第六章 萬向傳動(dòng)裝置

1、第十七章 萬向傳動(dòng)裝置學(xué)習(xí)目的：·掌握萬向傳動(dòng)裝置的功用、類型和組成·掌握萬向節(jié)的類型·掌握不等速萬向節(jié)的運(yùn)動(dòng)特性、等速排列·掌握等速萬向節(jié)的構(gòu)造、等速原理·掌握傳動(dòng)軸和中間支承的構(gòu)造特點(diǎn)教學(xué)手段：課堂教學(xué)：結(jié)合模型、實(shí)物、多媒體課件。 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)：認(rèn)識(shí)零件及材料、零件間相互關(guān)系、特點(diǎn)。教學(xué)方法：講授式、啟發(fā)式、討論式、觀摩和自學(xué)相結(jié)合。第一節(jié) 概 述汽車上任何一對(duì)軸線相交，并且相對(duì)位置經(jīng)常發(fā)生變化的轉(zhuǎn)軸之間進(jìn)行動(dòng)力傳遞，均需要用萬向傳動(dòng)裝置。一、作用：實(shí)現(xiàn)軸線相交且相對(duì)位置經(jīng)常變化的一對(duì)轉(zhuǎn)軸之間的動(dòng)力傳遞。1）發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)的汽車：變速器常與發(fā)

2、動(dòng)機(jī)、離合器連在一體（動(dòng)力總成）通過彈性懸架支承在車架上，而驅(qū)動(dòng)橋通過后懸架與車架連接（投影圖），變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸很難重合；且行駛中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、路面不平產(chǎn)生振動(dòng)，使兩軸相對(duì)位置經(jīng)常發(fā)生變化。故兩軸不能剛性連接，而必須采用萬向傳動(dòng)裝置。在變速器與驅(qū)動(dòng)橋距離較遠(yuǎn)的情況下，將傳動(dòng)軸分為兩段。防止傳動(dòng)軸過長(zhǎng)使自頻率降低在高轉(zhuǎn)速下發(fā)生共振，提高同時(shí)傳動(dòng)軸工作的可靠性。如EQl090E、CAl091等均采用。2）雙軸驅(qū)動(dòng)的越野汽車：當(dāng)變速器與分動(dòng)器分開布置時(shí)，雖然它們都支撐在車架上，但為了消除制造、裝配誤差以及車架變形對(duì)傳動(dòng)系的影響，在其間也常設(shè)有萬向傳動(dòng)裝置。在三軸驅(qū)動(dòng)的越野汽車中、后橋

3、的驅(qū)動(dòng)形式有貫通式(P99圖17-2d)和非貫通式(圖17-2e)兩種，若采有非貫通式結(jié)構(gòu)時(shí)，其后橋傳動(dòng)軸也必須設(shè)置中間支承，并把它固定在中橋殼上。3）轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋：前輪既是轉(zhuǎn)向輪又是驅(qū)動(dòng)輪。作為轉(zhuǎn)向輪，要求它能在最大轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)；作為驅(qū)動(dòng)輪，則要求半軸在偏轉(zhuǎn)中把動(dòng)力傳到驅(qū)動(dòng)輪。因此，其半軸不能制成一個(gè)整體，而要分成兩段，中間有萬向節(jié)相連，以適應(yīng)汽車行駛時(shí)，半軸兩端夾角不斷變化的需要。若采用非獨(dú)立懸架，只需在轉(zhuǎn)向輪附近裝一個(gè)萬向節(jié)(圖17-2f)；若采用獨(dú)立懸架(圖17-2g)，則在靠近主減速器處也需要用萬向節(jié)；轎車均采用這種結(jié)構(gòu)。4）除了用于傳動(dòng)系，還可用于動(dòng)力輸出裝置、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)等（

4、投影圖）。二、組成：傳動(dòng)軸、中間傳動(dòng)軸、中間支承、萬向節(jié)、突緣叉、滑動(dòng)叉、花鍵軸。萬向傳動(dòng)裝置一般由萬向節(jié)和傳動(dòng)軸等組成。由于發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置之間的位置關(guān)系，有時(shí)需要將傳動(dòng)軸分成兩端，在中部加裝中間支承。三、類型：開式傳動(dòng)軸、閉式傳動(dòng)軸第二節(jié) 萬向節(jié)按扭轉(zhuǎn)方向是否有明顯的彈性，可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。前者是靠零件的鉸鏈?zhǔn)铰?lián)接傳遞動(dòng)力的；而后者則靠彈性聯(lián)接來傳遞動(dòng)力，且有緩沖減振作用。剛性萬向節(jié)又可分為不等速萬向節(jié)(普通十字軸萬向節(jié))、準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)。一、普通十字軸萬向節(jié)目前，普通十字軸萬向節(jié)是汽車傳動(dòng)系上用得最多的一種，它允許相連兩軸的最大夾角在15-200范圍內(nèi)。17-31、

