汽车构造第16章万向传动装置

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1、第16章 万向传动装置,主讲教师：,第16章 万向传动装置,16.1 概述 万向传动装置一般由万向节(universal joint)和传动轴(drive shaft)组成，有的还加装中间支承(center support)。图16.1 变速器与驱动桥之间的万向传动装置 在发动机前置后轮驱动的汽车上，变速器常与发动机、离合器连成一体支承在车架上，而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接(见图16.1)。变速器输出轴轴线与驱动桥的输入轴轴线难以布置得重合，并且在汽车行驶过程中，由于不平路面的冲击等因素，弹性悬架系统产生振动，使二轴相对位置经常变化，故变速器的输出轴与驱动桥输入轴不可能刚性连接，而必须采用

2、一般由两个万向节和一根传动轴组成的万向传动装置(图16.2a)。在变速器与驱动桥距离较远的情况下，应将传动轴分成两段(见图16.2b)，即主传动轴3和中间传动轴5，用三个十字轴万向节2，且在中间传动轴后端设置了中间支承6。这样，可避免因传动轴过长而产生的自振频率降低，高转速下产生共振；同时提高了传动轴的临界转速和工作可靠性。,第16章 万向传动装置,对于双轴驱动的越野汽车(见图16.2c)，当变速器l与分动器7分开布置时，虽然它们都支承在车架上，而且在设计时，使其轴线重合，但为了消除制造、装配误差以及车架变形对传动的影响。在其间也常设有中间传动轴5。为了传递动力，在分动器与转向驱动桥之间又设置

3、了前桥传动轴9。在三轴驱动的越野汽车中，中、后桥的驱动形式有两种，即贯通式(见图16.2d)和非贯通式(见图16.2e)。若采用非贯通式结构时，其后桥传动轴11也必须设置中间支承14，并常将其固定于中驱动桥壳上。,图16.1 变速器与驱动桥之间的万向传动装置 1变速器 2万向传动装置 3驱动桥 4后悬架 5车架,第16章 万向传动装置,对于转向驱动桥，前轮既是转向轮又是驱动轮。作为转向轮，要求它能在最大转角范围内任意偏转某一角度；作为驱动轮，则要求半轴在车轮偏转过程中不间断地把动力从主减速器传到车轮。因此，转向驱动桥的半轴不能制成整体而要分段，且用万向节连接，以适应汽车行驶时半轴各段的交角不断

4、变化的需要。若采用独立悬架，则在靠近主减速器处也需要有万向节(见图16.2f)；若前驱动轮用非独立悬架，只须在转向轮附近装一个万向节(见图16.2g)。 万向传动装置除用于汽车的传动系统外，还可用于动力输出装置和转向操纵机构。,第16章 万向传动装置,图16.2 万向传动装置在汽车传动系统中的应用与布置 1变速器 2十字轴万向节 3主传动轴 4驱动桥 5中间传动轴 6、14中间支承 7分动器 8转向驱动桥 9前桥传动轴 10中驱动桥 11后桥传动轴 12后驱动桥 13后桥中间传动轴,第16章 万向传动装置,16.2 万向节 万向节按其在扭转方向上是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节。

5、在前者中，动力是靠零件的铰链式联接传递的，而在后者中则靠弹性零件传递，且有缓冲减振作用。刚性万向节又可分为不等速万向节(常用的为十字轴式)、准等速万向节(双联式、三销轴式等)和等速万向节(球叉式、球笼式等)。 16.2.1 十字轴式刚性万向节 十字轴式刚性万向节(cardan universal joint)因其结构简单，传动可靠，效率高，且允许两传动轴之间有较大的交角(一般为1520)，故普遍应用于各类汽车的传动系统中。 1. 十字轴式刚性万向节的构造及润滑 图16.3所示为十字轴式刚性万向节的构造。两万向节叉2和6上的孔分别活套在十字轴4的两对轴颈上。这样，当主动轴转动时，从动轴既可随之转

