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1、第十一章第十一章 汽车传动系汽车传动系第四节第四节 万向传动装置万向传动装置 要求：了解各种万向传动装置、传动轴和中间支承的结构。要求：了解各种万向传动装置、传动轴和中间支承的结构。 在汽车传动系及其它系统中，为了实现一些轴线相交或相对位置经常变化的转轴之间的在汽车传动系及其它系统中，为了实现一些轴线相交或相对位置经常变化的转轴之间的动力传递，必须采用万向传动装置。动力传递，必须采用万向传动装置。 万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还加装中间支承。万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还加装中间支承。1万向传动装置在汽车上的应用图万向传动装置在汽车上的应用图(1) 在在现代汽代汽车
2、的的总体布置体布置中，中，发动机、离合器和机、离合器和变速速箱箱连成一体固装在成一体固装在车架上，架上，而而驱动桥则通通过弹性性悬架与架与车架架连接。由此可接。由此可见，变速速器器输出出轴轴线与与驱动桥的的输入入轴轴线不在同一平面上。当汽不在同一平面上。当汽车行行驶时，车轮的跳的跳动会造成会造成驱动桥与与变速器的相速器的相对位置位置(距离、距离、夹角角)不断不断变化，故化，故变速器的速器的输出出轴与与驱动桥的的输入入轴不可能不可能刚性性连接，必接，必须安装安装有万向有万向传动装置。此外，由于越野汽装置。此外，由于越野汽车的前的前轮既是既是转向向轮又是又是驱动轮。作。作为转向向轮，要求，要求在在
3、转向向时可以在可以在规定范定范围内偏内偏转一定角度；作一定角度；作为驱动轮，则要求半要求半轴在在车轮偏偏转过程中不程中不间断地把断地把动力从主减速器力从主减速器传到到车轮。因此，半。因此，半轴不能制成整体而必不能制成整体而必须分段，中分段，中间用等角速用等角速万向万向节相相连。万向万向节传动轴中中间支承支承2万向传动装置在汽车上的应用图万向传动装置在汽车上的应用图(2)3第一节第一节 万向节万向节 万向节按其刚度的大小可分为刚性万向节和挠性万向节，前者的动力是靠零件的铰链万向节按其刚度的大小可分为刚性万向节和挠性万向节，前者的动力是靠零件的铰链式联接传递的；而后者的动力则是靠弹性零件传递的，如
4、橡胶盘、橡胶块等，由于弹性元式联接传递的；而后者的动力则是靠弹性零件传递的，如橡胶盘、橡胶块等，由于弹性元件的变形量有限，因而挠性万向节一般用于两轴间夹角不大以及有微量轴向位移的轴间传件的变形量有限，因而挠性万向节一般用于两轴间夹角不大以及有微量轴向位移的轴间传动。动。 刚性万向节分为不等速万向节刚性万向节分为不等速万向节(如常见的十字轴式如常见的十字轴式)、准等速万向节（双联式、三销轴、准等速万向节（双联式、三销轴式）和等速万向节（球叉式、球笼式等）。式）和等速万向节（球叉式、球笼式等）。4一、一、十字十字轴式刚性式刚性万向万向节 十字十字轴式式刚性万向性万向节为汽汽车上广泛使用的不等速万向
5、上广泛使用的不等速万向节，允，允许相相邻两两轴的最大交的最大交角角为1520。该万向万向节具有具有结构构简单，传动效率高的效率高的优点，但在两点，但在两轴夹角角不不为零的情况下，不能零的情况下，不能传递等角速等角速转动。套筒套筒十字十字轴传动轴叉叉卡卡环轴承外圈承外圈（滚针）（滚针）套筒叉套筒叉5十字轴式刚性万向节示意图十字轴式刚性万向节示意图 设主动叉由初始位设主动叉由初始位置转过置转过1角，从动叉角，从动叉相应转过相应转过2角，由机角，由机械原理分析可以得出械原理分析可以得出如下关系式：如下关系式：tg1=tg2cos 是主、从动轴之间的夹角。是主、从动轴之间的夹角。主动叉主动叉从从动动叉
6、叉十字轴十字轴6双万向节等速传动布置图双万向节等速传动布置图 由前述分析知：由前述分析知：tg1=tg2cos1；tg4=tg2cos2；若有若有12，则有则有41 只要满足上述条件，只要满足上述条件，并使中间轴两端的叉面共面并使中间轴两端的叉面共面（图中两叉面垂直于纸面，一般中间轴可伸缩，有装配记号）。利用双）。利用双万向节可以实现输出轴和输入轴的等速旋转。万向节可以实现输出轴和输入轴的等速旋转。主动叉主动叉主动叉主动叉从动叉从动叉从动叉从动叉7二、准等速万向节（二、准等速万向节（基于前述原理设计的万向节）和等速万向节）和等速万向节（一）（一）1、双联式万向节（准等速万向节）工作原理图（图、