5、構(gòu)造：圖17-3所示為汽車上常用的普通十字軸萬向節(jié)。兩萬向節(jié)叉2和6上的孔分別套在十字軸的兩對(duì)軸頸上。這樣當(dāng)主動(dòng)叉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)叉即隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又繞十字軸中心在任意方向擺動(dòng)。為了減少摩擦損失，提高傳動(dòng)效率，在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔之間裝有滾針8和套筒9組成的滾針軸承，然后用螺釘和蓋1將套筒9固定在萬向節(jié)叉上，并用鎖片將螺釘鎖緊，以防止軸承在離心力的作用下從萬向節(jié)叉中脫出。為了減少摩擦，十字軸做成中空的，并有油路通向軸頸，潤(rùn)滑油從油嘴3注入十字軸內(nèi)腔。為了避免潤(rùn)滑泊流出及灰塵進(jìn)入軸承，在十字軸的軸頸上裝有油封7。在十字軸的中部還裝有帶彈簧的安全閥5，如果十字軸內(nèi)腔的潤(rùn)滑油壓力過大，安全閥即被頂開

6、使?jié)櫥屯庖?，防止油封因壓力過高而損壞。十字軸萬向節(jié)的損壞程度是以十字軸的軸頸和滾針軸承的磨損為標(biāo)準(zhǔn)的，因此，潤(rùn)滑與密封直接影響著萬向節(jié)的使用壽命。為了提高它的密封性能，現(xiàn)有的十字軸萬向節(jié)多采用橡膠密封圈，當(dāng)油腔內(nèi)的潤(rùn)滑油壓力大于允許值時(shí)，多余的潤(rùn)滑油就從橡膠油封內(nèi)圈表面與十字軸頸處溢出，故在十字軸上無需安裝安全閥。2、速度特性：剛性萬向節(jié)可以保證在軸向交角變化時(shí)可靠地傳動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并有較高的傳動(dòng)效率，因此在汽車上得到廣泛的運(yùn)用。其缺點(diǎn)是單個(gè)萬向節(jié)是在輸入輸出軸有夾角的情況下，其兩軸的角速度不相等，且角速度差值隨軸間夾角口的增大而增大。但兩軸的平均速度相等，即主動(dòng)軸轉(zhuǎn)一圈，從動(dòng)軸也轉(zhuǎn)動(dòng)一

7、圈。所謂“傳動(dòng)的不等速性”是指從動(dòng)軸在一圈內(nèi)，其角速度時(shí)而大于主動(dòng)軸的角速度，時(shí)而小于主動(dòng)軸的角速度的現(xiàn)象。3、等速排列：?jiǎn)问州S式剛性萬向節(jié)的不等速性，將使從動(dòng)軸及與其相連的傳動(dòng)部件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生附加交變載荷，加劇零件的損壞。為了避免這一缺陷，在汽車上均采用兩個(gè)十字軸剛性萬向節(jié)，且中間以傳動(dòng)軸相連，利用第二個(gè)萬向節(jié)的不等速效應(yīng)來抵消第一個(gè)萬向節(jié)的不等速效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)輸入軸與輸出軸等速傳動(dòng)。但要達(dá)到這一目的，還必須滿足兩個(gè)條件：1）第一個(gè)萬向節(jié)的主動(dòng)節(jié)叉與第二個(gè)萬向節(jié)的從動(dòng)節(jié)叉在同一平面內(nèi)，即傳動(dòng)軸上的兩個(gè)節(jié)叉在同一平面內(nèi)。2）第一個(gè)萬向節(jié)兩軸之間的夾角與第二個(gè)萬向節(jié)兩軸之間的夾角相等

