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      萬向節(jié)

所謂萬向節(jié)，指的是利用球型連接實(shí)現(xiàn)不同軸的動(dòng)力傳送的機(jī)械結(jié)構(gòu)，是汽車上有一個(gè)很重要的部件。萬向節(jié)與傳動(dòng)軸組合，稱為萬向節(jié)傳動(dòng)裝置。在前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的車輛上，萬向節(jié)傳動(dòng)裝置安裝在變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋主減速器輸入軸之間；而前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的車輛省略了傳動(dòng)軸，萬向節(jié)安裝在既負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)又負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向的前橋半軸與車輪之間。

介紹

在汽車傳動(dòng)系及其它系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)一些軸線相交或相對(duì)位置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間的動(dòng)力傳遞，必須采用萬向傳動(dòng)裝置。萬向傳動(dòng)裝置一般由萬向節(jié)和傳動(dòng)軸組成，有時(shí)還要有中間支承，主要用于以下一些位置： 1-萬向節(jié)；2-傳動(dòng)軸；3-前傳動(dòng)軸；4-中間支承。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車的變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間。當(dāng)變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)將傳動(dòng)軸分成兩段甚至多段，并加設(shè)中間支承。多軸驅(qū)動(dòng)的汽車的分動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)橋之間或驅(qū)動(dòng)橋與驅(qū)動(dòng)橋之間。由于車架的變形，會(huì)造成軸線間相互位置變化的兩傳動(dòng)部件之萬向節(jié)配合間。所示為在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間。

采用獨(dú)立懸架的汽車的與差速器之間。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)車橋的差速器與車輪之間。 汽車的動(dòng)力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中。

萬向節(jié)配合

在萬向節(jié)配合中，一個(gè)零部件(輸出軸)繞自身軸的旋轉(zhuǎn)是由另一個(gè)零部件(輸入軸)繞其軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的。

萬向節(jié)即萬向接頭，英文名稱universal joint，是實(shí)現(xiàn)變角度動(dòng)力傳遞的機(jī)件，用于需要改變傳動(dòng)軸線方向的位置，它是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的萬向傳動(dòng)裝置的 “關(guān)節(jié)”部件。萬向節(jié)與傳動(dòng)軸組合，稱為萬向節(jié)傳動(dòng)裝置。

萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)和作用有點(diǎn)像人體四肢上的關(guān)節(jié)，它允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內(nèi)變化。為滿足動(dòng)力傳遞、適應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的上下跳動(dòng)所造成的角度變化，前驅(qū)動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)橋，半軸與輪軸之間常用萬向節(jié)相連。但由于受軸向尺寸的限制，要求偏角又比較大，單個(gè)的萬向節(jié)不能使輸出軸與軸入軸的瞬時(shí)角速度相等，容易造成振動(dòng)，加劇部件的損壞，并產(chǎn)生很大的噪音，所以廣泛采用各式各樣的等速萬向節(jié)。在前驅(qū)動(dòng)汽車上，每個(gè)半軸用兩個(gè)等速萬向節(jié)，靠近變速驅(qū)動(dòng)橋的萬向節(jié)是半軸內(nèi)側(cè)萬向節(jié)，靠近車軸的是半軸外側(cè)萬向節(jié)。在后驅(qū)動(dòng)汽車上，發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器與變速器作為一個(gè)整體安裝在車架上，而驅(qū)動(dòng)橋通過彈性懸掛與車架連接，兩者之間有一個(gè)距離，需要進(jìn)行連接。汽車運(yùn)行中路面不平產(chǎn)生跳動(dòng)，負(fù)荷變化或者兩個(gè)總成安裝的位差等，都會(huì)使得變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋主減速器輸入軸之間的夾角和距離發(fā)生變化，因此在后驅(qū)動(dòng)汽車的萬向節(jié)傳動(dòng)形式都采用雙萬向節(jié)，就是傳動(dòng)軸兩端各有一個(gè)萬向節(jié)，其作用是使傳動(dòng)軸兩端的夾角相等，從而保證輸出軸與輸入軸的瞬時(shí)角速度始終相等。

