万向传动装置

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1、项目四 万向传动装置教学目标： 要求学生了解万向传动装置在汽车上的具体应用； 掌握十字轴式刚性万向节的结构和特性； 掌握准等速万向节和等速万向节的结构类型； 了解挠性万向节。任务一 万向传动装置概述汽车的发动机、离合器和变速箱是连成一体固装在车架上，而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接，所以变速器输出轴与驱动桥的输入轴的轴线不在同一平而上。 当汽车行驶时， 车轮的跳动会造成驱动桥与变速器的相对位置不断变化，变速器的输出轴与驱动桥的输 入轴不可能刚性连接，应装有万向传动装置。一、万向传动装置的作用万向传动装置的作用是连接不在同一直线上的变速器输出轴和主减速器输入轴，并保证在两轴之间的夹角和距离经常变

2、化的情况下， 仍能可靠地传递动力在汽车传动系中， 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，如图1- 79所示。但要注意，在安装时必须使传动轴两端的万向节叉处 于同一平面。1-车架 2-后悬架 3-驱动桥 4-万向传动装置5-变速器 图1- 79 万向传动装置的应用 二、万向传动装置的位置在汽车传动系统中万向传动装置主要用于发动机前置后轮驱动汽车的变速器与驱 动桥之间，如图l-80(a)所示。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，并加设中间支撑，如多轴驱动汽车的分动器与驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间 如图l-80(b)所示。万向

3、传动装置除了用于汽车的传动系外，还可用于动力输出装置、 转向操纵机构等。(a)变速器与驱动桥之间1-万向节 2-传动轴 3-前传动轴 4-中间支撑分动器与驱动桥之间或驱动桥与骄动桥之间图1-80万向传动装置的位置由于越野汽车的前轮既是转向轮又是驱动轮。作为转向轮，要求在转向时可以在规 定范围内偏转一定角度；作为驱动轮，则要求半轴在车轮偏转过程中不间断地把动力从主 减速器传到车轮。因此，半轴不能制成整体而必须分段，中间用等角速万向节相连。在发动机与变速器之间，独立悬架与差速器之间；汽车的动力输出装置和转向操纵 机构中；转向驱动车桥的差速器与车轮之间，均可采用万向传动装置，如图1- 81 所示。芒

4、速益9乍轮之刨(如力输出装应和转向操纵机构川(a)发功机丄厂更速掘之间(b)独立咼架与器速能之间图1- 8万向传动装置的位置三、万向传动装置的组成 万向传动装置一般由万向节、传动轴和中间支撑等组成，是在轴线相交且相对位置经 常变化的两转轴之间可靠传递动力的一种装置，如图 1- 82所示。图4.2万向传动装置的组成1至变速器输出轴； 2滑动叉； 3前万向节； 4传动轴焊接组件； 5后万向节； 6连接凸缘叉 任务二、万向传动装置的结构一万向节 万向节按其扭转方向上是否有明显的弹性分为刚性万向节和挠性万向节。前者是靠零件的铰链式连接 来传递动力的，而后者是靠弹性零件来传递动力，且有缓冲减振作用。 汽

5、车上采用刚性万向节较多，刚 性万向节按其速度特性又分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节。汽车上采用不等速万向节有十 字轴式，准等速万向节有三销轴式、双联式等，等速万向节有球叉式、球笼式等。不等速万向节主要用在 发动机前置、后轮驱动的变速器和驱动桥之间。前轮驱动汽车普遍使用等速万向节。发动机后置、后轮驱 动的汽车也使用等速万向节。若驱动桥为独立悬架，半轴外侧也用等速万向节。（一）、挠性万向节挠性万向节具有无须润滑，结构简单等优点，其结构如图 1- 83所示，是由橡胶件将主 被动轴叉交错连接而成，依靠橡 胶件的弹性变形，吸收传动系中的冲击载荷并衰减扭转振动，能够实现35的轴线偏转和微小轴向位

6、移。1-螺丝 2-橡胶件 3-叶一心钢球 4-黄油嘴 5-传动突缘 6-球座图1- 83 挠性万向节（二）、十字轴式刚性万向节1 结构组成 十字轴式万向节是由十字轴、万向节叉和轴承等组成。其结构如图1- 84所示。其 中两万向节叉上的孔分别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。在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴 承，滚针轴承外周靠卡环轴向定位。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。1-套筒叉2-1 字轴3万向节叉4-卡环5-轴承外圈 图l -84十字轴式万向节结构2

7、速度特性1）当主动叉转过180。时，从动叉也转过180。2）在主动叉匀速旋转180过程中，从动叉的转速是变化的（比主动叉快、比主动叉慢又 比主动叉快的过程）。随着万向节两轴夹角的增大，从动叉转速的不均匀性越大。同时，产 生的附加交变载荷也越大，对机件使用寿命越不利，所以在总体布置时尽量减小这些轴间 交角。3 双十字轴式万向节工作原理单十字轴式万向节是不等速传动，容易产生振动，而双十字轴式万向节弥补了这一 不足，是等速传动，所以在汽车上被广泛应用。双十字轴式万向节的工作原理如图 1- 87所 示。1，3-主动叉2，4-从动叉图1-87双十字轴式万向节工作原理 为了实现南变速器输出轴到驱动桥输入轴

