第5章万向传动装置2

1、上海工程技术大学上海工程技术大学 汽车工程学院汽车工程学院第五章万向传动装置5.0.1 5.0.1 万向传动装置的基本功用万向传动装置的基本功用5.0 5.0 万向传动装置概述万向传动装置概述 在空间实现不在一条直线上的动力传递，且允许两传动点之间在空间实现不在一条直线上的动力传递，且允许两传动点之间角度和距离的改变。角度和距离的改变。图图5-2 5-2 万向传动装置在汽车传动系统中的应用万向传动装置在汽车传动系统中的应用 1-1-变速器变速器 2-2-分动器分动器 3-3-万向传动装置万向传动装置 4-4-中驱动桥中驱动桥 5-5-后驱动桥后驱动桥 6-6-前驱动桥前驱动桥 7-7-变速驱动

2、桥变速驱动桥 1 1）变速器与驱动桥之间（）变速器与驱动桥之间（图图5-15-1）。 4 4）驱动桥与驱动桥之间（）驱动桥与驱动桥之间（图图5-2a5-2a）。 3 3）分动器与驱动桥之间（）分动器与驱动桥之间（图图5-2a5-2a）。 2 2）变速器与分动器之间（）变速器与分动器之间（图图5-2a5-2a）。 5 5）变速驱动桥与转向驱动轮之间（）变速驱动桥与转向驱动轮之间（图图5-2b5-2b）。（a a）（b b）5.0.2 5.0.2 万向传动装置在汽车传动系中的应用万向传动装置在汽车传动系中的应用5.0 5.0 万向传动装置概述万向传动装置概述 1 1变速器与驱动桥之间变速器与驱动桥

3、之间 5.0.2 5.0.2 万向传动装置在汽车传动系中的应用万向传动装置在汽车传动系中的应用5.0 5.0 万向传动装置概述万向传动装置概述 2 2变速器与分动器之间、分动器与驱动桥之间变速器与分动器之间、分动器与驱动桥之间 5.0.2 5.0.2 万向传动装置在汽车传动系中的应用万向传动装置在汽车传动系中的应用5.0 5.0 万向传动装置概述万向传动装置概述 3 3驱动桥与驱动轮之间驱动桥与驱动轮之间 5.0.2 5.0.2 万向传动装置在汽车传动系中的应用万向传动装置在汽车传动系中的应用5.0 5.0 万向传动装置概述万向传动装置概述 万向传动装置一般由万向传动装置一般由万向节万向节和和

4、传动轴传动轴组成，传动轴上设置能够改组成，传动轴上设置能够改变长短的花键，当传动轴分段传动时，还包含有变长短的花键，当传动轴分段传动时，还包含有中间支承装置中间支承装置。（中间支承装置）传动轴万向节万向传动装置5.1.5.1.1 1 万向节万向节简介简介 5.1 5.1 万向节万向节 按万向节在扭转方向上是否有明显的按万向节在扭转方向上是否有明显的弹性可以划分为弹性可以划分为刚性万向节刚性万向节（图（图5-3a5-3a）和）和柔性万向节柔性万向节两种（图两种（图5-3b5-3b）。）。图图5-3 5-3 两种类型万向节两种类型万向节 1-1-万向节叉万向节叉 2-2-橡胶联结块橡胶联结块 柔性

5、万向节刚性万向节万向节（a a）（b b）不等速万向节准等速万向节等速万向节刚性万向节 刚性万向节又可以细刚性万向节又可以细分为分为等速万向节等速万向节、准等速准等速万向节万向节和和不等速万向节不等速万向节三三种类型。种类型。5.1.5.1.1 1 万向节万向节简介简介 5.1 5.1 万向节万向节 结构结构图图5-4 5-4 十字轴式万向节十字轴式万向节 1 1、10-10-万向节叉万向节叉 2-2-注油嘴注油嘴 3-3-端盖端盖 4-4-锁片锁片 5-5-螺栓螺栓6-6-轴承套轴承套 7-7-滚针滚针 8-8-十字轴十字轴 9-9-安全阀安全阀 11-11-挡圈挡圈 十字轴式万向节主要由十