6、动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动。为了减少摩擦损失，提高传动效率，在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有由滚针8和套筒9组成的滚针轴承。然后用螺钉和轴承盖1将套筒9固定在万向节叉上，并用,第16章 万向传动装置,锁片将螺钉锁紧，以防止轴承在离心力作用下从万向节叉内脱出。为了润滑轴承，十字轴做成中空的，并有油路通向轴颈。润滑油从注油嘴3注入十字轴内腔。为避免润滑油流出及尘垢进入轴承，在十字轴的轴颈上套着装在金属座圈内的毛毡油封7。在十字轴的中部还装有带弹簧的安全阀5。如果十字轴内腔的润滑油压力大于允许值，安全阀即被顶开而润滑油外溢，使油封不致因油压过高而损坏。 十字轴式万向节的损坏是以十字轴轴颈和滚针

7、轴承的磨损为标志的，因此润滑与密封直接影响万向节的使用寿命。为了提高密封性能，近年来在十字轴式万向节中多采用图16.4所示的橡胶油封。实践证明，橡胶油封的密封性能远优于老式的毛毡或软木垫油封。当用注油枪向十字轴内腔注入润滑油而使内腔油压大于允许值时，多余的润滑油便从橡胶油封内圆表面与十字轴轴颈接触处溢出，故在十字轴上无须安装安全阀。,第16章 万向传动装置,图16.3 十字轴式刚性万向节 1轴承盖 2、6万向节叉 3注油嘴 4十字轴 5安全阀 7油封 8滚针 9套筒,图16.4 十字轴润滑油道及密封装置 1油封挡盘 2油封 3油封座 4注油嘴,第16章 万向传动装置,2. 十字轴式刚性万向节传

8、动的不等速性 单个十字轴式刚性万向节在输入轴和输出轴之间有夹角的情况下，其两轴的角速度是不相等的。下面就单万向节传动过程中的两个特殊位置进行运动分析，说明它传动的不等速性。 （1) 主动叉(drive yoke)在垂直位置，并且十字轴平面与主动轴垂直的情况(见图16.7a)。主动叉与十字轴连接点a的线速度在十字轴平面内；从动叉(driven yoke)与十字轴连接点b的线速度在与主动叉平行的平面内，并且垂直于从动轴。点b的线速度可分解为在十字轴平面内的速度和垂直于十字轴平面的速度。由速度直角三角形可以看出，在数值上。十字轴各股相等，即oaob。当万向节传动时，十字轴是绕o点转动的，其上a、b两

9、点于十字轴平面内的线速度在数值上应相等，即=。因此，。由此可知，当主、从动叉转到所述位置时，从动轴的转速大于主动轴的转速。,第16章 万向传动装置,图16.5 滚针轴承的内挡圈定位1万向节叉 2内挡圈 3滚针轴承 4十字轴 5橡胶油封,图16.6 滚针轴承的外挡圈定位 1油封挡盘 2油封座 3外挡圈 4滚针5万向节叉 6橡胶油封 7十字轴,第16章 万向传动装置,2) 主动叉在水平位置，并且十字轴平面与从动轴垂直时的情况(见图16.7b)。此时主动叉与十字轴连接点a的线速度在平行于从动叉的平面内，并且垂直于主动轴。线速度可分解为在十字轴平面内的速度和垂直于十字轴平面的速度。根据与上述同样的道理

10、，在数值上，而=。因此，即当主、从动叉转到所述位置时，从动轴转速小于主动轴转速。 由上述两个特殊情况的分析可以看出，十字轴式万向节在传动过程中，主、从动轴的转速是不相等的。 图16.7c表示两轴转角差(12)随主动轴转角1的变化关系。由图可见，主动轴转角1在090的范围内，从动轴转角相对主动轴是超前的，即21，并且两转角差在145时达到最大值，随后差值减小，即在此区间从动轴旋转速度大于主动轴旋转速度，且先加速后减速。当主动轴转到90时，从动轴也同样转到90。1从90到180，从动轴转角相对主动轴是滞后的，即21，并且两转角差值在1为135时达最大值，随后差值减小，即在此区间从动轴旋转速度小于主

11、动轴旋转速度，且先减速后加速。当主动轴转到180时，从动轴也同时转到,第16章 万向传动装置,180。后半周情况与前半周相同。因此，如果主动轴以等角速转动，而从动轴则是时快时慢，此即单个十字轴万向节在有夹角时传动的不等速性。必须注意的是，所谓“传动的不等速性”，是指从动轴在一周中角速度不均而言。而主、从动轴的平均转速是相等的，即主动轴转过一周从动轴也转过一周。 由图16.7c还可看出，两轴交角越大，转角差(12)越大，即万向节传动的不等速性越严重。此现象由上述两个特殊情况下的速度分析也可得到说明。从图16.7a和图16.7b可看出，与之差值，实际上就是与或与之差值。在速度直角三角形内，若夹角(