8、的等角速传动，需要满足以下两个条件：1）传动轴两端万向节叉处于同一平面内。2）第一万向节两轴夹角Q等于第二万向节两轴夹角a 2。但在行驶时，驱动桥要相对于变速器转动，不可能在任何时候都有a 1=a2,所以实际上只能做到变速器到驱动桥的近似等速传动。十字轴式刚性万向节结构简单、工作可靠，允许在轴间夹角为15。20 o的两轴之间传递动力，且采 用两个或两个以上万向节可近似地满足等速传动。 因此在汽车传动系中应用最为广泛， 其缺点是十字 轴轴颈和滚针轴承润滑不良，易于磨损松旷，使传动发响、抖动。（三）、准等速万向节 在转向驱动桥和断开式驱动桥中，由于分段半轴在布置上受轴向尺寸限制，而且转向轮要求偏转

9、 角度较大，一般在30。40,并要等速或接近等速传动，刚性十字轴双万向节传动已难以适应，故在转向 驱动桥及断开式驱动桥中广泛采用各种型式的准等速万向节和等速万向节。准等速万向节实际上是根据上述双万向节实现等速传动的原理设计而成的，只能近似地实现等速传动 所以称为准等速万向节。常见的有三销轴式、双联式等。1双联式万向节双联式万向节实际上是一套传动轴长度减缩至最小的双万向节等速传动装置，如图1-89所示。双联叉 相当于传动轴及两端处于同一平面上的两个万向节叉。欲使轴1和轴2的角速度相等，应保证两轴间的夹角相等，即a 1= a 2。71.4 -万向节叉 2-十字轴 3一弹簧5一油封 6一球碗 7一双

10、联叉 8-球头 图1- 89 双联式万向节工作原理双联式万向节可使两轴之间有较大的夹角，并具有结构简单、制造方便、工作可靠等优点，因此在转向 驱动桥中应用较广泛，延安SX2150、斯太尔等汽车均采用了这种结构。2 三销轴式万向节三销轴式万向节是由双联式万向节演变而来的准等速万向节。东风EQ2080型越野汽车和红岩CQ2160 重型越野汽车转向驱动桥均采用三销轴式准等速万向节。如图1-90所示是东风EQ2080型汽车转向驱动桥中的三销轴式万向节，由主动偏心轴叉2、从动偏心 轴叉4、两个三销轴1 和3及6个滑动轴承和密封件等组成。图1-90三销轴式准等速万向节（a）结构分解图；（b）组装简图1、3

11、三销轴；2主动偏心轴叉；4从动偏心轴叉；5推力垫片 在与主动偏心轴叉2相连的三销轴3的两个轴颈端面和轴承座之间装有推力垫片 5，其余轴颈端面均无 推力垫片，且轴颈端面与轴承座之间留有较大的空隙，以保证在转向时三销轴式万向节不致发生运动干涉 现象。三销轴式万向节的优点是允许相邻两轴间有较大交角，最大可达45。在转向驱动桥中采用这种万向 节可使汽车获得较小的转弯半径，提高了汽车的机动性。其缺点是结构尺寸大。目前，三销轴式万向节在 中、重型载货汽车上都有应用。（四）、等速万向节 等速万向节保证万向节在工作过程中，其传力点永远位于两轴交点的平分面上，因此两个齿轮旋转的 角速度也相等。目前采用较广泛的有

12、球叉式万向节和 球笼式万向节。1球叉式万向节球叉式万向节的结构如图 4. 12所示，由主动叉6、从动叉1、4个传动钢球5和定心钢球4组成。其 主动叉6与从动叉1分别与内、外半轴制成一体。在主、从动叉上各有 4个曲面凹槽，装合后，形成两 条相交的环形槽，作为传动钢球5的滚道，4个传动钢球5装于槽中，定心钢球4放在两叉中心的凹槽内， 以定中心。图4.12球叉式等角速万向节结构1从动叉；2锁止销；3定位销； 4定心钢球；5传动钢球；6主动叉球叉式万向节结构简单，允许最大交角为32。38。但由于前行时只有两个钢球传力，倒车时则由另 外两个钢球传力，故钢球与曲面滚道之间接触压力较大，磨损较快。随着凹槽的

13、磨损，万向节工作的准确 性就会下降，并且这种万向节的制造工艺较复杂 ，因此它用于中、小型越野汽车的转向驱动桥上， 如北京BJ2020 。2 球笼式万向节。图4.14球笼式碗形万向节球笼式碗形万向节，如图4. 14所示。主要由星形套7、球笼4、球形壳8及钢球6等组成。星形套7 通过内花键与中段半轴9相连接，用卡环9、隔套7和碟形弹簧8轴向限位。星形套7的外表面有6条曲面 凹槽，形成内滚道。球形壳8与带花键的外半轴制成一体，内表面制有相应的6条曲面凹槽，形成外滚道。 球笼4上有6个窗孔。装合后6个钢球分别装于6条凹槽中，并用球笼使之保持在一个平面内。工作时，转 矩由主动轴l传至星形套7,经6个均布