7、双联式万向节（准等速万向节）工作原理图（图179）图注：图注：1,2-轴轴 3-双联叉双联叉 双联式万向节实双联式万向节实际上是一套将传动轴际上是一套将传动轴长度减缩至最小的双长度减缩至最小的双十字轴式万向节等速十字轴式万向节等速传动装置，双联叉传动装置，双联叉3相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉，配合专用机构使得两轴与双联叉相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉，配合专用机构使得两轴与双联叉3的交的交角相等，这就满足了使轴角相等，这就满足了使轴1和轴和轴2的角速度相等的条件。的角速度相等的条件。双联式万向结构上保证了中间轴叉面共面。8双联式万向节结构示意图（图双联式万向节结构示意
8、图（图1710） 该万向节结构该万向节结构中设有保证输入轴中设有保证输入轴与双联叉轴线间夹与双联叉轴线间夹角角1和双联叉轴和双联叉轴线与输出轴间夹角线与输出轴间夹角2近似相等的分近似相等的分度机构。在万向节度机构。在万向节叉叉1的内端有球头，的内端有球头，在万向节叉在万向节叉4内端有导向套。球碗放于导向套内，被弹簧压向球头。内端有导向套。球碗放于导向套内，被弹簧压向球头。万向节叉万向节叉万向节叉万向节叉十字轴十字轴油封油封弹簧弹簧球碗球碗双联叉双联叉球头球头92、三销轴式准等速万向节（结构参课本图、三销轴式准等速万向节（结构参课本图1711） 三销轴式万向节是由双联式万向节演变而来的准等速万向
9、节。三销轴式万向节是由双联式万向节演变而来的准等速万向节。装合后，可形成装合后，可形成Q1 Q1， Q2 Q2 ，R R三根三根轴线。轴线。三销轴式万向节最大特三销轴式万向节最大特点是允许相邻两轴有较点是允许相邻两轴有较大的交角，最大可达大的交角，最大可达45 。在转向驱动桥中采用这种万向节，可使汽车获得较小的转弯半径，提高了汽车的机动性，在转向驱动桥中采用这种万向节，可使汽车获得较小的转弯半径，提高了汽车的机动性，缺点是所占空间较大。缺点是所占空间较大。10（二）等速万向节的工作原理（二）等速万向节的工作原理 当万向节主动当万向节主动轴与从动轴之间传轴与从动轴之间传力点一直处于主动力点一直处
10、于主动轴轴线和从动轴轴轴轴线和从动轴轴线夹角平分线上（线夹角平分线上（或者说传力点距这或者说传力点距这两轴线的距离相等）两轴线的距离相等）时，必然能实现等角速传动。（时，必然能实现等角速传动。（相当于一对大小相等的锥齿轮传动，空间同速点！节圆锥。）111、球笼式等速万向节、球笼式等速万向节组成：星形套组成：星形套5以内以内花键与主动轴花键与主动轴1相连，相连，其外表面有六条弧其外表面有六条弧形凹槽，形成内滚形凹槽，形成内滚道。球形壳道。球形壳8的内表的内表面有相应的六条弧面有相应的六条弧形凹槽，形成外滚道。形凹槽，形成外滚道。六个钢球分别装在六个钢球分别装在由六组内外滚道所对出的空间里，并被保
11、持架由六组内外滚道所对出的空间里，并被保持架4限定在同一个平面内。限定在同一个平面内。动力由主动轴1（及星形套）经钢球传到球形壳8输出。主动轴主动轴星形套（内滚星形套（内滚道）道）钢球钢球保持架保持架（球笼）（球笼）球形壳（外球形壳（外滚道）滚道）12球笼式等速万向节组成球笼式等速万向节组成主动轴主动轴星形套（内滚道）星形套（内滚道）保持架（球笼）保持架（球笼）钢球钢球球形壳（外滚道）球形壳（外滚道）外罩外罩13球笼式等速万向节装配动画球笼式等速万向节装配动画装主动轴、装主动轴、卡环卡环装星形套（内滚道）装星形套（内滚道）装保持架（球笼）装保持架（球笼）装钢装钢球球装球形壳（外滚道）装球形壳（
