各类型万向节结构和工作原理之欧阳地创编

各类型万向节结构和工作原理时间：2021.03.04创作：欧阳地万向节是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传 动轴线方向的位置。万向节的分类按万向节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。刚性万向 节乂可分为不等速万向节（常用的为十字轴式）、准等速万向节（如双联式万向节） 和等速万向节（如球笼式万向节）三种。不等速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 。图D-C4-2所示的十字轴式万向节由一个十字轴，两个万向节义和四 个滚针轴承等组成。两万向节义1和3上的孔分别套在十字轴2的两对轴颈上。这样 当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，乂可绕十字轴中心在任意方向摆动。在十字 轴轴颈和万向节义孔间装有滚针轴承5,滚针轴承外圈鼎卡环轴向定位。为了润滑轴 承，十字轴上一般安有注油嘴并有油路通向轴颈。润滑油可从注油嘴注到十字轴轴颈 的滚针轴承处。图D-C4-2十字轴万向节结构（12-2）1-套筒;2-十字轴；3-传动轴叉；4-卡环;5-轴承外圈;6-套筒叉十字轴式刚性万向节具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角a不为零的 情况下，不能传递等角速转动。设主动义山图DC4 1（a）所示初始位置转过1角，从动义相应转过2角,山机 械原理分析可以得出如下关系式：tg4 l=tg 4 2 cos a图D-C4-3十字轴式刚性万向节示意图以主动义转角为横坐标，主动义转角和从动义转角之差41-42为纵坐标，可 以画出41-42随41变化曲线图(见图DC4 l(b),图中画出了 a=10 , a =20 , a =30。的情况)。从这张图可以看出：/7“、A3D ft 1 nr20 1?Q IIQ二2(r/ /a3(?图D-C4-4十字轴刚性万向节不等速特性曲线如果主动义匀速转了 180 ,那么从动叉就经历了：比主动叉转得快一比主动叉转得 慢一乂比主动义转得快这样一个过程。但总起来讲，当主动义转过90。时，从动义也 转过90 ；当主动叉转过180 时，从动义也转过180 o从这张图还可以看出，万向节两轴夹角a越大，从动义转角2和主动义转角1)1 之差也越大。这说明，如果主动义是匀速转动的，那么随着万向节两轴夹角的增大,从动义转速的不均匀性越大。单个十字轴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，影响零部件使用寿命。既然十字轴式万向节可以将匀速转动变为非匀速转动，那么它就有可能将某种非匀速 转动还原为匀速转动。例如在变速器的输出轴和驱动桥的输入轴之间，采用如图D C4-5（缺）所示的两个十字轴万向节和一根传动轴传动，就有可能实现这种传动。DC45设变速器的输岀轴山图D-C4-5所示初始位置转过巾1角，传动轴相应转过巾2 角，驱动桥的输入轴相应转过W4角，则有以下关系：tg l=tg 2 cos a 1tg 4=tg 2 cos a 2若有a 1= a 2,则有血4=血1也就是当满足以下两个条件时，可以实现山变速器的输出轴1到驱动桥的输入轴4的 等角速传动：（1）传动轴两端万向节叉处于同一平面内；（2）第一万向节两轴间夹角a 1与第二万向节两轴间夹角a 2相等。因为在行驶时，驱动桥要相对于变速器跳动，不可能在任何时候都有cil=a2,实际 上只能做到变速器到驱动桥的近似等速传动。在以上传动装置中，轴间交角越大，传动轴的转动越不均匀，产生的附加交变载 荷也越大，对机件使用寿命越不利，还会降低传动效率，所以在总体布置上应尽量减 小这些轴间交角。等角速万向节工作原理S在有些场合下，无法布置开两个十字轴式万向节和一根传动轴，这就需要能单独实 现等角速传动的万向节。能实现等角速传动万向节的工作原理基本上分为以下两 种：（1）两个十字轴式万向节和一根传动轴等角速传动原理.将这种等角速传动机构中的传动轴缩至最短，双联式（以及三销式，凸块式）等角 速万向节就属于这一种。（2）锥齿轮传动原理两个同样的锥齿轮相互啮合传动（见图D-C4-6）（缺）汽车构造p269 3-69,从动齿轮与主动齿轮的转速必然是相同的。这样的传动机构从原理上也可以这样描述： 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。图D-C4-6等速万向节的工作原理1,3-主动叉;2, 4-从动叉图D-C4-5双万向节等速传动布置图准等速万向节常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与上述双十字轴式 万向节实现等速传动的原理是一样的。