6、字轴式万向节主要由两个万向节两个万向节叉叉、十字轴十字轴和和轴承轴承等组成（等组成（图图5-45-4）。 具有一定交角的两传动轴分别与两具有一定交角的两传动轴分别与两万向节叉万向节叉1 1和和1010相连，两万向节叉上的相连，两万向节叉上的孔借滚针轴承孔借滚针轴承7 7与十字轴与十字轴8 8两对轴颈相套，两对轴颈相套，从而使得主动轴转动时，从动轴既可随从而使得主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向之转动，又可绕十字轴中心在任意方向上摆动，以协调运动干涉。十字轴轴颈上摆动，以协调运动干涉。十字轴轴颈在万向节叉孔内的转动靠滚针轴承来减在万向节叉孔内的转动靠滚针轴承来减少磨损、

7、提高效率，轴承可以借螺栓少磨损、提高效率，轴承可以借螺栓5 5和端盖和端盖3 3封装在万向节叉孔中，也可借封装在万向节叉孔中，也可借挡圈挡圈1111实现封装实现封装。5.1.2 5.1.2 十字轴式刚性万向节十字轴式刚性万向节 5.1 5.1 万向节万向节 十字轴式万向节十字轴式万向节 1-1-轴承盖轴承盖 2 2、6-6-万向节叉万向节叉 3-3-注油嘴注油嘴 4-4-十字轴十字轴 5-5-安全阀安全阀7-7-油封油封 8-8-滚针滚针 9- 9- 套筒套筒润滑润滑图图5-5 5-5 十字轴的润滑和密封十字轴的润滑和密封 5.1.2 5.1.2 十字轴式刚性万向节十字轴式刚性万向节 5.1

8、5.1 万向节万向节 不等速性不等速性图图5-6 5-6 十字轴式万向节的不等速性十字轴式万向节的不等速性 十字轴式万向节十字轴式万向节具有传动不等速这一具有传动不等速这一明显缺点，即当输入明显缺点，即当输入和输出轴之间存在夹和输出轴之间存在夹角时，两轴旋转的角角时，两轴旋转的角速度不相等。速度不相等。5.1.2 5.1.2 十字轴式刚性万向节十字轴式刚性万向节 5.1 5.1 万向节万向节 1 1r r 2 2r r 1 1r r 1 1r r 1 1r r 2 2r r 2 2r r 2 2r r1 = 01 = 902= 1 / cos2= 1 cos 等速传动条件等速传动条件图图5-7

9、 5-7 十字轴万向节等速传动的布置方法十字轴万向节等速传动的布置方法1-1-主动叉主动叉 2-2-从动叉从动叉 十字轴万向节欲实现十字轴万向节欲实现等速传动，需要同时满足等速传动，需要同时满足以下以下三个条件三个条件：万向节万向节成对使用，成对使用，两万向节上两万向节上的输入与输出轴所夹角度的输入与输出轴所夹角度相同，相同，中间传动轴上的中间传动轴上的万向节叉处于同一平面内万向节叉处于同一平面内（如（如图图5-75-7）。）。5.1.2 5.1.2 十字轴式刚性万向节十字轴式刚性万向节 5.1 5.1 万向节万向节 5.1.2 5.1.2 十字轴式刚性万向节十字轴式刚性万向节 5.1 5.1

10、 万向节万向节 图图5-8 5-8 双联式万向节双联式万向节 1-1-万向节叉万向节叉 2-2-弹簧弹簧 3-3-球碗球碗 4-4-双联叉双联叉 5-5-球碗座球碗座 6-6-轴轴 双联式万向节实际上就双联式万向节实际上就是将是将中间传动轴长度缩减至中间传动轴长度缩减至零零的的双十字轴万向节双十字轴万向节传动机传动机构（构（图图5-85-8）。）。双联式万向节双联式万向节 为使轴为使轴1 1和轴和轴2 2角速度相角速度相同，还需保证同，还需保证= =。该结构。该结构中专门设置了中专门设置了分度机构分度机构，其，其原理是以球型铰链连接主从原理是以球型铰链连接主从动轴两万向节叉，使两轴实动轴两万向

