万向传动装置应用及分类

1.万向传动装置的功用与组成

万向传动装置在汽车上有很多应用，结构也不尽相同，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2－57所示为万向传动装置在汽车中最常见的应用，即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，并且变速器虽然是安装在车架（车身）上，可以认为位置是不动的，但驱动桥会由于悬架的变形而产生位置的时常变化，因此在变速器和驱动桥之间装上万向传动装置正好可以满足这些使用、设计上的要求。

图2-57　变速器与驱动桥之间的万向传动装置

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。

2.万向节

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，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又可分为不等速万向节（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、球笼式和三枢轴式）。

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，而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）十字轴式万向节

十字轴式万向节在发动机前置后轮驱动的汽车传动系统中应用最为广泛，它允许相邻两轴的最大交角为15°～20°。它一般由一个十字轴、两个万向节叉和四个滚针轴承等机件组成。

图2－58所示为十字轴式万向节的构造。两万向节叉上的孔分别活套在十字轴的两对轴颈上。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。为了减少摩擦损失，提高传动效率，在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有由滚针和套筒组成的滚针轴承。

图2-58　十字轴式万向节的构造

由于十字轴式万向节结构简单，传动效率较高，因此应用较为广泛。不足之处：对于单个万向节在输入轴和输出轴之间有夹角的情况下，其两轴的角速度不相等，这就是单个万向节的不等速性。在汽车上，万向传动装置往往采用双十字轴式万向节来实现等速传动，但这必须满足以下两个条件（见图2－59）：

图2-59　双十字轴刚性万向节等速传动布置

（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，即α1＝α2；

（2）传动轴两端的两个万向节叉（即第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉）在同一平面内。

2）球笼式万向节

球笼式万向节广泛应用于发动机前置前轮驱动的汽车传动系统中。因为球笼式万向节在传动的过程中输入轴和输出轴转速始终相等，所以它属于等速万向节。球笼式万向节按主、从动叉在传递扭矩过程中轴向是否产生位移，分为固定型球笼式万向节和伸缩型球笼式万向节。

固定型球笼式万向节两轴允许的交角范围较大（45°～50°），其结构如图2－60所示。它主要由6个钢球、星形套、球形壳和保持架（球笼）等组成。星形套以其内花键与主动轴连接，传力钢球分别位于6条由星形套和球形壳形成的凹槽内，并由保持架保持在同一平面内。动力由主动轴输入，经钢球和球形壳输出。

图2-60　固定型球笼式万向节结构

固定型球笼式万向节传动原理如图2－61所示。外滚道的中心A与内滚道的中心B分别位于万向节中心O的两侧，并且到O点的距离也相等。钢球中心C到A、B两点的距离也相等。保持架的内、外球面，内环的外球面和外环的内球面均以万向节中心为球心。当两轴交角变化时，保持架可沿内、外球面滑动，以保持六个钢球在同一平面内。由于OA＝OB，CA＝CB，CO是公共边，则△COA与△COB为全等三角形，故∠COA＝∠COB，即传力钢球中心C始终位于α角的角平分面上，这确保了钢球中心到主动轴与从动轴的距离a和b始终相等，从而使主动轴和从动轴以相等的角速度旋转。

图2-61　固定型球笼式万向节传动原理

如图2－62所示，伸缩型球笼式万向节的内外滚道是圆筒形的，在传递转矩过程中，星形套与筒形壳可以沿轴向相对移动，故可省去其他万向传动装置中必须有的滑动花键。这不仅使结构简化，而且由于星形套与筒形壳间的轴向相对移动是通过钢球沿内外滚道滚动来实现的，与滑动花键相比，其阻力小，因此非常适用于断开式驱动桥。这种万向节的等速传动原理与固定型的相同。

图2-62　伸缩型球笼式万向节(www.xing528.com)

伸缩型球笼式万向节在前置前驱动且采用独立悬架的轿车的转向驱动桥中均布置在靠主减速器侧（内侧），而轴向不能伸缩的固定型球笼式万向节，则布置在靠近车轮处（外侧），如图2－63所示。

图2-63　伸缩型球笼式万向节和固定型球笼式万向节在传动系统中的布置

3）三枢轴—球面滚轮式万向节

三枢轴—球面滚轮式万向节的结构如图2－64所示。与输入轴制成一体的3个枢轴上松套着外表面为球面的滚轮。3个枢轴位于同一平面内，且互成120°角，它们的轴线相交于输入轴上的一点，并且垂直于输入轴。与输出轴制成一体的外表面为圆柱形的叉形元件上加工出的3条等距离的轴向槽形轨道。槽形轨道平行于输出轴，3个球面滚轮分别装入3个槽形轨道中，3个球面滚轮可沿槽形轨道滑动。当输出轴与输入轴交角为0°时，因三枢轴的自动定心作用，两轴轴线重合；当输出轴与输入轴有交角时，由于球面滚轮轴承既可沿枢轴轴线移动，又可沿槽形轨道滑动，这样就可以保证球面滚轮的传力点始终位于两轴交角的平分面上。因此，该万向节是等速传动。

图2-64　三枢轴—球面滚轮式万向节的结构

三枢轴—球面滚轮式等速万向节的夹角一般为25°，伸缩量为40～60mm。

3.传动轴

一般发动机前置后轮驱动的汽车，连接变速器与驱动桥的传动轴部件由传动轴及两端焊接的花键轴和万向节叉组成。为了减轻质量及获得较高的强度，传动轴多做成空心的，如图2－65所示。

图2-65　传动轴总成

在发动机前置前轮驱动轿车的万向传动装置中，通常将传动轴制成实心轴。

4.万向传动装置的检修

1）驱动轴的检查

（1）检查万向节。

转动左右驱动车轮，万向节处应无异响且车轮转动自如。

（2）检查驱动轴护套。

①用手扳动车轮使车轮完全转向一侧，检查驱动轴护套是否有任何裂纹或其他损坏。

②检查护套卡箍是否安装正确且无损坏。

③检查护套处是否有油脂渗漏。

2）十字轴式刚性万向节的检修

（1）检查滚针轴承，如果滚针断裂、油封失效，应更换新件。

（2）检查十字轴轴颈磨损、压痕、剥落等情况。十字轴轴颈轻微磨损、轻微压痕或剥落，仍可继续使用；如果轴颈磨损过甚、严重压痕或严重剥落，应予以更换。

（3）检查万向节叉，不得有裂纹或其他严重损伤，否则应更换新件。

（4）万向节装配完毕后，可用手扳动十字轴进行检验，以转动自如没有松旷感为合适。若装配过紧或过松，应查明原因，必要时应拆检及重新装配。

3）球笼式万向节的检修

外等速万向节的6颗钢球要求有一定的配合公差，并与星形套一起组成配合件。检查轴、球笼、星形套与钢球有无凹陷和磨损，若万向节间隙过大，需更换万向节。

内等速万向节的检修要检查球形壳、星形套、球笼及钢球有无凹陷和磨损，如磨损严重应更换。内等速万向节只能整体调换，不可单个更换。

防尘罩及卡箍、弹簧挡圈等损坏时，应予以更换。