图D-C4-7为双联式万向节工作原理图，它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，双联义3相当于传动轴及两端处在同一平面上 的万向节义。在D-C4-7所示的双联式万向节的结构实例中，设有保证输入轴与双 联义轴线间夹角a 1和双联义轴线与输出轴间夹角a2近似相等的分度机构。在万 向节义6的内端有球头，在万向节义1内端有导向套2。球碗放于导向套内，被弹簧压向球头。在两轴交角为0。时，球头与球碗的中心与两十字轴中心的连线中点重 合。当万向节义6相对万向节乂1摆动时，如果球头与球碗的中心（实际上也输出 轴与输入轴的交点）能沿两十字轴中心连线的中垂线移动，就能够满足l=a2的 条件，但是球头与球碗的中心（实际上就是球头的中心）只能绕万向节义6上的十 字轴中心作圆弧运动。在当输出轴与输入轴的交角较小时，处在圆弧上的两轴轴线 交点离上述中垂线很近（D-C4-8）,使得Q1与的差很小，能使两轴角速度 接近相等，所以称双联式万向节为准等速万向节。21,4-万向节叉;2-十字轴;3-油封;5-弹簧;6-球碗;7-双联叉;8-球头图D-C4-7双联式万向节1,2-轴;3-双联叉图D-C4-8双联式万向节工作原理图等速万向节U前轿车上常用的等速万向节为球笼式万向节，也有采用球义式万向节或自山三枢 轴万向节的。（1）球笼式万向节的结构见图图D-C4-9O星形套7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6分别装在山六组内外滚道所对岀的空间里，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6传到球形壳8输出。球形壳（外滚道）9-卡环图D-C4-9球笼式等速万向节球笼式万向节的等速传动原理见图D-C4-10o外滚道的中心A与内滚道的中心B分 别位于万向节中心0的两边，且与0等距离，即AO=BOo钢球在内滚道中滚动和钢球 在外滚道中滚动时，钢球中心所经过的圆弧半径是一样的，图中钢球中心所处的C 点正是这样两个圆弧的交点，所以有AC二BC。乂因为CO为AAOC与ABOC的公共边， 所以可以导岀AOC9ZBOC ,因而ZAOC二ZBOC，也就是说当主动轴与从动轴处 于任一夹角a （当然要在一定范围内）时，C点都处在主动与从动轴线的夹角平分 线上。处在C点的钢球中心到主动轴的距离a和到从动轴的距离b必然是一样的（用类似的方法可以证明其它钢球到两轴的距离也是一样的），从而保证了万向节 的等速传动特性。在图中上下两钢球处，内外滚道所夹的空间都是左宽右窄，钢球 很容易向左跑岀，为了将钢球定位，设置了保持架。保持架的内外球面、星形套的 外球面和球形壳的内球面均以万向节中心0为球心，并保证六个钢球球心所在的平 面（主动轴和从动轴是以此平面为对称面的）经过0点。当两轴交角变化时，保持 架可沿内外球面滑动，这就限定了上下两钢球不能向左跑出。0-万向节中心；A-外滚道中心；B-内滚道中心；C-钢球中心；a-两轴交角（指钝角）图D-C4-10球笼式万向节的等速性球笼式等速万向节内的六个钢球全部传力，承载能力强，可在两轴最大交角为42 情况下传递扭矩，其结构紧凑，拆装方便，得到广泛应用。0-万向节中心；A-保持架（球笼）B-保持架内球面中心图D-C4-11伸缩型球笼式万向节图D-C4-12伸缩球笼式等角速万向节工作原理图（2）自山三枢轴等速万向节在富康轿车上，驱动轴釆用了自山三枢轴等速万向节（见图D-C4-14a）图 D-C4-14a这种万向节包括三个位于同一平面内互成120度的枢轴12-3 （见图D-C4-14b）, 它们的轴线交于输入轴上一点，并且垂直于驱动轴。酊DC414b三个外表面为球面的滚子轴承，分别活套在各枢轴上。一个漏斗形轴5,在其筒形部分加工出三个槽形轨道。三个槽形轨道在筒形圆周上是 均匀分布的，轨道配合面为部分圆柱面，三个滚子轴承分别装入各槽形轨道，可沿 轨道滑动。从以上装配关系可以看出：每个外表面为球面的滚子轴承能使其所在枢轴的轴线与 相应槽形轨道的轴线相交。当输出轴与输入轴交角为0。时，山于三枢轴的自动定心 作用，能自动使两轴轴线重合；当输出轴与输入轴交角不为0。时，因为球形滚柱可 沿枢轴轴线移动，所以它还可以沿各槽形轨道滑动。这就保证了输入轴与输出轴之 间始终可以传递动力，并且是等速传动（注2） o1-锁定三角架；2-橡胶紧固件；3-保护罩；4-保护罩卡箍；5-漏斗形轴；6-止推 块；7-垫圈；8-外座圈图D-C4-14 12-3自由三枢轴等速万向节注2：关于自山三枢轴万向节传动等速性的证明比较复杂，其证明可见北京理工大学 岀版社出版伍徳荣等同志译的“万向节与传动轴“。挠性万向节 挠性万向节（见图D-C4-15）是山橡胶件将主被动轴义交错连接而成，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。TiH.ITiT1螺丝2橡胶3中心钢球4黃油嘴5传动凸缘6球座图D-C4-15挠性万向节（等速万向接头原理）时间：2021.03. 04创作：欧阳地