情境描述
李先生有一辆北京现代悦动轿车，在每次轻踩加速踏板时会产生金属敲击声。经维修接待初步检验为万向传动装置故障，我们作为维修技工，需要根据维修手册，参考相关资料排除故障，恢复万向传动装置功能，并提出合理化使用建议，最终在检验合格后交付前台。
相关知识
一、万向传动装置的功用和组成
1.功用
万向传动装置在汽车上有很多应用，结构也稍有不同，但其功用都是一样的，即在轴线相交且相互位置经常发生变化的两转轴之间传递动力。
图1-78所示为位于变速器与驱动桥之间的万向传动装置。由于汽车布置、设计等原因，变速器输出轴和驱动桥输入轴不可能在同一轴线上，并且变速器虽然安装在车架（车身）上，可以认为位置是不动的，但驱动桥会因悬架的变形而引起位置的变化，所以在变速器和驱动桥之间装有万向传动装置正好可以满足这些使用、设计的要求。
图1-78 变速器与驱动桥之间的万向传动装置
1—变速器；2—万向传动装置；3—驱动桥；4—后悬架；5—车架
2.组成
万向传动装置主要包括万向节和传动轴，对于传动距离较远的分段式传动轴，为了提高传动轴的刚度，还设置有中间支承，如图1-79所示。
图1-79 万向传动装置的组成
二、万向传动装置的应用
万向传动装置在汽车上的应用主要有以下几个方面。
（1）变速器与驱动桥之间（4×2 汽车），如图1-80所示。一般汽车的变速器、离合器与发动机三者装合为一体装在车架上，驱动桥通过悬架与车架相连。在负荷变化及汽车在不平路面行驶时引起的跳动，都会使驱动桥输入轴与变速器输出轴之间的夹角和距离发生变化。
图1-80 变速器与驱动桥之间的万向传动装置
视频1-13 识别万向节
（2）变速器与分动器、分动器与驱动桥之间（越野汽车），如图1-81所示。为消除车架变形及制造、装配误差等引起的其轴线同轴度误差对动力传递的影响，须装有万向传动装置。
图1-81 变速器与分动器、分动器与驱动桥之间的万向传动装置
（3）转向驱动桥的内、外半轴之间，如图1-82所示。转向时两段半轴轴线相交且交角变化，因此要用万向传动装置。
图1-82 转向驱动桥内、外半轴之间的万向传动装置
（4）断开式驱动桥的半轴之间，如图1-83所示。主减速器壳在车架上是固定的，桥壳上下摆动，半轴是分段的，须用万向传动装置。
图1-83 断开式驱动桥半轴之间的万向传动装置
（5）转向机构的转向轴和转向器之间，如图1-84所示。这样的设计有利于转向机构的总体布置。
图1-84 转向机构的转向轴和转向器之间的万向传动装置
三、万向节的结构与工作原理
在汽车上使用的万向节可以从不同的角度分类。按其刚度大小，万向节可分为刚性万向节和柔性万向节。刚性万向节按其速度特性分为不等速万向节（常用的为十字轴式）、准等速万向节（双联式和三销轴式）和等速万向节（包括球叉式和球笼式）。目前在汽车上应用较多的是十字轴式刚性万向节和等速万向节。十字轴式刚性万向节主要用于发动机前置后轮驱动的变速器与驱动桥之间，等速万向节主要用于发动机前置前轮驱动的内、外半轴之间。
1.十字轴式刚性万向节
十字轴式刚性万向节的组成如图1-85所示，它允许相邻两轴的最大交角值在15°～20°之间。
图1-85 十字轴式刚性万向节的组成
1—轴承盖；2、6—万向节叉；3—油嘴；4—十字轴；5—安全阀；7—油封；8—滚针；9—套筒
1）构造