11、节叉，使两轴实现联动，现联动，近似保证近似保证= =。5.1.3 5.1.3 准等速万向节准等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 双联式万向节只具有准双联式万向节只具有准等速性。等速性。 双联式万向节具有结构双联式万向节具有结构简单、制造方便、工作可靠简单、制造方便、工作可靠且能允许两轴间有较大的轴且能允许两轴间有较大的轴间夹角，可用于转向驱动桥间夹角，可用于转向驱动桥上。上。双联式万向节双联式万向节 5.1.3 5.1.3 准等速万向节准等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 图图5-9 三销式万向节三销式万向节 1 1、9-9-三销轴三销轴 2-2-主动轴叉主动轴叉 3-3-推力垫片推力

12、垫片 4-4-密封罩密封罩5-5-毛粘圈毛粘圈 6-6-衬套衬套 7-7-轴承座轴承座 8-8-卡环卡环 10-10-从动轴叉从动轴叉 三销式万向节是另一种三销式万向节是另一种由双联万向节演变而来的准由双联万向节演变而来的准等速万向节等速万向节( (图图5-95-9) )，它主要，它主要由由两个偏心轴叉两个偏心轴叉2 2和和1010、两个两个三销轴三销轴1 1和和9 9、以及相应的轴、以及相应的轴承和密封件组成。主、从动承和密封件组成。主、从动偏心轴叉可以分别与转向驱偏心轴叉可以分别与转向驱动桥的内、外半轴相连接动桥的内、外半轴相连接。三销式万向节三销式万向节 5.1.3 5.1.3 准等速万

13、向节准等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 该结构的该结构的最大特点最大特点是在是在相邻两轴交角大至相邻两轴交角大至4545度时，度时，仍能保持较平稳地传动，为仍能保持较平稳地传动，为转向驱动桥性能的提高提供转向驱动桥性能的提高提供了必要的保证。同时它也具了必要的保证。同时它也具有较大的扭矩传递能力，可有较大的扭矩传递能力，可用于较大型的车辆用于较大型的车辆。三销式万向节三销式万向节 5.1.3 5.1.3 准等速万向节准等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 通过运动学分析可知，通过运动学分析可知，万向节欲实现万向节欲实现等速传动的基等速传动的基本条件本条件是工作过程中万向节是工作过程中万

14、向节传力点始终位于两轴交点的传力点始终位于两轴交点的平分面上平分面上。球笼式等速万向节球笼式等速万向节 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 图图5-10 球笼式等速万向节球笼式等速万向节 1-1-主动轴主动轴 2 2、4-4-带箍带箍 3-3-外罩外罩 5-5-星形套星形套 6-6-保持架保持架 7-7-钢球钢球 8-8-球形壳球形壳 球笼式万向节球笼式万向节是现代车是现代车辆上使用最多的一种辆上使用最多的一种等速万等速万向节向节，其结构见，其结构见图图5-105-10，主，主要由要由球形壳球形壳8 8、星形套星形套5 5、钢钢球球7 7和和保持架保持架6

15、 6组成组成。固定球笼式等速万向节固定球笼式等速万向节(RF(RF节节) ) 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 图图5-10 5-10 球笼式等速万向节球笼式等速万向节 1-1-主动轴主动轴 2 2、4-4-带箍带箍 3-3-外罩外罩 5-5-星形套星形套 6-6-保持架保持架 7-7-钢球钢球 8-8-球形壳球形壳 星形套以内花键与主动星形套以内花键与主动轴相连，其外表面的圆弧形轴相连，其外表面的圆弧形凹槽与球壳内表面上的凹槽凹槽与球壳内表面上的凹槽一起构成钢球的滚动球道，一起构成钢球的滚动球道，保持架将钢球限制在球道内，保持架将钢球限制在球道内，并将

16、它们维持在一个平面内并将它们维持在一个平面内传递转矩传递转矩。固定球笼式等速万向节固定球笼式等速万向节(RF(RF节节) ) 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 图图5-10 5-10 球笼式等速万向节球笼式等速万向节 1-1-主动轴主动轴 2 2、4-4-带箍带箍 3-3-外罩外罩 5-5-星形套星形套 6-6-保持架保持架 7-7-钢球钢球 8-8-球形壳球形壳 由于由于星形套外球道中心星形套外球道中心B B和和球壳内滚道中心球壳内滚道中心A A分别位分别位于于万向节中心万向节中

