11汽车传动系(4万向传动装置)

1、第十一章第十一章 汽车传动系汽车传动系 第四节第四节 万向传动装置万向传动装置 要求：了解各种万向传动装置、传动轴和中间支承的结构。要求：了解各种万向传动装置、传动轴和中间支承的结构。 在汽车传动系在汽车传动系及其它系统及其它系统中，为了实现一些轴线相交中，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。向传动装置。 万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还加万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还加 装装中间支承中间支承。 万向传动装置在汽车上的应用图万向传动装置在汽车上的应用图(1) 在现代汽车

2、的总体布置在现代汽车的总体布置 中，发动机、离合器和变速中，发动机、离合器和变速 箱连成一体固装在车架上，箱连成一体固装在车架上， 而驱动桥则通过而驱动桥则通过弹性悬架弹性悬架与与 车架连接。由此可见，车架连接。由此可见，变速变速 器输出轴轴线与驱动桥的输器输出轴轴线与驱动桥的输 入轴轴线不在同一平面上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。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桥与变速器的相对位置(距离、夹角距离、夹角)不断变化，故不断变化，故变速器的输出轴变速器的输出轴 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。与驱动桥的输入轴不可能刚性

3、连接，必须安装有万向传动装置。此此 外，由于外，由于越野汽车的前轮既是转向轮又是驱动轮越野汽车的前轮既是转向轮又是驱动轮。作为转向轮，要。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。 万向节万向节 传动轴传动轴 中间支承中间支承 万向传动装置在汽车上的应用图万向传动装置在汽车上的应用图

4、(2) 第一节第一节 万向节万向节 万向节按其刚度的大小可分为万向节按其刚度的大小可分为刚性万向节刚性万向节和和挠性万向挠性万向 节节，前者的动力是靠零件的铰链式联接传递的；而后者的，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。夹角不大以及有微量轴向位移的轴间传动。 刚性万向节分为刚性万向节分为不等速万向节不等速万向节(如常见的十字轴式如常见的十字轴式

5、)、 准等速万向节准等速万向节（双联式、三销轴式）和（双联式、三销轴式）和等速万向节等速万向节（球叉（球叉 式、球笼式等）。式、球笼式等）。 一、一、十字轴十字轴式刚性式刚性万向节万向节 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，允许节，允许 相邻两轴相邻两轴 的最大交的最大交 角为角为15 20 。 该万向节该万向节 具有结构具有结构 简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角不为零的情况不为零的情况 下，不能传递等角速转动下，不能传递等角速转动。 套筒套筒 十字轴十字轴 传动轴叉传动轴叉 卡环卡环 轴承外

6、圈轴承外圈（滚针）（滚针）套筒叉套筒叉 十字轴式刚性万向节示意图十字轴式刚性万向节示意图 设主动叉由初始位设主动叉由初始位 置转过置转过1角，从动叉角，从动叉 相应转过相应转过2角，由机角，由机 械原理分析可以得出械原理分析可以得出 如下关系式：如下关系式： tg1=tg2cos 是主、从动轴之间的夹角。是主、从动轴之间的夹角。 主动叉主动叉 从从 动动 叉叉 十字轴十字轴 双万向节等速传动布置图双万向节等速传动布置图 由前述分析知：由前述分析知： tg1=tg2cos1； tg4=tg2cos2； 若有若有12， 则有则有41 只要满足上述条件，只要满足上述条件， 并使并使中间轴两端的叉面共

7、面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。利用双 万向节可以实现输出轴和输入轴的等速旋转。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 主动叉主动叉 从动叉从动叉 从动叉从动叉 二、准等速万向节（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）和等速万向节 （一）（一）1、双联式万向节（准等速万向节）工作原理图（图、双联式万向节（准等速万向节）工作原理图（图179） 图注：图注：1,2-轴轴 3-双联叉双联叉 双联式万向节实双联式万向节实 际上是一套将传动轴际上是一套将传动轴 长度减缩至最小的双长度减缩至最小的双 十字轴式万向

8、节等速十字轴式万向节等速 传动装置，双联叉传动装置，双联叉3 相当于相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉，配合专，配合专 用机构使得两轴与双联叉用机构使得两轴与双联叉3的交角相等，这就满足了使轴的交角相等，这就满足了使轴 1和轴和轴2的角速度相等的条件。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双联式万向节结构示意图（图（图1710） 该万向节结构该万向节结构 中设有保证输入轴中设有保证输入轴 与双联叉轴线间夹与双联叉轴线间夹 角角1和双联叉轴和双联叉轴 线与输出轴间夹角线与输出轴间夹角 2近似相等的近似相等的

9、分分 度机构度机构。在万向节。在万向节 叉叉1的内端有球头，的内端有球头， 在万向节叉在万向节叉4内端有导向套。球碗放于导向套内，被弹簧内端有导向套。球碗放于导向套内，被弹簧 压向球头。压向球头。 万向节叉万向节叉 万向节叉万向节叉 十字轴十字轴 油封油封 弹簧弹簧 球碗球碗 双联叉双联叉 球头球头 2、三销轴式、三销轴式准等速准等速万向节（万向节（结构参课本图结构参课本图1711） 三销轴式万向节是由双联式万向节演变而来的准等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。速万向节。 装合后，可形成装合后，可形成Q1 Q1， Q2 Q2 ，R R三根三根 轴线。轴线。 三销轴式万向节

