萬向節(jié)的工作原理

1、第二節(jié)萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析一、十字軸萬向節(jié)典型的十字軸萬向節(jié)主要由主動叉、從動叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。目前常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式 （圖4 1a、b）、卡環(huán)式（圖4 1c、d）、瓦蓋 固定式（圖41e）和塑料環(huán)定位式（圖4 1f）等。國41 犧針軸卓軸向底位方述曹適蓋Si式 切 呻性甕極式 山 卄卡式 d）討卡式 l）瓦蓋固定朮I）擷蝌評全證犬-螺牲 2® J；彳一羞密 4可向節(jié)艮 5R 陣柱基板 7外F坤 內(nèi)斤殊蓋板式軸承軸向定位方式的一般結(jié)構(gòu)（圖4 1a）是用螺栓1和蓋板3將套筒5固定在萬向節(jié)叉4上，并用鎖片2將螺栓鎖緊。它工作可靠、拆裝方便

2、，但零件數(shù)目較多。有時將彈性蓋 板6點焊于軸承座7底部（圖4 1b），裝配后，彈性蓋板對軸承座底部有一定的預(yù)壓力，以免 高速轉(zhuǎn)動時由于離心力作用，在十字軸端面與軸承座底之間出現(xiàn)間隙而引起十字軸軸向竄 動，從而避免了由于這種竄動造成的傳動軸動平衡狀態(tài)的破壞?？ōh(huán)式可分為外卡式（圖41c）和內(nèi)卡式（圖41d）兩種。它們具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、零件少和質(zhì)量小的優(yōu)點。瓦蓋固定式結(jié)構(gòu)（圖41e）中的萬向節(jié)叉與十字軸軸頸配合的圓孔不是一個整體，而是分成兩半用螺釘聯(lián)接起來。這種結(jié)構(gòu)具有拆裝方便、使用可靠的優(yōu)點，但加工工藝較復(fù)雜。塑料 環(huán)定位結(jié)構(gòu)（圖4 1f）是在軸承碗外圓和萬向節(jié)叉的軸承孔中部開一環(huán)形槽，當(dāng)

3、滾針軸承動配合裝入萬向節(jié)叉到正確位置時，將塑料經(jīng)萬向節(jié)叉上的小孔壓注到環(huán)槽中，待萬向節(jié)叉上另一與環(huán)槽垂直的小孔有塑料溢出時，表明塑料已充滿環(huán)槽。這種結(jié)構(gòu)軸向定位可靠，十字軸軸向竄動小，但拆裝不方便。為了防止十字軸軸向竄動和發(fā)熱，保證在任何工況下十字軸的端隙始終為零，有的結(jié)構(gòu)在十字軸軸端與軸承碗之間加裝端面止推滾針或滾柱軸承。滾針軸承的潤滑和密封好壞直接影響著十字軸萬向節(jié)的使用壽命。毛氈油封由于漏油多，防塵、防水效果差，在加注潤滑油時，在個別滾針軸承中可能出現(xiàn)空氣阻塞而造成缺油，已不能滿足越來越高的使用要求。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙刃口復(fù)合油封（圖42a），其中反裝的單刃口橡膠油封用作徑向密封， 另一雙刃

4、口橡膠油封用作端面密封。 當(dāng)向十字軸內(nèi)腔注入 潤滑油時，陳油、磨損產(chǎn)物及多余的潤滑油便從橡膠油封內(nèi)圓表面與十字軸軸頸接觸處溢出，不需安裝安全閥，防塵、防水效果良好。在灰塵較多的條件下使用時，萬向節(jié)壽命可顯著提高。圖4 2b為一轎車上采用的多刃口油封，安裝在無潤滑油流通系統(tǒng)且一次潤滑的萬向 節(jié)上。十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)成本低。但所連接的兩軸夾角不宜過大，當(dāng)夾角由 4°增至16°時，十字軸萬向節(jié)滾針軸承壽命約下降至原來的1 / 4。 4 2潑針軸童油封j）鞏可11擔(dān)令神討I,羋可訂泡対二、準(zhǔn)等速萬向節(jié)1.雙聯(lián)式萬向節(jié)雙聯(lián)式萬向節(jié)（圖4 3）是由