17、心O O的两边，且的两边，且在保持架与球壳和星形套相在保持架与球壳和星形套相对于对于O O点定心配合下点定心配合下保持与保持与O O等距等距，钢球中心，钢球中心C C与与A A、B B两两点等距点等距。固定球笼式等速万向节固定球笼式等速万向节(RF(RF节节) ) 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 图图5-10 5-10 球笼式等速万向节球笼式等速万向节 1-1-主动轴主动轴 2 2、4-4-带箍带箍 3-3-外罩外罩 5-5-星形套星形套 6-6-保持架保持架 7-7-钢球钢球 8-8-球形壳球形壳 由于由于OA=OBOA=OB，CA=CBCA=CB，

18、COCO为公共边，则三角形为公共边，则三角形COACOA与与三 角 形三 角 形 C O BC O B 全 等 ， 所 以全 等 ， 所 以COA=COA=COBCOB，由此可知，由此可知，当两轴交角变化时，当两轴交角变化时，传力的传力的钢球所在平面始终平分两轴钢球所在平面始终平分两轴交角交角，即主动轴与从动轴保，即主动轴与从动轴保持等角速传动持等角速传动。固定球笼式等速万向节固定球笼式等速万向节(RF(RF节节) ) 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 图图5-10 5-10 球笼式等速万向节球笼式等速万向节 1-1-主动轴主动轴 2 2、4-4-带箍带

19、箍 3-3-外罩外罩 5-5-星形套星形套 6-6-保持架保持架 7-7-钢球钢球 8-8-球形壳球形壳 该结构该结构传动夹角可达传动夹角可达4545度度，传动中所有钢球均参与，传动中所有钢球均参与传力，承载能力强，结构紧传力，承载能力强，结构紧凑，拆装方便凑，拆装方便。固定球笼式等速万向节固定球笼式等速万向节(RF(RF节节) ) 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 图图5-11 5-11 伸缩型球笼万向节伸缩型球笼万向节 1-1-保持架保持架 2-2-筒形壳筒形壳 3-3-钢球钢球 4-4-主动轴主动轴 5 5星形套星形套 为满足轿车为满足轿车转向驱动

20、桥上转向驱动桥上既需等速传动，又需改变长度既需等速传动，又需改变长度的要求，由上述普通球笼式万的要求，由上述普通球笼式万向节变形出了可向节变形出了可伸缩型球笼式伸缩型球笼式万向节（图万向节（图5-115-11），），该结构的该结构的钢球内外滚道呈圆柱型钢球内外滚道呈圆柱型，传动，传动过程中星形套过程中星形套5 5与柱状外壳与柱状外壳2 2可可以沿轴向运动，从而达到改变以沿轴向运动，从而达到改变传动路径长度的目的传动路径长度的目的。伸缩型球笼万向节伸缩型球笼万向节(VL(VL节节) ) 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 这种伸缩型球笼式万向节这种伸缩型球笼

21、式万向节可获得可获得101024mm24mm的长度变化量，的长度变化量，允许的最大传动夹角只有允许的最大传动夹角只有1818度度左右，因此左右，因此只适合于作为轿车只适合于作为轿车断开式转向驱动桥的内侧万向断开式转向驱动桥的内侧万向节节。伸缩型球笼万向节伸缩型球笼万向节(VL(VL节节) ) 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 RFRF节和节和VLVL节的应用节的应用 RFRF节和节和VLVL节广泛应用于采用独立悬架的轿车转向驱动桥，如红旗、节广泛应用于采用独立悬架的轿车转向驱动桥，如红旗、桑塔纳、捷达、宝来、奥迪等轿车的前桥。其中桑塔纳、捷达、宝来、奥迪

