11汽车传动系(4万向传动装置)

第十一章汽车传动系第四节万向传动装置要求：了解各种万向传动装置、传动轴和中间支承的结构。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。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。万向传动装置在汽车上的应用图(1)在现代汽车的总体布置中，发动机、离合器和变速箱连成一体固装在车架上，而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接。由此可见，变速器输出轴轴线与驱动桥的输入轴轴线不在同一平面上。当汽车行驶时，车轮的跳动会造成驱动桥与变速器的相对位置(距离、夹角)不断变化，故变速器的输出轴与驱动桥的输入轴不可能刚性连接，必须安装有万向传动装置。此外，由于越野汽车的前轮既是转向轮又是驱动轮。作为转向轮，要求在转向时可以在规定范围内偏转一定角度；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，半轴不能制成整体而必须分段，中间用等角速万向节相连。万向节传动轴中间支承万向传动装置在汽车上的应用图(2)第一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动。刚性万向节分为不等速万向节(如常见的十字轴式)、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）。一、十字轴式刚性万向节十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为15゜～20゜。该万向节具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角α不为零的情况下，不能传递等角速转动。套筒十字轴传动轴叉卡环轴承外圈（滚针）套筒叉十字轴式刚性万向节示意图设主动叉由初始位置转过φ1角，从动叉相应转过φ2角，由机械原理分析可以得出如下关系式：tgφ1=tgφ2·cosαα是主、从动轴之间的夹角。主动叉从动叉十字轴双万向节等速传动布置图由前述分析知：tgψ1=tgψ2·cosα1；tgψ4=tgψ2·cosα2；若有α1＝α2，则有ψ4＝ψ1只要满足上述条件，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。主动叉主动叉从动叉从动叉二、准等速万向节（基于前述原理设计的万向节）和等速万向节（一）1、双联式万向节（准等速万向节）工作原理图（图17—9）图注：1,2-轴3-双联叉双联式万向节实际上是一套将传动轴长度减缩至最小的双十字轴式万向节等速传动装置，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3的交角相等，这就满足了使轴1和轴2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。双联式万向节结构示意图（图17—10）该万向节结构中设有保证输入轴与双联叉轴线间夹角α1和双联叉轴线与输出轴间夹角α2近似相等的分度机构。在万向节叉1的内端有球头，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。万向节叉万向节叉十字轴油封弹簧球碗双联叉球头2、三销轴式准等速万向节（结构参课本图17—11）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Q1—Q1’，Q2—Q2’，R—R’三根轴线。三销轴式万向节最大特点是允许相邻两轴有较大的交角，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，缺点是所占空间较大。（二）等速万向节的工作原理当万向节主动轴与从动轴之间传力点一直处于主动轴轴线和从动轴轴线夹角平分线上（或者说传力点距这两轴线的距离相等）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。）1、球笼式等速万向节组成：星形套5以内花键与主动轴1相连，其外表面有六条弧形凹槽，形成内滚道。球形壳8的内表面有相应的六条弧形凹槽，形成外滚道。六个钢球分别装在由六组内外滚道所对出的空间里，并被保持架4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。主动轴星形套（内滚道）钢球保持架（球笼）球形壳（外滚道）球笼式等速万向节组成主动轴星形套（内滚道）保持架（球笼）钢球球形壳（外滚道）外罩球笼式等速万向节装配动画装主动轴、卡环装星形套（内滚道）装保持架（球笼）装钢球装球形壳（外滚道）装外罩在外罩上装钢带箍作剖视图动画结束球笼式等速万向节等速传动原理外滚道中心A，内滚道中心B，分别位于万向节中心O的两边，且与O等距。钢球中心C到A、B两点的距离也相等。因此，当两轴交角变化时，保持架可沿内、外球面滑动，以保持钢球在一定位置。不难推知：AOC=BOC。6个钢球都传力，且都位于交角的平分面上。2、伸缩型球笼式万向节（图17—18）图注：O-万向节中心；A-保持架（球笼）B-保持架内球面中心伸缩型球笼式万向节的内外滚道是直槽的，在传递转矩过程中，星形套可在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。三、挠性万向节图注：1螺栓；2橡胶（弹性元件）；3中心钢球；4黄油嘴；5传动凸缘；6球座（等速万向接头原理）挠性万向节是由橡胶件将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（3゜～5゜）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。第二节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滚动元件。图注：1-盖子；2-盖板；3-盖垫；4-万向节叉；5-加油嘴；6-伸缩套；7-滑动花键槽；8-油封；9-油封盖；10-传动轴管。在采用独立悬架连接的驱动桥上，差速器与驱动轮之间的传动轴又称为驱动半轴（右图）。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。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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位置的影响。1-滚球轴承2-中间轴承缓冲垫3-支承座