8、。第一個(gè)條件可以通過正確裝配傳動(dòng)軸與萬向節(jié)予以保證，而后一個(gè)條件只有在驅(qū)動(dòng)橋采用獨(dú)立懸架時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。若驅(qū)動(dòng)橋采用非獨(dú)立懸架，由于驅(qū)動(dòng)橋隨懸架一起振動(dòng)，不可能在任何時(shí)候都保證因此只能做到盡量減小傳動(dòng)的不等速性。十字軸剛性萬向節(jié)雖然具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但因受軸向尺寸及軸間夾角的限制，難以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋的要求，在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋上多采用準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)。準(zhǔn)等速萬向節(jié)：雙聯(lián)式（相當(dāng)于傳動(dòng)軸縮短，切諾基用）、三銷軸式（由雙聯(lián)式演變，重型 富康用）、球面滾輪式（演變?yōu)榈人偃f向節(jié)）二、等速萬向節(jié)等速萬向節(jié)多用于在前驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋上轎車的半軸上。常用的等速萬向節(jié)有球叉式、球籠

9、式和三叉式。這一原理可以用一對(duì)大小相等的錐齒輪傳動(dòng)原理來說明如圖所示。兩齒輪夾角為，兩齒輪嚙合點(diǎn)為P位于夾角的平分面上，P點(diǎn)到兩軸的距離都等于r。在P點(diǎn)處兩齒輪的圓周速度相等，因此兩個(gè)齒輪的角速度也相等。同理，若萬向節(jié)在傳動(dòng)過程中，傳力點(diǎn)在兩軸交角變化中始終處于的平分面上。則兩萬向節(jié)叉保持等角速度關(guān)系。1球叉式等速萬向節(jié)1）構(gòu)造：球叉式等速萬向節(jié)的構(gòu)造如圖17-13所示，由主動(dòng)叉1、從動(dòng)叉5、傳力鋼球4和定心鋼球6組成。其主動(dòng)叉1、從動(dòng)叉5分別與內(nèi)、外半軸制成一體，叉內(nèi)各有四條曲面凹槽，裝合后，形成兩條相交的環(huán)槽，作為鋼球4的滾道，四個(gè)傳力鋼球裝在槽中，定心鋼球6裝在兩叉中心凹槽內(nèi)，以定中心。

10、2）等速原理：球叉式萬向節(jié)等速傳動(dòng)的原理如圖17-14所示，主、從動(dòng)叉曲面凹槽的中心線分別是以O(shè)1、O2為圓心的兩個(gè)半徑相等的圓，且圓心O1、O2到萬向節(jié)中心O的距離相等。這樣，無論主、從動(dòng)叉以任何角度相交，四個(gè)鋼球只能位于兩交叉凹槽的交點(diǎn)處，從而保證所有傳動(dòng)鋼球始終位于兩軸交角的角平分面上，因而保證了等速傳動(dòng)。球叉式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，允許軸間夾角最大交角為32-380。但由于工作時(shí)只有兩個(gè)鋼球傳力，而另兩個(gè)鋼球在反轉(zhuǎn)時(shí)傳力，因此鋼球與滾道之間的接觸壓力大，磨損快，影響其使用壽命。所以，球叉式萬向節(jié)通常使用在中、小型越野汽車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋上。2球籠式等速萬向節(jié)球籠式等速萬向節(jié)按其內(nèi)、外滾道的結(jié)構(gòu)不同

11、又可分為球籠式碗形萬向節(jié)、球籠式雙補(bǔ)償萬向節(jié)和Vl型萬向節(jié)等。1)球籠式碗形萬向節(jié)球籠式碗形萬向節(jié)又稱球籠式碗形萬向節(jié)的固定式，其構(gòu)造如圖1717所示。主要有內(nèi)球座6：、球籠3、碗形外球座1及鋼球4等組成。內(nèi)球座通過花鍵與中半軸9相連接，用卡隔套7和碟形墊圈8(軸向有彈性)軸向限位。內(nèi)球座6的外表面有六條曲面凹槽，內(nèi)滾道。外球座1與帶花鍵的外半軸制成一體，內(nèi)表面制有相應(yīng)的六條曲面凹槽，形成外滾道。球籠上有六個(gè)窗孔。裝合后六個(gè)鋼球分別置于六條曲面凹槽內(nèi)，并用球籠3使之保持在一個(gè)平面內(nèi)，動(dòng)力由中半軸9傳至內(nèi)球座6，經(jīng)6個(gè)鋼球4、外球座1及半軸輸出(傳給轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪)。球籠式碗形萬向節(jié)等角速傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)