等速萬向節(jié)的英文名稱是constant velocity universal joint，我想這不多不少會(huì)是大家將CVD和萬向節(jié)相混淆的原因吧。

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(zhǔn)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゜。下圖所示的十字軸式萬向節(jié)由一個(gè)十字軸，兩個(gè)萬向節(jié)叉和四個(gè)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(duì)軸頸上。這樣當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸既可隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，又可繞十字軸中心在任意方向擺動(dòng)，這樣就適應(yīng)了夾角和距離同時(shí)變化的需要。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。

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

當(dāng)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)由變速器的輸出軸到驅(qū)動(dòng)橋的

十字軸式剛性萬向節(jié)

構(gòu)造

潤滑密封、內(nèi)外擋圈定位

工作原理

1.主動(dòng)叉在垂直位置，并且十字軸平面與主動(dòng)軸垂直時(shí)。此時(shí)，主動(dòng)叉與十字軸連接點(diǎn)a和從動(dòng)叉與十字軸連接點(diǎn)b在十字軸平面上的線速度相等。(從動(dòng)叉 向十字軸平面的速度投影)

2.主動(dòng)叉在水平位置，并且十字軸平面與從動(dòng)軸垂直時(shí)。(主動(dòng)叉 向十字軸平面的速度投影)

3.主從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速關(guān)系

兩軸交角越大，轉(zhuǎn)速 越大，傳動(dòng)軸的不等速性越差。

十字軸萬向節(jié)的不等速性：是指從動(dòng)軸在一周中角速度不均勻，若主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，則從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢，即單個(gè)十字軸萬向節(jié)在有夾角時(shí)傳動(dòng)的不等速性。

雙十字軸式萬向節(jié)實(shí)現(xiàn)兩軸間(變速器的輸出軸和驅(qū)動(dòng)橋的輸入軸)的等速傳動(dòng)的條件：

①.第一個(gè)萬向節(jié)兩軸間的夾角與第二個(gè)萬向節(jié)兩軸間夾角相等(設(shè)計(jì)保證)

②.第一個(gè)萬向節(jié)的從動(dòng)叉與第二個(gè)萬向節(jié)的主動(dòng)叉處于同一平面(由裝配保證)。
由于在采用非獨(dú)立懸架時(shí)，變速器不主減速器相對(duì)位置不斷變化，條件一很難滿足，只能做到不等速性盡可能小。

準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)

準(zhǔn)等速萬向節(jié)

常見的準(zhǔn)等速萬向節(jié)有雙聯(lián)式和三銷軸式兩種，它們的工作原理與雙十字軸式萬向節(jié)實(shí)現(xiàn)等速傳動(dòng)的原理是一樣的。

雙聯(lián)式萬向節(jié)實(shí)際上是一套將傳動(dòng)軸長度減縮至最小的雙十字軸式萬向節(jié)等速傳動(dòng)裝置，雙聯(lián)叉相當(dāng)于傳動(dòng)軸及兩端處在同一平面上的萬向節(jié)叉。在當(dāng)輸出軸與輸入軸的交角較小時(shí)，處在圓弧上的兩軸軸線交點(diǎn)離上述中垂線很近，使得α1與α2 的差很小，能使兩軸角速度接近相等，所以稱雙聯(lián)式萬向節(jié)為準(zhǔn)等速萬向節(jié)。

雙聯(lián)式和三銷軸式

雙聯(lián)式：

原理：根據(jù)雙十字軸萬向節(jié)實(shí)現(xiàn)等速傳動(dòng)的原理。當(dāng)萬向節(jié)叉2相對(duì)萬向節(jié)叉1在一定的角度范圍內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，雙聯(lián)叉也被帶動(dòng)偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，使兩十字軸中心連線與兩萬向節(jié)叉的軸線的交角差值很小，從而保證兩軸角速度接近相等，在 差值允許范圍內(nèi)，雙聯(lián)式萬向節(jié)具有準(zhǔn)等速性。