5、兩個十字軸萬向節(jié)組合而成。為了保證兩萬向節(jié)連接的軸工作轉(zhuǎn)速趨于相等，可設(shè)有分度機構(gòu)。偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)取消了分度機構(gòu)，也可確保輸出軸與輸入軸接近等速。五分度桿的雙聯(lián)式萬向節(jié)，在軍用越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中用得 相當(dāng)廣泛。此時采用主銷中心偏離萬向節(jié)中心1 . 03. 5mm勺方法，使兩萬向節(jié)的工作轉(zhuǎn)速接近相等。雙聯(lián)式萬向節(jié)的主要優(yōu)點是允許兩軸間的夾角較大（一般可達(dá)50°，偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)可達(dá)60° ），軸承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外形尺寸較大，零件數(shù)目較多。當(dāng)應(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋時，由于雙聯(lián)式萬向節(jié)軸向尺寸較大，為使主銷軸線的延長線與地面交點

6、到輪胎的接地印跡中心偏離不大，就必須用較大的主 銷內(nèi)傾角。2 .凸塊式萬向節(jié)對于凸塊式萬向節(jié)（圖4 4）,就運動副來看也是一種雙聯(lián)式萬向節(jié)。它主要由兩個萬向節(jié)叉1和4以及兩個特殊形狀的凸塊 2和3組成。兩凸塊相當(dāng)于雙聯(lián)萬向節(jié)裝置中兩端帶有位于 同一平面上的兩萬向節(jié)叉的中間軸及兩十字銷，因此可以保證輸入軸與輸出軸近似等速。這種結(jié)構(gòu)工作可靠，加工簡單，允許的萬向節(jié)夾角較大（可達(dá)50° ）。但是由于工作面全為滑動 摩擦，所以效率低，摩擦表面易磨損，且對密封和潤滑要求較高。它主要用于中型以上越野 車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。圖43魅聯(lián)式萬向節(jié)34-4凸塊式辦向節(jié)】一畝月向節(jié)又2-左仃排3-荷凸塊4 一右

7、71向節(jié)叉3.二銷軸式萬向節(jié)二銷軸式萬向節(jié)（圖45）是由雙聯(lián)式萬向節(jié)演變而來。它主要由兩個偏心軸叉、 兩個三銷軸和六個滾針軸承組成。三銷軸式萬向節(jié)允許所連接的兩軸最大夾角為45°,易于密封。但其外形尺寸較大，零件形狀較復(fù)雜，毛坯需要精確模鍛。由于在工作中三銷軸間有相對軸向滑動，萬向節(jié) 的兩軸受有附加彎矩和軸向力，所以主動軸一側(cè)需裝軸向推力軸承。這種結(jié)構(gòu)目前用于個別中、重型越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。圖* 5三銷軸式萬向節(jié)三、等速萬向節(jié)1.球叉式萬向節(jié)球叉式萬向節(jié)按其鋼球滾道形狀不同可分為圓弧槽和直槽兩種形式。圓弧槽滾道型的球叉式萬向節(jié)（圖46a）由兩個萬向節(jié)叉、四個傳力鋼球和一個定心鋼球組成

8、。兩球叉上的圓弧槽中心線是以 O和O2為圓心而半徑相等的圓， 0和O2到萬向節(jié)中心0的距離相等。當(dāng)萬向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心0轉(zhuǎn)動任何角度時，傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點上，從而保證輸出軸與輸入軸等速轉(zhuǎn)動。這種球叉式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)較簡單，可以在夾角不大于32°33。的條件下正常工作。由于四個鋼球在單向傳動中只有兩個傳遞動 力，故單位壓力較大，磨損較快。另外，這種萬向節(jié)只有在傳力鋼球與滾道之間具有一定的 預(yù)緊力時，才能保證等角速傳動。預(yù)緊力用選擇不同尺寸級別的傳力鋼球來保證。在使用中，隨著磨損的增加，預(yù)緊力逐漸減小以至消失，這時兩球叉之間便發(fā)生軸向竄動，從而破壞了傳動的等速性，嚴(yán)重時

