各類型萬向節(jié)結(jié)構(gòu)和工作原理

各類型萬向節(jié)結(jié)構(gòu)和工作原理萬向節(jié)是實現(xiàn)變角度動力傳遞的機件，用于需要改變傳動軸線方向的位置。

萬向節(jié)的分類

按萬向節(jié)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)又可分為不等速萬向節(jié)（常用的為十字軸式）、準等速萬向節(jié)（如雙聯(lián)式萬向節(jié)）和等速萬向節(jié)（如球籠式萬向節(jié)）三種。

不等速萬向節(jié)

十字軸式剛性萬向節(jié)為汽車上廣泛使用的不等速萬向節(jié)，允許相鄰兩軸的最大交角為15゜～20゜。圖D－C4－2所示的十字軸式萬向節(jié)由一個十字軸，兩個萬向節(jié)叉和四個滾針軸承等組成。兩萬向節(jié)叉1和3上的孔分別套在十字軸2的兩對軸頸上。這樣當主動軸轉(zhuǎn)動時，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動，又可繞十字軸中心在任意方向擺動。在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔間裝有滾針軸承5，滾針軸承外圈靠卡環(huán)軸向定位。為了潤滑軸承，十字軸上一般安有注油嘴并有油路通向軸頸。潤滑油可從注油嘴注到十字軸軸頸的滾針軸承處。

圖D－C4－2十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)（12-2）

1-套筒；2-十字軸；3-傳動軸叉；4-卡環(huán)；5-軸承外圈；6-套筒叉

十字軸式剛性萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高的優(yōu)點，但在兩軸夾角α不為零的情況下，不能傳遞等角速轉(zhuǎn)動。

設主動叉由圖D－C4－1(a)所示初始位置轉(zhuǎn)過φ1角，從動叉相應轉(zhuǎn)過φ2角，由機械原理分析可以得出如下關(guān)系式：

tgφ1=tgφ2·cosα

圖D－C4－3十字軸式剛性萬向節(jié)示意圖

以主動叉轉(zhuǎn)角φ1為橫坐標，主動叉轉(zhuǎn)角和從動叉轉(zhuǎn)角之差φ1－φ2為縱坐標，可以畫出φ1－φ2隨φ1變化曲線圖（見圖D－C4－1(b)，圖中畫出了α＝10゜，α＝20゜，α＝30゜的情況）。從這張圖可以看出：

圖D－C4－4十字軸剛性萬向節(jié)不等速特性曲線

如果主動叉勻速轉(zhuǎn)了180゜，那么從動叉就經(jīng)歷了：比主動叉轉(zhuǎn)得快→比主動叉轉(zhuǎn)得慢→又比主動叉轉(zhuǎn)得快這樣一個過程。但總起來講，當主動叉轉(zhuǎn)過90゜時，從動叉也轉(zhuǎn)過90゜；當主動叉轉(zhuǎn)過180゜時，從動叉也轉(zhuǎn)過180゜。

從這張圖還可以看出，萬向節(jié)兩軸夾角α越大，從動叉轉(zhuǎn)角φ2和主動叉轉(zhuǎn)角φ1之差也越大。這說明，如果主動叉是勻速轉(zhuǎn)動的，那么隨著萬向節(jié)兩軸夾角的增大，從動叉轉(zhuǎn)速的不均勻性越大。

（1）球籠式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)見圖圖D－C4－9。星形套7以內(nèi)花鍵與主動軸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)表面有相應的六條弧形凹槽，形成外滾道。六個鋼球6分別裝在由六組內(nèi)外滾道所對出的空間里，并被保持架4限定在同一個平面內(nèi)。動力由主動軸1（及星形套）經(jīng)鋼球6傳到球形殼8輸出。

1-主動軸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)

圖D－C4－9球籠式等速萬向節(jié)