十字轴式刚性万向节主要由十字轴、万向节叉等组成。万向节叉上的孔分别套在十字轴的四个轴颈上。在十字轴轴颈与万向节叉孔之间装有滚针和套筒，用带有锁片的螺钉和轴承盖来轴向定位。为了润滑轴承，十字轴内钻有油道，且与油嘴、安全阀相通，如图1-86所示。为避免润滑油流出及尘垢进入轴承，十字轴轴颈的内端套装着油封。安全阀的作用是当十字轴内腔润滑脂压力超过允许值时，安全阀打开润滑脂外溢，使油封不会因油压过高而损坏。现代汽车多采用橡胶油封，多余的润滑油从油封内圆表面与十字轴轴颈接触处溢出，故无须安装安全阀。
图1-86 润滑油道及密封装置
1－油封挡盘；2－油封；3－油封座；4－油嘴
万向节轴承的常见定位方式，除了用盖板定位外，还有用内、外弹性卡环进行定位。
2）速度特性
单个十字轴式刚性万向节在主动轴和从动轴之间有夹角的情况下，当主动叉等角速转动时，从动叉是不等角速的，这称为十字轴式刚性万向节的不等速特性。且两转轴之间的夹角α越大，不等速性就越大，如图1-87所示。
图1-87 十字轴式刚性万向节的不等速特性
特别提示
十字轴式刚性万向节的不等速特性，使从动轴及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，影响部件寿命。
为避免单个十字轴式刚性万向节的弊端可以采用图1-88所示的双十字轴刚性万向节的传动方式，第一万向节的不等速特性可以被第二万向节的不等速特性抵消，从而实现两轴间的等角速传动。具体条件：①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；②第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉处于同一平面。
图1-88 双十字轴刚性万向节等速传动布置图
1、3—主动叉；2、4—从动叉
由于悬架的振动，不可能在任何时候都保证α1=α2，所以这种双十字轴刚性万向节的传动只能近似地解决等速传动问题，且两轴夹角最大只能是20°，因此在使用上会受到限制。
3）等速万向节
等速万向节的基本原理是传力点永远位于两轴交点的平分面上。图1-89所示为等速万向节的工作原理图。一对大小相同锥齿轮的接触点P 位于两齿轮轴线交角的平分面上，由P点到两轴的垂直距离都等于r。P 点处两齿轮的圆周速度相等，两齿轮的角速度也相等。可见，若万向节的传力点始终位于两轴夹角的平分面上，就能保证等速传动。
动画1-8 等速万向节原理
图1-89 等速万向节的工作原理
等速万向节的常见结构形式有球笼式和球叉式。
（1）球笼式等速万向节。如图1-90所示，球笼式万向节由六个钢球、星形套、球形壳和保持架等组成。万向节星形套与主动轴用花键固接在一起，星形套外表面有六条弧形凹槽滚道，球形壳的内表面有相应的六条凹槽，六个钢球分别装在各条凹槽内，由球笼使其保持在同一平面内。动力由主动轴、钢球、球形壳输出。
图1-90 球笼式万向节
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
特别提示
球笼式万向节工作时六个钢球都参与传力，故承载能力强、磨损小、寿命长。它被广泛应用于各种型号的转向驱动桥和独立悬架的驱动桥。
（2）球叉式万向节。球叉式万向节如图1-91所示，它由主动叉、从动叉、四个传动钢球、中心钢球、定位销、锁止销组成。主动叉与从动叉分别与内、外半轴制成一体。在主、从动叉上，分别有四个曲面凹槽，装配后，则形成两个相交的环形槽，作为钢球滚道。四个传动钢球放在槽中，中心钢球放在两叉中心的凹槽内，以定中心。