優(yōu)點(diǎn)：允許較大的軸間夾角，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，工作可靠，交角最大可達(dá)50º

雙聯(lián)式萬向節(jié)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，可以沒有分度機(jī)構(gòu)，但必須在結(jié)構(gòu)上保證雙聯(lián)式萬向節(jié)中心位于主銷軸線與半軸軸線的交點(diǎn)，以保證等速傳動(dòng)。

三銷軸式萬向節(jié)：

由雙聯(lián)式萬向節(jié)演變而來。

優(yōu)點(diǎn)：允許相鄰兩軸有較大的交角，最大達(dá)45º，在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中可使汽車獲得較小的轉(zhuǎn)彎半徑，提高汽車機(jī)動(dòng)性。

缺點(diǎn)：所占空間較大。

球面滾輪式萬向節(jié)：

裝在與萬向節(jié)軸制成一體的三根銷軸上的球面滾輪，可沿與另一萬向節(jié)軸1相連的筒狀體的三個(gè)軸向槽移動(dòng)，起到伸縮花鍵的作用。三個(gè)球面滾輪與筒狀體的槽壁之間可傳遞轉(zhuǎn)矩。結(jié)構(gòu)上應(yīng)保證沿圓周等分的三個(gè)球面滾輪的軸線始終位于或近似位于萬向節(jié)兩軸夾角的等分面上。該萬向節(jié)允許的軸間夾角可達(dá)43°，加工業(yè)比較容易。

等速萬向節(jié)

目前轎車上常用的等速萬向節(jié)為球籠式萬向節(jié)，也有采用球叉式萬向節(jié)或自由三樞軸萬向節(jié)的。

球籠式萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)見下圖。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。

球叉式萬向節(jié)、球籠式萬向節(jié)

基本原理：從結(jié)構(gòu)上保證萬向節(jié)在工作過程中，其傳力點(diǎn)永遠(yuǎn)位于兩軸交點(diǎn)的平面上。

球叉式萬向節(jié)：

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，允許最大交角32º-33º

缺點(diǎn)：壓力裝配，拆裝不方便，鋼球與曲面凹槽單位壓力大，磨損快；只有兩個(gè)鋼球傳力，反轉(zhuǎn)時(shí)，另兩個(gè)鋼球傳力。

球籠式萬向節(jié)

優(yōu)點(diǎn)：兩軸最大交角為42º

工作時(shí)無論傳動(dòng)方向，六個(gè)鋼球全部傳力。與球叉式萬向節(jié)相比，承載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便。

若內(nèi)外滾道采用圓桶形，則變成伸縮型球籠式萬向節(jié)，省去傳動(dòng)裝置中的滑動(dòng)花鍵，滑動(dòng)阻力小，適用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。

撓性萬向節(jié)

撓性萬向節(jié)是依靠彈性件的彈性變形來保證兩軸間傳動(dòng)時(shí)不發(fā)生機(jī)械干涉。

一般用于兩軸夾角不大于3°-5°和微量軸向位移的萬向傳動(dòng)場(chǎng)合。

優(yōu)點(diǎn)：消除制造安裝誤差和車架變形對(duì)傳動(dòng)的影響；吸收沖擊，衰減扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無須潤滑。

輸入軸的等角速傳動(dòng)

滿足條件

(1)傳動(dòng)軸兩端萬向節(jié)叉處于同一平面內(nèi)

(2)第一萬向節(jié)兩軸間夾角α1與第二萬向節(jié)兩軸間夾角α2相等。

因?yàn)樵谛旭倳r(shí)，驅(qū)動(dòng)橋要相對(duì)于變速器跳動(dòng)，不可能在任何時(shí)候都有α1=α2，實(shí)際上只能做到變速器到驅(qū)動(dòng)橋的近似等速傳動(dòng)。

在以上傳動(dòng)裝置中，軸間交角α越大，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)越不均勻，產(chǎn)生的附加交變載荷也越大，對(duì)機(jī)件使用壽命越不利，還會(huì)降低傳動(dòng)效率，所以在總體布置上應(yīng)盡量減小這些軸間交角。