10、最大特三销轴式万向节最大特 点是允许相邻两轴有较点是允许相邻两轴有较 大的交角，最大可达大的交角，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，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。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（二）等速万向节的工作原理 当万向节主动当万向节主动 轴与从动轴之间传轴与从动轴之间传 力点一直处于主动力点一直处于主动 轴轴线和从动轴轴轴轴线和从动轴轴 线夹角平分线上（线夹角平分线上（ 或者说传力点距这或者说传力点距这 两轴线的距离相等）两轴线的距离相等

11、） 时，必然能实现等角速传动。（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、球笼式等速万向节 组成：星形套组成：星形套5以内以内 花键与主动轴花键与主动轴1相连，相连， 其外表面有六条弧其外表面有六条弧 形凹槽，形成内滚形凹槽，形成内滚 道。球形壳道。球形壳8的内表的内表 面有相应的六条弧面有相应的六条弧 形凹槽，形成外滚道。形凹槽，形成外滚道。 六个钢球分别装在六个钢球分别装在 由六组内外滚道所对出的空间里，并被保持架由六组内外滚道所对出的空间里，并被保持架4限定在同限定在同 一个平面内。一个平面内。动力由主动轴1（及星形套）经

12、钢球传到球形壳8输出。 主动轴主动轴 星形套（内星形套（内 滚道滚道） 钢球钢球 保持架保持架 （球笼）（球笼） 球形壳球形壳 （外滚道）（外滚道） 球笼式等速万向节组成球笼式等速万向节组成 主动轴主动轴 星形套（内星形套（内 滚道）滚道） 保持架（球笼）保持架（球笼） 钢球钢球 球形壳（外滚道）球形壳（外滚道） 外罩外罩 球笼式等速万向节装配动画球笼式等速万向节装配动画 装主动轴、装主动轴、 卡环卡环 装星形套（内装星形套（内 滚道）滚道） 装保持架装保持架 （球笼）（球笼） 装装 钢钢 球球 装球形壳装球形壳 （外滚道）（外滚道） 装外罩装外罩 在外罩上在外罩上 装钢带箍装钢带箍 作剖视图

13、作剖视图 动画结束动画结束 球笼式等速万向节等速传动原理球笼式等速万向节等速传动原理 外滚道中心外滚道中心A，内滚道内滚道 中心中心B，分别位于万向分别位于万向 节中心节中心O的两边，且与的两边，且与 O等距。钢球中心等距。钢球中心C到到 A、B两点的距离也相两点的距离也相 等。因此，当两轴交等。因此，当两轴交 角变化时，保持架可角变化时，保持架可 沿内、外球面滑动，沿内、外球面滑动， 以保持钢球在一定位置。以保持钢球在一定位置。 不难推知：不难推知： AOC= BOC。6个钢球都传力，且都位于交角的平分个钢球都传力，且都位于交角的平分 面上。面上。 2、伸缩型球笼式万向节（图、伸缩型球笼式万

14、向节（图1718） 图注：图注：O-万向节中心；万向节中心； A-保持架（球笼）保持架（球笼） B-保持架内球面中心保持架内球面中心 伸缩型球笼式万向节的内伸缩型球笼式万向节的内 外滚道是直槽的，在传递外滚道是直槽的，在传递 转矩过程中，星形套可在转矩过程中，星形套可在 筒形壳内沿轴向移动，能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。起到滑动花键的作用，使万向传动装置结构简化。 三、挠性万向节三、挠性万向节 图注：图注：1 螺栓；螺栓；2 橡胶（橡胶（弹 性元件）；）；3 中心钢球；中心钢球； 4 黄油嘴；黄油嘴；5 传动凸缘；传动凸缘； 6 球座球座 （等速万向接头

15、（等速万向接头 原理）原理） 挠性万向节是由橡胶件将挠性万向节是由橡胶件将 主被动轴叉交错连接而成，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（依靠橡胶件的弹性变形，能够实现转动轴线的小角度（35） 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，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。具有结构简单，无需润滑等优点。 第二节第二节 传动轴和中间支承传动轴和中间支承 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，一般需要力时，一般需要在万向节之间安装传动

16、轴在万向节之间安装传动轴。若两部件之间。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，用滑动花键相连接将传动轴做成两段，用滑动花键相连接。为减小传动轴花。为减小传动轴花 键连接部分的轴向滑动阻力和摩损，需键连接部分的轴向滑动阻力和摩损，需加注润滑脂加注润滑脂进行润进行润 滑滑，也可以对花键进行磷化处理或喷涂尼龙层，或是在花也可以对花键进行磷化处理或喷涂尼龙层，或是在花 键槽内设置键槽内设置 滚动元件。滚动元件。 图注：图注：1-盖子；盖子； 2-盖板；盖板； 3-盖垫；盖垫；4-万向万向 节叉；节叉；5-加

17、油嘴；加油嘴； 6-伸缩套；伸缩套； 7-滑滑 动花键槽；动花键槽； 8-油封；油封；9-油封油封 盖；盖；10-传动轴管。传动轴管。 在采用独立悬架连接的驱在采用独立悬架连接的驱 动桥上，差速器与驱动轮之间动桥上，差速器与驱动轮之间 的传动轴又称为驱动半轴（右图）的传动轴又称为驱动半轴（右图）。 在工作时，在工作时，差速器与驱动轮之差速器与驱动轮之 间的距离变化间的距离变化是靠内侧伸缩型是靠内侧伸缩型 万向节来适应的（见下图万向节来适应的（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前增加带中间支承的前传动轴。 图注：图注：1-变速器；2-