12、原理如圖17-18所示。其內(nèi)球座的外球面、球籠的內(nèi)球面和外球面以及外球座的內(nèi)球面均以萬向節(jié)中心O點(diǎn)為球心，球籠使6個(gè)鋼球的中心所在的平面通過中心O點(diǎn)，外滾道中心A與內(nèi)滾道中心召不重合，分別位于中心O的兩側(cè)且=OB；當(dāng)兩軸交角口變化時(shí)，球面之間繞O點(diǎn)相互滑轉(zhuǎn)：，鋼球則在內(nèi)外滾道上滾動(dòng)且始終與內(nèi)外滾道相切，即鋼球中心C到A、B兩點(diǎn)的距離均相等，從而保證了外半軸與內(nèi)半軸以相等的角速度旋轉(zhuǎn)。 這種萬向節(jié)允許在軸間最大交角為42o的情況下傳遞轉(zhuǎn)矩，且在工作時(shí)，所有鋼球全部傳力。與球叉式萬向節(jié)相比，其承載能力大，磨損小，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，因此運(yùn)用非常廣泛。 2)球籠式雙補(bǔ)償萬向節(jié) 球籠式雙補(bǔ)償萬向節(jié)又稱

13、球籠式萬向節(jié)的滑動(dòng)式，如圖17-17所示。其外球座4為圓筒形，內(nèi)、外滾道是與軸線相平行的直線凹槽(即圓筒形)，在傳遞轉(zhuǎn)矩過程中，內(nèi)球座2與外球座4可以相對(duì)移動(dòng)。球籠3的內(nèi)、外軸線方向是偏心的，內(nèi)球面中心B與外球面中心A分別位于萬向節(jié)中心O的兩邊，且OA=OB。同樣，鋼球，中心C到4、B的距離相等，以保證萬向節(jié)作等角速運(yùn)動(dòng)。 由于這種萬向節(jié)能軸向相對(duì)移動(dòng)，因此可省去萬向傳動(dòng)裝置中的伸縮節(jié)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，且軸向位移是通過鋼球沿內(nèi)外滾道的滾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，與滑動(dòng)花鍵相比，滾動(dòng)阻力小，磨損輕，壽命長(zhǎng)，故最適用于斷開式車橋。 3)VL型萬向節(jié) VL型萬向節(jié)又稱伸縮型球籠式萬向節(jié)。圖17-19所示為上海桑塔納轎

14、車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)側(cè)近主減速器處)所用的VL型萬向節(jié)。其內(nèi)、外滾道為圓筒形，只是圓筒中心線(滾道中心線)不與軸線平行，而是以相同的角度相對(duì)于軸線傾斜著，而且同一零件上相鄰的兩條滾道的斜方向相反，即成“V”形。裝合后，同一周向位置處內(nèi)、外滾道的傾斜方向正好相反，即對(duì)稱交叉，而鋼球則處于內(nèi)、外滾道的交叉部位。當(dāng)內(nèi)半軸7與中半軸1以任意角度相交時(shí)，由于內(nèi)外滾道及球籠6的控制作用，使所有傳動(dòng)鋼球(6個(gè))都位于軸間交角的平分面上，從而實(shí)現(xiàn)等角速傳動(dòng)。 因?yàn)檫@種萬向節(jié)的內(nèi)、外滾道沿圓周方向呈“V”形布置，且在動(dòng)力傳遞過程中，內(nèi)外球座可以沿軸向相對(duì)移動(dòng)，所以稱為VL型萬向節(jié)。其允許最大的軸間夾角為22，軸向伸縮

15、量達(dá)45mm。第三節(jié) 傳動(dòng)軸和中間支承 在發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上，連接變速器與驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)軸部件，由傳動(dòng)軸及其兩端焊接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成(見圖6-15)。 汽車行駛過程中，由于加速、制動(dòng)與道路的顛簸，使驅(qū)動(dòng)橋與變速器的相對(duì)位置經(jīng)常變化，為了避免運(yùn)動(dòng)干涉，在傳動(dòng)軸中設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的伸縮節(jié)，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的變化。傳動(dòng)軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用將產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，而影響汽車使用性能。因此，傳動(dòng)軸與萬向節(jié)裝配以后，必須滿足動(dòng)平衡的要求，圖6-15中的零件3即為平衡用的平衡片。平衡后，一般在滑動(dòng)叉或萬向節(jié)叉與傳動(dòng)軸上刻有記號(hào)，以便拆卸后重裝時(shí)保持兩者之間的位置不變。 1、傳動(dòng)軸：

