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
发动机前置后轮驱动汽车(见图 (a))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。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 (见图(b))。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(见图 (d))。转向驱动车桥的差速器与车轮之间(见图 (e))。 汽车的动力输出装置和转向操纵机构中
(Universal Joint Mate)
在万向节配合中,一个零部件(输出轴)绕自身轴的旋转是由另一个零部件
(输入轴)绕其轴的旋转驱动的。
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轴入轴的瞬时角速度相等,容易造成振动,加剧部件的损坏,并产生很大的噪音,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,从而保证输出轴与输入轴的瞬时角速度始终相等。
等速万向节的英文名称是constant velocity universal joint,我想这不多不少会是大家将CVD和万向节相混淆的原因吧。
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。
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。
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
十字轴式刚性万向节
构造
润滑密封、内外挡圈定位
工作原理
1. 主动叉在垂直位置,并且十字轴平面与主动轴垂直时。此时,主动叉与十字轴连接点a和从动叉与十字轴连接点b在十字轴平面上的线速度相等。 (从动叉 向十字轴平面的速度投影) , ;
2. 主动叉在水平位置,并且十字轴平面与从动轴垂直时。 (主动叉 向十字轴平面的速度投影) , 。
3. 主从动轴的转角转速关系
主动轴位置 |
0º~90º |
90º~180º |
180º~ |
|
,从动叉超前主动叉 |
,从动叉滞后主动叉 |
同前180º |
两轴交角越大,转速 越大,传动轴的不等速性越差。
十字轴万向节的不等速性:是指从动轴在一周中角速度不均匀,若主动轴以等角速度转动,则从动轴时快时慢,即单个十字轴万向节在有夹角时传动的不等速性。
双十字轴式万向节实现两轴间(变速器的输出轴和驱动桥的输入轴)的等速传动的条件:
①. 第一个万向节两轴间的夹角与第二个万向节两轴间夹角相等(设计保证);
②. 第一个万向节的从动叉与第二个万向节的主动叉处于同一平面(由装配保证)。
由于在采用非独立悬架时,变速器不主减速器相对位置不断变化,条件一很难满足,只能做到不等速性尽可能小。
准等速万向节和等速万向节
常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种,它们的工作原理与双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。