图1-91 球叉式万向节
1—从动叉；2—锁止销；3—定位销；4—传动钢球；5—主动叉；6—中心钢球
特别提示
球叉式万向节在工作的时候，只有两个钢球传力，磨损快，影响使用寿命，现在应用得越来越少。
四、万向节的传动轴和中间支承
1.传动轴
1）功用
传动轴是万向传动装置中的主要传力部件。通常用来连接变速器（或分动器）和驱动桥，在转向驱动桥和断开式驱动桥中，则用来连接差速器和驱动车轮。
2）构造传动轴有实心轴和空心轴之分。为了减轻传动轴的质量，节省材料，提高轴的强度、刚度，传动轴多为空心轴，一般用厚度为1.5～3.0mm 的薄钢板卷焊而成，超重型货车则直接采用无缝钢管。
视频1-14 识别传动轴
特别提示
转向驱动桥、断开式驱动桥或微型汽车的传动轴通常制成实心轴。
如图1-92所示为解放CA1092 汽车的万向传动装置，因传动轴过长时，自振频率降低，易产生共振，故将其分成两段并加中间支承，中间传动轴前端焊有万向节叉，后端焊有花键轴，其上套装带内花键的凸缘盘；主传动轴前端焊有花键轴，其上套装滑动叉并在花键轴上可轴向滑动，适应变速器与驱动桥相对位置的变化，滑动部位用润滑脂润滑，并用油封 （即橡胶伸缩套）防漏、防水、防尘，滑动叉前端装有带小孔的堵盖，保证花键部位伸缩自由。
图1-92 解放CA1092 汽车的万向传动装置
1—凸缘叉；2—万向节十字轴；3—平衡片；4—中间传动轴；5、15—中间支承油封；6—中间支承前盖；7—橡胶垫片；8—中间支承后盖；9—双列圆锥滚子轴承；10、14—油嘴；1l—支架；12—堵盖；13—滑动叉；16—主传动轴；17—锁片；18—滚针轴承油封；19—万向节滚针轴承；20—滚针轴承轴承盖；21—装配位置标记
传动轴两端的连接件装好后，应进行动平衡试验。在质量轻的一侧补焊平衡片，使其不平衡量不超过规定值。为防止装错位置和破坏平衡，滑动叉、轴管上都应刻有带箭头的记号。为保持平衡，油封15 上两个带箍的开口销应装在间隔180°位置上，万向节的螺钉、垫片等零件不应随意改换规格。为加注润滑脂方便，万向传动装置的油嘴应在一条直线上，且万向节上的油嘴应朝向传动轴。
2.中间支承
1）功用
传动轴分段时需加中间支承，中间支承通常装在车架横梁上，能补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及汽车行驶过程中因发动机窜动或车架变形等引起的位移。
2）结构
中间支承常用弹性元件来满足上述功用，图1-93所示为东风EQ1090 汽车的中间支承，它由支架和轴承等组成，双列锥轴承固定在中间传动轴后部的轴颈上。带油封的支承盖之间装有弹性元件橡胶垫环，用三个螺栓紧固。紧固时，橡胶垫环会径向扩张，其外圆被挤紧于支架的内孔。该中间支承的。轴承可在轴承座内轴向滑动，轴承座装在蜂窝形橡胶垫内，通过U 形支架固定在车架横梁上。
图1-93 东风EQ1090 汽车的中间支承
1—车架横梁；2—轴承座；3—轴承；4—油嘴；5—蜂窝形橡胶；6—U 形支架；7—油封
任务实施
1.主要内容及目标
（1）了解万向传动装置的组成及其主要零件的装配关系。
（2）掌握传动轴及主要部件的拆装要领。
（3）掌握万向传动装置主要零件的检测项目与方法。
2.技术标准及要求
（1）按正确的操作步骤进行拆装与检查。
（2）有关技术参数必须符合维修技术标准要求。