12、即主、从动轴的交角)增大，则与或与的差值就越大。 单万向节传动的不等速性，将使从动轴及与其相连的传动部件产生扭转振动，从而产生附加的交变载荷，影响部件寿命。,第16章 万向传动装置,图16.7 十字轴式刚性万向节传动的不等速性,第16章 万向传动装置,3. 双万向节传动的等速条件 从以上分析可以想到，在两轴(例如，变速器的输出轴和驱动桥的输入轴)之间，若采用如图16.8所示的双(十字轴式)万向节传动，则第一万向节的不等速效应就有可能被第二万向节的不等速效应所抵消，从而实现两轴间的等角速传动。根据运动学分析得知，要达到这一目的，必须满足以下两个条件：第一万向节两轴间夹角 与第二万向节两轴间夹角相

13、等 ；第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉处于同一平面内。后一条件完全可以由传动轴和万向节叉的正确装配来保证。但是，前一条件( )只有在采用驱动轮独立悬架时，才有可能通过整车的总布置设计和总装配工艺的保证来实现，因为在此情况下，主减速器和变速器的相对位置是固定的。在驱动轮采用非独立悬架时，由于弹性悬架的振动，驱动桥输入轴与变速器输出轴的相对位置不断变化，不可能在任何时候都保证 ，因而此时这两部件之间的万向传动只能做到使传动的不等速性尽可能小。就每一个万向节而言，只要存在着交角 或 ，万向节在工作过程中内部各零件之间就有相对运动，因而导致摩擦损失，降低传动效率。交角越大，则效率越低。因此，在汽

14、车总体布置上，应尽量减小 和 。,第16章 万向传动装置,上述双万向节传动虽能近似地解决等速传动问题，但在某些情况下，例如，转向驱动桥的分段半轴间，在布置上受轴向尺寸限制，而且转向轮要求偏转角度大(3040)，因而上述双万向节传动已难以适应。在长期实践过程中，人们创造了各种形式的等速和准等速万向节。只要用一个这样的万向节，即能实现或基本实现等角速传动。在转向驱动桥及独立悬架的后驱动桥中，广泛采用等角速万向节。,第16章 万向传动装置,16.2.2 准等速万向节和等速万向节 1. 准等速万向节(near constant velocity universal joint) 准等速万向节是根据上述

15、双万向节实现等速传动的原理而设计的，常见的有双联式和三销轴式万向节。 (1) 双联式万向节(double cardan universal joint) 双联式万向节实际上是一套传动轴长度缩减至最小的双万向节等速传动装置。图16.9中的双联叉3相当于两个在同一平面上的万向节叉。欲使轴1和轴2的角速度相等，应保证 。为此，在双联式万向节结构中装有分度机构，以期双联叉的对称线平分所连两轴的夹角。,第16章 万向传动装置,图16.10为双联式万向节的结构实例。在万向节叉6的内端有球头，与球碗9的内圆面配合，球碗座2则镶嵌在万向节叉1内端。球头与球碗的中心与十字轴中心的连线中点重合。当万向节叉6相对万

16、向节叉1在一定,图16.8 双万向节等速传动布置 1、3主动叉 2、4从动叉,图16.9 双联式万向节示意图 1、2轴 3双联叉,第16章 万向传动装置,角度范围内摆动时，双联叉5也被带动偏转相应角度，使两十字轴中心连线与两万向节叉1和6的轴线的交角(即图16.9中的和)差值很小，从而保证两轴角速度接近相等，其差值在容许范围内，故双联式万向节具有准等速性。 双联式万向节用于转向驱动桥时，可以没有分度机构，但必须在结构上保证双联式万向节中心位于主销轴线与半轴轴线的交点，以保证准等速传动。 双联式万向节允许有较大的轴间夹角，且具有结构简单、制造方便、工作可靠等优点，故在转向驱动桥中的应用逐渐增多。北京吉普汽车有限公司生产的切诺基轻型越野汽车的前传动轴与分动器前输出轴之间，即采用了这种双联式万向节。,