球籠式萬向節(jié)的等速傳動原理見圖D－C4－10。外滾道的中心A與內(nèi)滾道的中心B分別位于萬向節(jié)中心O的兩邊，且與O等距離，即AO=BO。鋼球在內(nèi)滾道中滾動和鋼球在外滾道中滾動時，鋼球中心所經(jīng)過的圓弧半徑是一樣的，圖中鋼球中心所處的C點正是這樣兩個圓弧的交點，所以有AC=BC。又因為CO為△AOC與△BOC的公共邊，所以可以導出△AOC≌△BOC，因而∠AOC=∠BOC，也就是說當主動軸與從動軸處于任一夾角α（當然要在一定范圍內(nèi)）時，C點都處在主動與從動軸線的夾角平分線上。處在C點的鋼球中心到主動軸的距離a和到從動軸的距離b必然是一樣的（用類似的方法可以證明其它鋼球到兩軸的距離也是一樣的），從而保證了萬向節(jié)的等速傳動特性。在圖中上下兩鋼球處，內(nèi)外滾道所夾的空間都是左寬右窄，鋼球很容易向左跑出，為了將鋼球定位，設置了保持架。保持架的內(nèi)外球面、星形套的外球面和球形殼的內(nèi)球面均以萬向節(jié)中心O為球心，并保證六個鋼球球心所在的平面（主動軸和從動軸是以此平面為對稱面的）經(jīng)過O點。當兩軸交角變化時，保持架可沿內(nèi)外球面滑動，這就限定了上下兩鋼球不能向左跑出。

O-萬向節(jié)中心；A-外滾道中心；B-內(nèi)滾道中心；C-鋼球中心；a-兩軸交角（指鈍角）

圖D－C4－10球籠式萬向節(jié)的等速性

球籠式等速萬向節(jié)內(nèi)的六個鋼球全部傳力，承載能力強，可在兩軸最大交角為42゜情況下傳遞扭矩，其結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，得到廣泛應用。

O-萬向節(jié)中心；A-保持架（球籠）B-保持架內(nèi)球面中心

圖D－C4－11伸縮型球籠式萬向節(jié)

圖D－C4－12伸縮球籠式等角速萬向節(jié)工作原理圖

（2）自由三樞軸等速萬向節(jié)

在富康轎車上，驅(qū)動軸采用了自由三樞軸等速萬向節(jié)（見圖D－C4－14a）

圖D－C4－14a

這種萬向節(jié)包括三個位于同一平面內(nèi)互成120度的樞軸12-3（見圖D－C4－14b），它們的軸線交于輸入軸上一點，并且垂直于驅(qū)動軸。

圖D－C4－14b

三個外表面為球面的滾子軸承，分別活套在各樞軸上。

一個漏斗形軸5，在其筒形部分加工出三個槽形軌道。三個槽形軌道在筒形圓周上是均勻分布的，軌道配合面為部分圓柱面，三個滾子軸承分別裝入各槽形軌道，可沿軌道滑動。

從以上裝配關(guān)系可以看出：每個外表面為球面的滾子軸承能使其所在樞軸的軸線與相應槽形軌道的軸線相交。當輸出軸與輸入軸交角為0゜時，由于三樞軸的自動定心作用，能自動使兩軸軸線重合；當輸出軸與輸入軸交角不為0゜時，因為球形滾柱可沿樞軸軸線移動，所以它還可以沿各槽形軌道滑動。這就保證了輸入軸與輸出軸之間始終可以傳遞動力，并且是等速傳動（注2）。

1-鎖定三角架；2-橡膠緊固件；3-保護罩；4-保護罩卡箍；5-漏斗形軸；6-止推塊；7-墊圈；8-外座圈

圖D－C4－1412-3自由三樞軸等速萬向節(jié)

注2：關(guān)于自由三樞軸萬向節(jié)傳動等速性的證明比較復雜，其證明可見北京理工大學出版社出版伍德榮等同志譯的“萬向節(jié)與傳動軸“。

撓性萬向節(jié)

撓性萬向節(jié)（見圖D－C4－15）是由橡膠件將主被動軸叉交錯連接而成，依靠橡