（3）操作规范，安全文明作业。
（4）注意传动轴和伸缩套叉上的平衡记号。
（5）装配传动轴时要注意传动轴两端万向节叉应位于同一平面。
3.实训设备与器材
桑塔纳及东风EQ1090E 型汽车传动轴总成各一套，常用工具、量具各一套，桑塔纳专用拆装工具、台虎钳、传动轴托架等。
4.操作步骤及工作要点
桑塔纳轿车前驱动传动轴的拆装与检测
1）传动轴（半轴）总成的拆装
（1）传动轴（半轴）总成的拆卸。
① 在车轮着地时，旋下轮毂的紧固螺母。
② 旋下传动轴凸缘上的紧固螺栓，如图1-94所示，将传动轴与凸缘分开。
图1-94 旋下传动轴凸缘上的紧固螺栓
③ 从车轮轴承壳内拉出传动轴，或利用专用压力装置拉出传动轴。
注意：拆卸传动轴时轮毂绝对不能加热，否则会损坏车轮轴承，原则上应使用拉具。拆掉传动轴后，应装上一根连接轴来代替传动轴，防止移动卸掉传动轴的车辆时，损坏前轮轴承总成。
（2）传动轴（半轴）总成的安装。
① 安装传动轴时，应擦净传动轴与轮毂花键齿面上的油污，去除防护剂的残留物。
② 在等速万向传动装置的花键涂上一圈5mm 的防护剂（D6），然后装上传动轴花键套，如图1-95所示。涂防护剂（D6）后的传动轴装车后应停车60min 之后才可使用汽车。
图1-95 等速万向节花键轴安装前涂防护剂（D6）
③ 将球销插头重新装配在原位置，并拧紧螺母。在安装球销插头时，不能损坏波纹管护套。
④ 车轮着地后，拧紧轮毂固定螺母。必要时检查前轮外倾角。
2）万向节的拆装与检查。
（1）万向节的拆卸。(www.xing528.com)
② 用一把轻金属锤子用力从传动轴上敲下万向节外圈。
③ 拆卸弹簧锁环，如图1-96所示。压出万向节内圈，如图1-97所示。
图1-96 拆卸弹簧销环
图1-97 压出万向节内圈
④ 拆卸外等速万向节。拆卸之前用电蚀笔或油石在钢球球笼和外星轮上标出内星轮的位置。旋转内星轮与球笼，依次取出钢球，如图1-98所示。用力转动钢球笼直至两个方孔（如图1-99箭头所示）与外星轮对齐时，连外星轮一起拆下球笼。把内星轮上扇形齿旋入球笼的方孔，然后从球笼中取下内星轮。
图1-98 取出钢球
图1-99 球笼的拆卸
⑤ 拆卸内等速万向节。转动内星轮与球笼，按图1-100 箭头所示方向压出球笼里的钢球。内星轮与外星轮一起选配，不能互换。从球槽上面（如图1-101 箭头所示）取出球笼里的内星轮。
图1-100 取出钢球
图1-101 取出内星轮
（2）万向节的检查。
① 检查外星轮、内星轮、球笼及钢球有无凹陷与磨损。
② 各球节处的六颗钢球要求一定的配合公差，并与内星轮一起成为一组配合件。
③ 如果万向节间隙明显过大，则万向节必须更换。如果万向节呈光滑无损，或者能看到钢球在运转，则不必更换万向节。
（3）万向节的组装。
① 组装内万向节。
a.对准凹槽将内星轮嵌入球笼，内星轮在球笼内的位置无关紧要。
b.将钢球压入球笼，并注入润滑脂，如图1-102 所示。
图1-102 将钢球压入球笼体
c.将带钢球与球笼的外星轮垂直装入壳体，如图1-103 所示。安装时应注意旋转之后，外星轮上的宽间隔a 应对准内星轮上的窄间隔b，转动球笼，嵌入到位。内星轮内径（花键齿）上的倒角必须对准外星轮的大直径端。
图1-103 将外星轮垂直装入壳
d.扭转内星轮，这样内星轮就能转出球笼，如图1-104 箭头所示，使钢球在与壳体中的球槽相配合时有足够的间隙。