16、傳動(dòng)軸多做成中空的，一般用厚度為1.53.0mm的薄鋼板卷焊而成。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋的萬向傳動(dòng)裝置中，傳動(dòng)軸通常制作成實(shí)心軸。當(dāng)傳動(dòng)軸過長(zhǎng)時(shí)，其自振頻率會(huì)降低，高轉(zhuǎn)速下容易發(fā)生共振。為了防止傳動(dòng)軸的共振，常將傳動(dòng)軸分成兩段，并裝有中間支承以提高傳動(dòng)軸的剛度，如圖6-15所示。傳動(dòng)軸分成兩段時(shí)，一般把前端稱為中間傳動(dòng)軸；后端稱為主傳動(dòng)軸。中間傳動(dòng)軸前端通過萬向節(jié)與變速器相連，后端用中間支承懸掛在車架上。主傳動(dòng)軸前端通過萬向節(jié)與中間傳動(dòng)軸相連，后端與驅(qū)動(dòng)橋的輸入端相連。采用了兩根傳動(dòng)軸，縮短了傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度，其臨界轉(zhuǎn)速提高，從而保證了傳動(dòng)軸的安全性和可靠性。2、伸縮節(jié)：花鍵嚙合長(zhǎng)度應(yīng)保證傳動(dòng)

17、軸在各種工作情況下，既不脫開又不頂死。（EQ1090：最大滑動(dòng)量60mm）3、布置型式：?jiǎn)喂?jié)式、雙節(jié)式、三節(jié)式、多節(jié)式。4、中間支承：1）目的：減小傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，增加剛度，工作平穩(wěn)；承受徑向載荷，改善變速器后軸承的工作條件；補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度方向的安裝誤差，并能適應(yīng)行駛過程中由于發(fā)動(dòng)機(jī)竄動(dòng)或車架變形所引起的位移。2）組成：它主要有軸承支架、橡膠墊環(huán)、軸承支架前、后蓋板、軸承和油封等。圖DC48雙聯(lián)式萬向節(jié)1,4-萬向節(jié)叉 2-十字軸 3-油封 5-彈簧 6-球碗 7-雙聯(lián)叉 8-球頭 該萬向節(jié)結(jié)構(gòu)中設(shè)有保證輸入軸與雙聯(lián)叉軸線間夾角1和雙聯(lián)叉軸線與輸出軸間夾角2近似相等的分度機(jī)構(gòu)。在萬向節(jié)叉6的

18、內(nèi)端有球頭，在萬向節(jié)叉1內(nèi)端有導(dǎo)向套2。球碗放于導(dǎo)向套內(nèi)，被彈簧壓向球頭。圖DC49 球籠式等速萬向節(jié)1-主動(dòng)軸 2,5-鋼帶箍 3-外罩 4-保持架（球籠）6-鋼球 7-星形套（內(nèi)滾道） 8-球形殼（外滾道） 9-卡環(huán)星形套7以內(nèi)花鍵與主動(dòng)軸1相連，其外表面有六條弧形凹槽，形成內(nèi)滾道。球形殼8的內(nèi)表面有相應(yīng)的六條弧形凹槽，形成外滾道。六個(gè)鋼球6分別裝在由六組內(nèi)外滾道所對(duì)出的空間里，并被保持架4限定在同一個(gè)平面內(nèi)。動(dòng)力由主動(dòng)軸1（及星形套）經(jīng)鋼球6傳到球形殼8輸出。圖DC411伸縮型球籠式萬向節(jié)O-萬向節(jié)中心；A-保持架（球籠）B-保持架內(nèi)球面中心伸縮型球籠式萬向節(jié)的內(nèi)外滾道是直槽的，在傳遞轉(zhuǎn)矩過程中，星形套可在筒形殼內(nèi)沿軸向移動(dòng)，能起到滑動(dòng)花鍵的作用，使萬向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。伸縮球籠式等角速萬向節(jié)工作原理圖圖DC414 自由三樞軸等速萬向節(jié)1-鎖定三角架；2-橡膠緊固件；3-保護(hù)罩；4-保護(hù)罩卡箍；5-漏斗形軸； 6-止推塊；7-墊圈；8-外座圈 圖DC415 撓性萬向節(jié)1螺絲 2橡膠 3中心鋼球