9、會造成鋼球脫落。伸張時ib)® 4-e球更式萬向節(jié)祜圓頸槽濟(jì)涸型h）直槽壊道堰直槽滾道型球叉式萬向節(jié)（圖46b）,兩個球叉上的直槽與軸的中心線傾斜相同的角度，彼此對稱。在兩球叉間的槽中裝有四個鋼球。由于兩球叉中的槽所處的位置是對稱的，這便保證了四個鋼球的中心處于兩軸夾角的平分面上。這種萬向節(jié)加工比較容易， 允許的軸間夾角不超過20°,在兩叉間允許有一定量的軸間滑動。圓弧槽型球叉式萬向節(jié)主要應(yīng)用于輕、中型越野車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中。直槽型球叉式萬向節(jié)主要應(yīng)用于斷開式驅(qū)動橋中，當(dāng)半軸擺動時，用它可補償半軸的長度變化而省去滑動花鍵。圓弧槽型球叉式萬向節(jié)作為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的傳力構(gòu)件時，萬向節(jié)

10、旋轉(zhuǎn)軸線應(yīng)與車橋的軸線相重合，以避免發(fā)生萬向節(jié)的擺動現(xiàn)象。為了不至于在萬向節(jié)轉(zhuǎn)角接近最大值時，放置傳力鋼球的主、從動叉的交叉槽趨于平行位置導(dǎo)致鋼球無法約束而自動散開，造成萬向節(jié)裝配關(guān)系的破壞，在設(shè)計時應(yīng)使兩叉的最大夾角大于車輪的最大轉(zhuǎn)角，同時萬向節(jié)中心應(yīng)位于轉(zhuǎn)向主銷軸線上。另外，應(yīng)保證在萬向節(jié)處于最大轉(zhuǎn)角時，各傳力鋼球與定心鋼球之間不接觸， 至少使傳力鋼球與定心鋼球在此情況下的間隙不小于5mm且使各鋼球與萬向節(jié)軸頭均勻地預(yù)緊在一起，使得在任意方向旋轉(zhuǎn)時能通過萬向節(jié)的兩個傳力鋼球來傳遞轉(zhuǎn)矩，避免靠一個鋼球來傳遞，從而防止產(chǎn)生過載現(xiàn)象。2 .球籠式萬向節(jié)球籠式萬向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬向節(jié)。

11、早期的Rzeppa型球籠式萬向節(jié)（圖47a）是帶分度桿的，球形殼1的內(nèi)表面和星形套3的球表面上各有沿圓周均勻分布的六條 同心的圓弧滾道，在它們之間裝有六個傳力鋼球2,這些鋼球由球籠 4保持在同一平面內(nèi)。當(dāng)萬向節(jié)兩軸之間的夾角變化時，靠比例合適的分度桿6撥動導(dǎo)向盤5，并帶動球籠4使六個鋼球2處于軸間夾角的平分面上。經(jīng)驗表明，當(dāng)軸間夾角較小時，分度桿是必要的；當(dāng)軸 間夾角大于11 °時，僅靠球形殼和星形套上的子午滾道的交叉也可將鋼球定在正確位置。這種等速萬向節(jié)無論轉(zhuǎn)動方向如何，六個鋼球全都傳遞轉(zhuǎn)矩，它可在兩軸之間的夾角達(dá) 35°37°的情況下工作。目前結(jié)構(gòu)較為簡單、應(yīng)

12、用較為廣泛的是 Birfield 型球籠式萬向節(jié) （ 圖4 7b） 。它取消了分度桿， 球形殼和星形套的滾道做得不同心， 令其圓心對稱地偏離萬向節(jié)中心。這樣， 即使軸間夾角為 0°，靠內(nèi)、外子午滾道的交叉也能將鋼球定在正確位置。當(dāng)軸間夾角為0'時，內(nèi)、外滾道決定的鋼球中心軌跡的夾角稍大于11°，這是能可靠地確定鋼球正確位置的最小角度。 滾道的橫斷面為橢圓形， 接觸點和球心的連線與過球心的徑向線成45角， 橢圓在接觸點處的曲率半徑選為鋼球半徑的1. 031 . 05倍。當(dāng)受載時，鋼球與滾道的接觸點實際上為橢圓形接觸區(qū)。 由于工作時球的每個方向都有機會傳遞轉(zhuǎn)矩， 且由于