22、等轿车的前桥。其中RFRF节用于靠近车轮处，节用于靠近车轮处，VLVL节用于靠近驱动桥处。节用于靠近驱动桥处。 5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 三枢轴三枢轴球面滚轮式等速万向节球面滚轮式等速万向节 也有也有固定型万向节固定型万向节（GlaenzerGlaenzer Exterior) Exterior) GEGE和和伸缩型万向节伸缩型万向节（Glaenzer IntertorGlaenzer Intertor) ) GIGI两种两种5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 三枢轴三枢轴球面滚轮式等速万向节球面滚轮式等速万

23、向节 我国生产的富康轿车和部分我国生产的富康轿车和部分夏利轿车的前转向驱动桥的内侧夏利轿车的前转向驱动桥的内侧（靠近主减速器）都采用了（靠近主减速器）都采用了GIGI。5.1.4 5.1.4 等速万向节等速万向节5.1 5.1 万向节万向节 5.1.5.1.5 5 挠性万向节挠性万向节 5.1 5.1 万向节万向节 传动轴是联接两个万向节传传动轴是联接两个万向节传递转矩的刚性杆件。递转矩的刚性杆件。图图5-12 5-12 传动轴中的滚动花键传动轴中的滚动花键 1-1-传动轴外套管传动轴外套管 2-2-滚柱滚柱 3-3-传动轴内套管传动轴内套管 由于汽车在行驶过程中由万向由于汽车在行驶过程中由万

24、向传动装置连接的部件在位置上经常传动装置连接的部件在位置上经常发生变化，为了避免运动干涉，往发生变化，为了避免运动干涉，往往在传动轴上设置有可以往在传动轴上设置有可以轴向伸缩轴向伸缩滑动的花键滑动的花键，以适应传动轴改变长，以适应传动轴改变长度的需要度的需要。 花键由花键轴和滑动套配合花键由花键轴和滑动套配合而成而成. .为了减少两者轴向滑动阻为了减少两者轴向滑动阻力和磨损，提高使用寿命，在结力和磨损，提高使用寿命，在结构上它还设有加注润滑脂的油嘴，构上它还设有加注润滑脂的油嘴，以及密封用的油封、堵盖和防尘以及密封用的油封、堵盖和防尘套。同时，也可以对花键进行磷套。同时，也可以对花键进行磷化处

25、理或喷涂尼龙层。还化处理或喷涂尼龙层。还可以在可以在花键槽内设置各种滚动元件花键槽内设置各种滚动元件，将，将花键中的滑动摩擦转化为滚动摩花键中的滑动摩擦转化为滚动摩擦（擦（图图5-125-12）。）。5.2.1 5.2.1 传动轴传动轴 5.2 5.2 传动轴和中间支承传动轴和中间支承 5.2.1 5.2.1 传动轴传动轴 5.2 5.2 传动轴和中间支承传动轴和中间支承 当传动轴高速旋转时，当传动轴高速旋转时，微小的质量偏心都有可能产微小的质量偏心都有可能产生较大的离心力，从而导致生较大的离心力，从而导致剧烈的振动。因此在传动轴剧烈的振动。因此在传动轴与万向节装配完成后，需经与万向节装配完成

26、后，需经过动平衡处理，也即以过动平衡处理，也即以平衡平衡块块4 4（图（图5-135-13）校正）校正传动轴传动轴上的上的不平衡量不平衡量。图图5-135-13传动轴结构传动轴结构 1-1-注油嘴注油嘴 2-2-护套护套 3-3-主传动轴主传动轴 4-4-平衡片平衡片 5-5-油封油封 6-6-万向节滑动叉万向节滑动叉 7-7-堵盖堵盖 传动轴的动平衡传动轴的动平衡 为了防止使用中拆出花键后错误为了防止使用中拆出花键后错误的安装破坏已有的平衡，在的安装破坏已有的平衡，在花键轴花键轴和和滑动套滑动套上均刻有指明装配位置关系的上均刻有指明装配位置关系的记号记号。5.2.1 5.2.1 传动轴传动轴 5.2 5.2 传动轴和中间支承传动轴和中间支承 随着传动轴长度增加，其自随着传动轴长度增加，其自振频率降低，易导致传动轴产生振频率降低，易导致传动轴产生