12、外滚道）装外罩装外罩 在外罩上装钢带箍在外罩上装钢带箍作剖视图作剖视图动画结束动画结束14球笼式等速万向节等速传动原理球笼式等速万向节等速传动原理外滚道中心外滚道中心A，内滚道内滚道中心中心B，分别位于万向分别位于万向节中心节中心O的两边，且与的两边，且与O等距。钢球中心等距。钢球中心C到到A、B两点的距离也相两点的距离也相等。因此，当两轴交等。因此，当两轴交角变化时，保持架可角变化时，保持架可沿内、外球面滑动，沿内、外球面滑动，以保持钢球在一定位置。以保持钢球在一定位置。不难推知：不难推知： AOC= BOC。6个钢球都传力，且都位于交角的平分面上。个钢球都传力，且都位于交角的平分面上。15
13、2、伸缩型球笼式万向节（图、伸缩型球笼式万向节（图1718）图注：图注：O-万向节中心；万向节中心；A-保持架（球笼）保持架（球笼）B-保持架内球面中心保持架内球面中心伸缩型球笼式万向节的内伸缩型球笼式万向节的内外滚道是直槽的，在传递外滚道是直槽的，在传递转矩过程中，星形套可在转矩过程中，星形套可在筒形壳内沿轴向移动，能筒形壳内沿轴向移动，能起到滑动花键的作用，使万向传动装置结构简化。起到滑动花键的作用，使万向传动装置结构简化。16三、挠性万向节三、挠性万向节图注：图注：1 螺栓；螺栓；2 橡胶（橡胶（弹性元件）；）；3 中心钢球；中心钢球；4 黄油嘴；黄油嘴；5 传动凸缘；传动凸缘；6 球座
14、球座 （等速万向接头（等速万向接头原理）原理）挠性万向节是由橡胶件将挠性万向节是由橡胶件将主被动轴叉交错连接而成，主被动轴叉交错连接而成，依靠橡胶件的弹性变形，能够实现转动轴线的小角度（依靠橡胶件的弹性变形，能够实现转动轴线的小角度（35）偏转和微小轴向位移，）偏转和微小轴向位移，吸收传动系中的冲击载荷和衰减扭转振动，具有结构简单，无需润滑等优点。吸收传动系中的冲击载荷和衰减扭转振动，具有结构简单，无需润滑等优点。17第二节第二节 传动轴和中间支承传动轴和中间支承 在有一定距离的两部件之间采用万向传动装置传递动力时，一般需要在万向节之间安在有一定距离的两部件之间采用万向传动装置传递动力时，一般
15、需要在万向节之间安装传动轴。若两部件之间的距离会发生变化，而万向节又没有伸缩功能时，则还要将传动装传动轴。若两部件之间的距离会发生变化，而万向节又没有伸缩功能时，则还要将传动轴做成两段，用滑动花键相连接。为减小传动轴花键连接部分的轴向滑动阻力和摩损，需轴做成两段，用滑动花键相连接。为减小传动轴花键连接部分的轴向滑动阻力和摩损，需加注润滑脂进行润滑加注润滑脂进行润滑，也可以对花键进行磷化处理或喷涂尼龙层，或是在花键槽内设置也可以对花键进行磷化处理或喷涂尼龙层，或是在花键槽内设置滚动元件。滚动元件。图注：图注：1-盖子；盖子；2-盖板；盖板；3-盖垫；盖垫；4-万向万向节叉；节叉；5-加油嘴；加油
16、嘴；6-伸缩套；伸缩套； 7-滑滑动花键槽；动花键槽；8-油封；油封；9-油封油封盖；盖；10-传动轴管。传动轴管。18 在采用独立悬架连接的驱在采用独立悬架连接的驱动桥上，差速器与驱动轮之间动桥上，差速器与驱动轮之间的传动轴又称为驱动半轴（右图）的传动轴又称为驱动半轴（右图）。在工作时，差速器与驱动轮之在工作时，差速器与驱动轮之间的距离变化是靠内侧伸缩型间的距离变化是靠内侧伸缩型万向节来适应的（见下图万向节来适应的（见下图）。）。图注：1-短轴；2-外侧等速万向节；3-驱动轴；4-内侧等速万向节19 在传动距离较长时，往往将传动轴分段，即在传动轴前增加带中间支承的前传动轴在传动距离较长时，往
17、往将传动轴分段，即在传动轴前增加带中间支承的前传动轴。 图注：图注：1-变速器；2-中间支承；3-后驱动桥；4-后传动轴；5-球轴承；6-前传动轴20传动轴中间支承传动轴中间支承 如图所示为一种中间支承结构，它实际上是一个通过支承座和缓冲垫安装在车身（或如图所示为一种中间支承结构，它实际上是一个通过支承座和缓冲垫安装在车身（或车架）上的轴承，用来支承传动轴的一端。橡胶缓冲垫可以补偿车身（或车架）变形和发车架）上的轴承，用来支承传动轴的一端。橡胶缓冲垫可以补偿车身（或车架）变形和发动机振动对于传动轴动机振动对于传动轴位置的影响。位置的影响。 1-滚球轴承滚球轴承 2-中间轴承缓冲垫中间轴承缓冲垫 3-支承座支承座21