图1-104 将内星轮转出球笼
e 用力揿压球笼，如图1-105 箭头所示，使装有钢球的内星轮完全转入外星轮内。
图1-105 使内星轮完全转入外星轮内
f.用手将内星轮在轴向范围内来回推动，检查是否灵活。
② 组装外万向节。
a.用汽油清洗各部件。将G-6 润滑脂总量的一半（45g）注入万向节内。
b.将球箱连同内星轮一起装入外星轮。
c.对角交替地压入钢球，必须保持内星轮在球笼以及外星轮内的原先位置。
d.将弹簧锁环装入内星轮，将剩余的润滑脂压入万向节。
e.用手将内星轮在轴向范围内来回推动，检查安装是否正确。
③ 万向节与传动轴的组装。
a.在传动轴上安装防护罩。正确安装碟形座圈，如图1-106 所示。
图1-106 碟形座圈的安装位置
l—弹簧销环；2—间隔圈；3—碟形座圈
b.把万向节压入传动轴，如图1-107 所示。使碟形座圈贴合，内星轮内径（花键齿）上的倒角必须面向传动轴靠肩。
图1-107 把万向节压入传动轴
c.安装弹簧锁环，装上外万向节。
d.在万向节上安装防尘罩时，防尘罩因经常受到挤压，而在其内部产生一定的真空，在车辆行驶中会产生一个内吸的折痕，如图1-108 箭头所示。因此在安装防尘罩小口径之后，要稍微充点气，使得压力平衡，不产生褶皱。
图1-108 给防尘罩充气
e.用夹箍夹住防尘罩，如图1-109 所示。
图1-109 用夹箍夹住防尘罩
EQ1090E 汽车传动轴的拆装与检测
1）传动轴的拆卸
（1）从汽车上拆卸传动轴。拆卸传动轴应从后节传动轴的后端开始，顺次向前拆。如图1-110 所示。
图1-110 中间传动轴及支承总成
1—万向节叉；2—十字轴总成；3—套筒；4—十字轴；5—注油嘴；6—卡环；7—传动轴；8—支承总成；9—垫环；10—支承片；11—密封圈；12—支撑环；13—轴承；14—凸缘；15—垫片；16—锁紧螺母
（2）总成拆卸前的检查。应检查总成上装配标记是否齐全、清晰，如果标记不齐全或不清晰，应在拆卸前做出清晰的记号。
（3）滑动花键副的拆卸。拧开套管叉油封盖（图1-111），把花键轴从套管叉里抽出，取下油封、油封垫片和油封盖。
图1-111 传动轴及套管叉总成（后节）
1—万向节叉；2—固定螺钉；3—十字轴总成；4—套筒；5—十字轴；6—注油嘴；7—卡环；8—万向节叉总成；9—十字轴安装孔；10—万向节叉；11—油封；12—固定环；13—防尘套；14—传动轴
（4）万向节的拆卸。
① 用卡簧钳把每个耳孔内弹性挡圈取出。
② 把传动轴的一端抬起，拿锤子轻敲耳根部，将滚针轴承座振出，如图1-112（a）所示。
③ 传动轴转过180°，用同样方法将凸缘叉上的另一组滚针轴承座振出，并取下凸缘叉，如图1-112（b）所示。
图1-112 万向节的拆卸
④ 取下十字轴。（注意：把十字轴转到滑脂嘴在开挡大的位置，防止滑脂嘴撞坏。）
（5）中间支承的拆卸。
① 拔出开口销，拧下槽形螺母，取出垫圈。
② 用锤子轻轻敲击凸缘背面边缘，松动后把凸缘从中间花键轴上拔出来。
③ 将整个中间支承从中间花键轴上打出来。
④ 将橡胶垫环从轴承座上压出。
⑤ 取出前、后油封及轴承。
2）万向节传动装置的装复
（1）滑动花键副的装复。
① 将油封盖、油封垫片、油封套在花键轴上。
② 对准套管叉上和传动轴轴管上的装配标记，把套管叉套到花键轴上。
③ 装好油封、油封垫片，拧紧油封盖。
（2）万向节的装复。