13、球和球籠的配合是球 形的， 因此對這種萬向節(jié)的潤滑應(yīng)給予足夠的重視。 潤滑劑的使用主要取決于傳動的轉(zhuǎn)速和 角度。在轉(zhuǎn)速高達(dá)1500r/min時，一般使用防銹油脂。若轉(zhuǎn)速和角度都較大時，則使用潤滑 油。比較好的方法是采用油浴和循環(huán)油潤滑。 另外，萬向節(jié)的密封裝置應(yīng)保證潤滑劑不漏出， 根據(jù)傳動角度的大小采取不同形式的密封裝置。 這種萬向節(jié)允許的工作角可達(dá) 42°。由于傳 遞轉(zhuǎn)矩時六個鋼球均同時參加工作， 其承載能力和耐沖擊能力強， 效率高， 結(jié)構(gòu)緊湊， 安裝 方便。但是滾道的制造精度高，成本較高。伸縮型球籠式萬向節(jié)（圖47c）結(jié)構(gòu)與一般球籠式相近，僅僅外滾道為直槽。在傳遞 轉(zhuǎn)矩時，星形套

14、與筒形殼可以沿軸向相對移動，故可省去其它萬向傳動裝置中的滑動花鍵。 這不僅使結(jié)構(gòu)簡單， 而且由于軸向相對移動是通過鋼球沿內(nèi)、 外滾道滾動實現(xiàn)的， 所以與滑 動花鍵相比，其滾動阻力小，傳動效率高。這種萬向節(jié)允許的工作最大夾角為20°。Rzeppa 型球籠式萬向節(jié)以前主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，目前應(yīng)用較少。 Birfield 型球籠式萬向節(jié)和伸縮型球籠式萬向節(jié)被廣泛地應(yīng)用在具有獨立懸架的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，在靠近轉(zhuǎn)向輪一側(cè)采用 Birfield 型萬向節(jié)， 靠近差速器一側(cè)則采用伸縮型球籠式萬向節(jié)， 以補償由于 前輪跳動及載荷變化而引起的輪距變化。伸縮型萬向節(jié)還被廣泛地應(yīng)用到斷開式驅(qū)動橋中。圖4

15、7球籠武萬向節(jié)用R撫卩砂旦 和 占托皿J理 C悼竭型1"球盼殼 2 胡球 子星形套 4-球苑 5 導(dǎo)向盤 右一-分度桿四、撓性萬向節(jié)撓性萬向節(jié)依靠其中彈性元件的彈性變形來保證在相交兩軸間傳動時不發(fā)生干涉。彈性元件可以是橡膠盤、橡膠金屬套筒、鉸接塊、六角環(huán)形橡膠圈等多種形狀。盤式撓性萬向節(jié)的彈性元件通常是412層的橡膠纖維或橡膠簾布片結(jié)構(gòu)，并用金屬零件加固。在撓性萬向節(jié)裝配時， 通常使纖維層依次錯開， 以便于當(dāng)撓性盤變形時，保證纖維簾布層承受最小的力。六角環(huán)形橡膠撓性萬向節(jié)的橡膠與用鋼或鋁合金制成的金屬骨架硫化在一起。為了使橡膠與金屬可靠地結(jié)合，在硫化之前，骨架鍍一層黃銅覆蓋層。使用這種萬向節(jié)時，為了保證高速轉(zhuǎn)動時傳動軸總成有良好的動平衡，常在萬向節(jié)所連接的兩軸端部設(shè)專門機構(gòu)保證對正中心。圖 48a為具有球面對中機構(gòu)的環(huán)形撓性萬向節(jié)。這種結(jié)構(gòu)中裝有 無需潤滑的球形滑動對中軸承，如能正確選擇軸承配合，可使其內(nèi)部在裝配后具有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力。為使萬向節(jié)有必要的壽命， 總是設(shè)法使其軸向位移引起的軸向力、側(cè)向位移引起的側(cè)向力和萬向節(jié)工作角引起的力矩盡可能小，使撓性萬向節(jié)主要傳遞工作轉(zhuǎn)矩。有的結(jié)構(gòu)允許 有一定的軸向