什么是万向节

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RCFans,China 万向节即万向接头，英文名称universal joint，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，它是汽车驱动系统的万向传动装置的 “关节”部件。万向节与传动轴组合，称为万向节传动装置。万向节的结构和作用有点象人体四肢上的关节，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轴入轴的瞬时角速度相等，容易造成振动，加剧机件的损坏，产生很大的噪音，所以广泛采用各式各样的等速万向节。在前驱动汽车上，每个半轴用两个等速万向节，靠近变速驱动桥的万向节是半轴内侧万向节，靠近车轴的是半轴外侧万向节。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。汽车运行中路面不平产生跳动，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，因此在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。 3 g9 t: g& x" F! r$ b5 Y2 q1．概述 . R- [* C6 `7 L8 r5 c" ^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，有时还要有中间支承，主要用于以下一些位置： 1-万向节；2-传动轴；3-前传动轴；4-中间支承 2 f! b4 ~" h& ~- Z- J# |. g发动机前置后轮驱动汽车的变速器与驱动桥之间。当变速器与驱动桥之间距离较远时，应将传动轴分成两段甚至多段，并加设中间支承。 ! Q$ i+ {' u1 ]9 s0 e0 p3 g多轴驱动的汽车的分动器与驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间 。由于车架的变形，会造成轴线间相互位置变化的两传动部件之间。 如图(c)所示为在发动机与变速器之间。 采用独立悬架的汽车的与差速器之间。 O' X& C9 P; t% n4 S3 j. D转向驱动车桥的差速器与车轮之间。 汽车的动力输出装置和转向操纵机构中。 2．万向节 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。 2 }; P5 V% H% Y/ |, v. n（1）万向节的分类 8 e# i4 H4 y5 W- m/ q6 `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。刚性万向节又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。 & m# ]6 ?/ }0 q+ z) L& @（2）不等速万向节 ! n$ u# U6 Q$ D. l( g% D- N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゜。下图所示的十字轴式万向节由一个十字轴，两个万向节叉和四个滚针轴承等组成。两万向节叉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，又可绕十字轴中心在任意方向摆动，这样就适应了夹角和距离同时变化的需要。在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承5，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。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。十字轴万向节结构 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α不为零的情况下，不能传递等角速转动。 ( `7 `* J% X4 H/ T9 ^5 U1 k当满足以下两个条件时，可以实现由变速器的输出轴到驱动桥的输入轴的等角速传动：传动轴两端万向节叉处于同一平面内； ) T; A7 m$ @9 z) y4 H0 O) k) m: Q2）第一万向节两轴间夹角α1与第二万向节两轴间夹角α2相等。 & s6 F2 m; `7 ?& f5 V8 ~+ e6 u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α1＝α2，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α 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。 " V1 m* O( ^; m9 E（3）准等速万向节 # ]% m3 @1 c8 Z8 h0 ?- J, K! t: S6 c常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。 ) c/ V% Z. Q. `( L b5 ]1,4-万向节叉；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，双联叉相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉。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，使得α1与α2 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。 * H: U) E* D; y9 W6 H9 _' ~/ Y" u; I4）等速万向节 ; J+ I) p! O. H9 }目前轿车上常用的等速万向节为球笼式万向节，也有采用球叉式万向节或自由三枢轴万向节的。球笼式万向节的结构见下图。 . y6 N& @$ K1 T2 d4 f2 K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6传到球形壳8输出。 7 S! h0 w6 v4 |; p+ C2 G球笼式等速万向节 1- 主动轴 2,5-钢带箍；3-外罩 4-保持架（球笼）6-钢球7-星形套（内滚道） 8-球形壳（外滚道） 9-卡环 8 ]0 h8 \: ^4 R" ~, Y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。 在各种等速万向节中，常见是球笼式万向节，它用六个钢球传力，主动轴与从动轴在任何交角的情况下，钢球都位于两园的交点上，即位于两轴交角的平分面上，从而保证主、从动轴等角速度传动。 3．传动轴及中间支承 2 H1 k1 i2 q( S- E* k（1）传动轴 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。 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。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。 独立悬架驱动半轴型式驱动轴总成 ~3 z; `/ ^9 B4 O7 \' B 3 e' @; j( O6 B! L# y9 D( V1-短轴；2-外侧等速万向节；3-驱动轴；4-内侧等速万向节 1 [( E: u# P) D3 Q5 @/ x（2）传动轴动平衡问题 7 E5 y; U1 r1 ~% J3 B$ }7 x传动轴在高速旋转时，任何质量的偏移都会导致剧烈振动。生产厂家在把传动轴与万向节组装后，都进行动平衡。经过动平衡的传动轴两端一般都点焊有平衡片，拆卸后重装时要注意保持二者的相对角位置不变。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。 # }& o' o$ T( z3 p# l1-变速器；2-中间支承；3-后驱动桥；4-后传动轴；5-球轴承；6-前传动轴当变速器和后桥之间距离较长时常使用两段传动轴) （3）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。 & t b: s0 w) \. u- `6 e9 W( b" _ # X. O% r/ _% I1-滚球轴承；2-中间轴承缓冲垫；3-支承座 中间轴承