① 使十字轴上的滑脂嘴朝向套管一方，并和套管叉上的滑脂嘴同相位，插入万向节叉耳孔内，把滚针轴承放入耳孔并套到十字轴轴颈上。
② 用铜棒、锤子轻敲滚针轴承外底面，使轴承进入耳孔到位，装上卡簧。
③ 对准装配标记，把凸缘叉套到十字轴的另一对轴颈上。
④ 把滚针轴承放入凸缘叉耳孔，并套到十字轴轴颈上，用铜棒、锤子轻敲轴承进入耳孔到位，用卡簧钳把挡圈装入耳孔槽。（注意：挡圈要整个厚度进入槽底，否则会在传动轴传动过程中弹出，发生轴承脱落的事故）
（3）中间支承的装复。
① 将轴承装入轴承座，两侧压入油封，装上橡胶垫环。
② 把装好的中间支承无滑脂嘴的一侧面对中间传动轴，套到中间花键轴上，然后使凸缘螺栓孔布置相位与另一端凸缘叉螺栓孔布置相位一致（即在轴的同一侧），套到中间花键轴上。
③ 在凸缘端面上垫上垫板，用锤子轻敲，使中间支承和凸缘到位。
④放上垫圈，拧上螺母，装上开口销，螺母的扭紧力矩不小于200N·m。
（4）传动轴的装复。
安装传动轴应从前端开始，逐步往后装，先装中间传动轴及中间支承总成，而后装传动轴及套管叉总成。
① 把前端的凸缘叉装到驻车制动鼓上，装上弹簧垫圈和螺母（扭紧力矩90～110N·m）。
② 中间传动轴的后端通过中间支承，用支架和上盖板，装到车架横梁上，装上螺栓、平垫圈、弹簧垫圈、螺母（扭紧力矩为120N·m）。
③ 安装传动轴及套管叉总成前，检查滑脂嘴的朝向，使之尽可能与前传动轴的滑脂嘴在轴的同一侧，以求注油方便，然后将有套管叉的一端与中间传动轴的后端凸缘连接，另一端与后桥上的凸缘连接，采用专用螺栓、弹簧垫圈、螺母，螺母的拧紧扭矩为90～110N·m。
注意：在每个螺栓上都装有两个弹簧垫圈，一个装在凸缘叉一侧的六角螺栓头下面，另一个装在凸缘一侧的螺母下面
（5）润滑。三个万向节、滑动花键副和中间支承共五处，通过滑脂嘴注入2 号工业锂基脂或二硫化钼锂基脂。
知识拓展
联轴器
联轴器是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴连接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相连接。联轴器种类繁多，选择时先应根据工作要求选定合适的类型，然后按照轴的直径计算扭矩和转速，再从有关手册中查出适用的型号，最后对某些关键零件做必要的验算。联轴器主要通过预紧来达到无空回传递扭矩，轴连接无空回，好的柔韧性和抗冲击性允许各个方向的偏移，即使在高速下，运动也平稳，能承受大的工作量。
故障案例
1.汽车起步时或在行驶中改变车速时有撞击声
1）现象
汽车起步时，车身发抖并伴有撞击声；当改变车速时，响声加大。
2）原因
（1）十字轴及滚针轴承磨损过度、松旷。
（2）传动轴与滑动叉配合花键磨损过度、松旷。
（3）紧固螺栓松动等。
2.汽车行驶时有异响
1）现象
汽车起步时无异响，但行驶时有异响，且车速越快，响声越大，脱挡滑行时也有异响。
2）原因
（1）中间支承位置不当。
（2）中间支承轴承磨损过大。
（3）中间支承橡胶垫损坏。
（4）万向节装配过紧。
3.汽车行驶时有异响并伴随车身抖振
1）现象
汽车行驶时有异响，且随着车速的提高，响声加大，严重时车身抖振。
2）原因
（1）传动轴弯曲变形。
（2）传动轴不平衡。
（3）中间支承部件损坏严重。
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