上。