万向节(Universal Joint)是实现转轴之间变角度传递动力的部件。
万向节位于传动轴的末端,起到连接传动轴和驱动桥、半轴等机件的作用。在前置
发动机RWD的车辆上,万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间;而前置发动机前轮驱动的车辆省略了传动轴,万向节安装在既负责驱动又负责转向的前桥半轴与车轮之间。
万向节按其速度特性分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节。万向节按其
刚度大小,可分为刚性万向节和柔性万向节。
结构及作用
万向节位于传动轴的末端,起到连接传动轴和驱动桥、半轴等机件的作用。万向节的结构和作用有点像人体四肢上的关节,它允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化。为满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化,前驱动汽车的驱动桥,半轴与轮轴之间常用万向节相连。但由于受轴向尺寸的限制,要求偏角又比较大,单个的万向节不能使输出轴与输入轴的瞬时
角速度相等,容易造成振动,加剧机件的损坏,产生很大的噪声,所以广泛采用各式各样的等速万向节。在后驱动汽车上,
发动机、离合器与变速器作为一个整体安装在车架上,而驱动桥通过弹性悬挂与车架连接,两者之间有一个距离,需要进行连接。汽车运行中因路面不平而产生的跳动,负荷变化或者两个总成安装的位差等,都会使得变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的夹角和距离发生变化,因此,后驱动汽车的万向节传动形式都采用双万向节,就是传动轴两端各有一个万向节,其作用是使传动轴两端的夹角
相等,保证输出轴与轴入轴的瞬时
角速度始终相等。
万向节分类
万向节是万向传动装置中实现变角度传动的主要部件,按其速度特性分为不等速万向节(普通十字轴式万向节)、准等速万向节(双联式、三销轴式等)和速万向节(球笼式、组合式等)。万向节按其
刚度大小,可分为刚性万向节和柔性万向节。
不等速万向节
在车辆传动系统中采用较多的是十字轴万向节。其结构简单,工作可靠,效率高,且两传动轴之间的夹角允许达到15°~20°,但是在两轴夹角不为零的情况下不能等角速度传递动力。
准等速万向节
准等速万向节是根据上述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)双联式万向节是一套将传动轴长度减缩至最小的双万向节等速传动装置。其中双联叉2相当于两个在同一平面上的万向节叉,欲使轴1和轴3的
角速度相等,应保证a-a2,为此在双联式万向节的结构中装有分度机构,以尽量保证双联叉的对称线平分所连两轴的夹角。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间夹角(一般可达 50°),且具有轴承密封性好、效率高、制造工艺简单、加工方便、工作可靠等优点,但零件数目较多,外形尺寸较大,故一般多用在越野汽车上。
(2)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。三销轴式万向节主要由两个偏心轴叉1和3、两个三销轴2和4以及六个轴承、密封件等组成。主、从动偏心轴叉分别与转向驱动桥的内、外半轴制成一体,又孔中心线与叉轴中心线互相垂直但不相交。两偏心轴叉由两个三销轴连接。三销轴的大端有一穿通的轴承孔,其中心线与小端轴颈中心线重合。靠近大端两侧有两轴颈,其中心线与小端轴颈中心线垂直并且相交。装合时每一偏心轴叉的两叉孔与一个三销轴的大端两轴颈配合,而后两个三销轴的小端轴颈互相插入对方的大端轴承孔内,这样便形成了 Q-O’’Q-Ω'’R-R'。在与主动偏心轴叉1相连的三销轴4的两个轴颈端面和轴承座6之间装有推力
垫片10。其余各轴颈端面均无推力垫片,且端面与轴承座之间留有较大的空隙,以保证在转向时销轴式万向节不致发生运动干涉现象。三销轴式万向节的特点同样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。其缺点是所占空间较大。
等速万向节
等速万向节的基本原理是从结构上保证万向节在工作过程中,其传力点永远位于两轴交角的平分面上。如图10-66所示,等速万向节由一对大小
相等的锥齿轮组成,在其传动过程中,两齿轮的接触点P位于两齿轮轴线交角a的平分面上,由P点到两轴的垂直距离都等于r,P点处两齿轮的圆周速度是相等的,故两个齿轮旋转的
角速度也相等。同理,若万向节的传力点在其交角变化时始终位于两轴交角的平分面上,则可使两万向节叉保持相等的角速度,实现等速传动。等速万向节有球笼式和球叉式两种。
(1)球笼式万面节星形套7以内花键与主动轴1相连接,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槽,形成外滚道。六个钢球6分别装在各条凹槽中,由保持架4使之保持在一个平面内。动力由主动轴1经钢球6、球形壳&输出。球笼式万向节在结构上能保证传力钢球在工作时始终位于主、从动轴交角的平分面上,从而使得从动轴与主动轴能以等角速度旋转。球笼式万向节在工作时,不论传动方向如何,六个钢球全部传力,并且在两轴的最大交角为42°时仍可传递转矩,同时其结构紧凑,承载能力强,拆装方便,因而越来越得到广泛应用。
(2)球叉式万向节在轴1和轴2的一端都做有一个叉子两个叉子相互垂直放置,两又间嵌进四个传力钢球6,在两叉中心嵌入一个定心钢球5,传动时两个叉子绕着定心钢球5转动一个角度。为达到等速传递动力的目的,在每个叉子上都做有四个曲槽,如图10-68b所示。轴1叉子的曲槽半径为(图中只画出两个曲槽,另两个在背面,投影与之重合),曲槽中心为0,轴2叉子的曲槽半径,中心为0,而万向节的中心为0点。0、0与0点不重合,当子装配起来之后(见图10-68c),两个叉子凹槽的中心线是以 0、0,为圆心的两个半径
相等的圆,而圆心 0、0,与万向节中心0的距离相等,曲槽半径 R、R也相等,因此在两轴以任何角度相交的情况下,传力钢球中心都位于两圆的交点上,亦即所有传力钢球都位于角平分面上,因而保证了等角速度转动。球叉式万向节只有两个钢球参与传力,当反转时,则是另外两个钢球参与传力,因此钢球与曲槽之间的压力较大,磨损较快,对万向节的使用寿命影响较大。其优点是结构紧凑、简单。球叉万向节允许最大交角为32”~33",满足了转向驱动桥的要求,使用广泛。
挠性万向节
挠性万向节依靠其中弹性件的弹性变形来保证在相交两轴间传动时不发生机械干涉。六角形橡胶圈、橡胶盘、橡胶金属套管等是常用的弹性件。因为弹性件的弹性变形量有限,所以挠性
万向集团节一般适用于两轴间夹角不大(3°~5’)和有微量轴向位移的万向传动场合。挠性万向节具有结构简单,无需润滑,能吸收传动系统中的冲击载荷和衰减。扭转振动等优点。
刚性十字轴式万向节
刚性十字轴式万向节,由万向节叉、十字轴等组成。其具有不等速性,为实现等角速度传动,传动轴需要使用两个万向节,且满足两个条件:①第一万向节两轴间的夹角a;与第二万向节两轴间的夹角c
相等;②传动轴两端的两个万向节叉,即第一万向节的从动又与第二万向节的主动夏在同一平面内。