14、的钢球6传给球形壳8，并通过球形壳上的花键轴传至转向 驱动轮，使汽车行驶。1 主动轴；2、5钢带箍；3外罩；4球笼；6钢球；7星形套；8球形壳；9卡环球笼式等速万向节可在两轴最大交角为42。情况下传递转矩，无论传动方向如何，6个钢球全部传力。 与球叉式万向节相比，在相同的外廓尺寸下，其承载能力强、使用寿命长、结构紧凑、拆装方便，因此 应用越来越广泛。目前国内外多数轿车的前转向驱动桥均采用这种万向节，如红旗 CA7220、一汽奥迪 100、捷达、高尔夫和上海桑塔纳等轿车。二、传动轴采用万向传动装置在有一定距离的两部件之间传递动力时， 一般需要在万向节之间 安装传动轴。如果两部件之间的距离发生变化

15、，而万向节又没有伸缩功能时，则还要将传 动轴做成两段，用滑动花键连接。传动轴一般由传动轴带、滑动叉总成、中间传动轴及中间支撑总成组成。其中中间传 动轴的前端与变速箱的输出法兰盘相连接。中间支撑位于车架的横粱下，其轴承可以轴 向微量滑动，以此来补偿轴向位置安装误差，减少轴承的轴向受力。传动轴一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。为减 小传动轴花键连接部分的轴向滑动阻力和摩损，须加注润滑脂进行润滑。加注润滑脂的 位置如图1- 101所示。l-盖子2-盖板3-盖垫4-万向节叉5-加油嘴6-伸缩套7-滑动花键槽 8-油封 9-油封盖 10 -传动轴管图1- 101 加注润滑脂的

16、位置传动轴能适应因路面不平和车轮上下跳动引起的传递距离和角度的变化， 可将来自变 速箱的输出扭矩和旋转运动传递到驱动桥，以驱动车轮转动。传动轴总成出厂时必须 100%进行动平衡校验，并在合适的部位焊接平衡片， 以满足传 动轴总成的平衡要求。在采用独立悬架连接的驱动桥上，差速器与驱动轮之间的传动轴又称为驱动半轴。 在工作时，差速器与驱动轮之间的距离变化是靠内侧伸缩型万向节来适应的，如图 1-102 所示。l-短轴2-外侧等速万向节3驱动轴4-内侧等速万向节图1-102 驱动半轴三、中间支撑中间支撑是将中间传动轴连接到车架横粱上的装置， 其结构如图1-104所示。一般 由圆柱球轴承、橡胶垫、轴承座

17、、油封、加油嘴等组成。它实际上是一个通过轴承座和橡胶 垫安装在车身上的轴承，用来支撑传动轴的一端。1-轴承2-橡胶垫 3一轴承座图1-104 中间轴承的结构任务三 万向传动装置的检修汽车行驶过程中，万向传动装置要承受很大的转矩和冲击载荷，若润滑条件及工作环境较差， 则它会出现各种损伤，尤其是载货汽车传动轴管的长度大，行驶在不良的道路上， 冲击载荷的峰值 往往会超过正常值的一倍以上，以致造成万向传动装置的连接松动、弯曲、扭曲和磨损超限，配合 精度降低，动平衡特性、速度特性被破坏，产生振动、异响，传动效率明显下降，甚至发生断裂事 故，因此要重视万向传动装置的维护和检修。一 万向传动装置的维护 1曰

18、常维护 万向传动装置的日常维护主要是清洁、 检查和紧固。清洁是为了改善零件工作环境，发现问题， 这项工作对新车走合期尤其重要。因为传动装置的螺栓，在冲击载荷下很容易松动、脱落。2-级维护 一级维护时应进行润滑和紧固作业。对传动轴的十字轴、传动轴滑动叉、中间支承轴承等加注锂基或 钙基润滑脂，但不能用钠基润滑脂，它抗水性能差，容易被水冲掉，每次加油应确认油嘴畅通，对不通 的油嘴应及时更换；检查传动轴各部螺栓和螺母的紧固情况，特别是万向节叉凸缘连接螺栓和中间支承 支架的固定螺栓等，应按规定的力矩拧紧。3二级维护 二级维护时，应进行检查与调整。万向传动装置应全部分解，清洗检查。就车检查传动轴十字轴轴

19、承间隙检查方法，如图4. 25所示。十字轴轴承的配合应用，手不能感觉出轴向位移量。对传动轴中间支 承轴承，应检查其是否松旷及运转中有无异响，当其径向松旷超过规定，或者不能自由转动，或者拆检 轴承出现黏着磨损时，应更换中间支承轴承。图4-25十字轴的检查方法中间支承轴承经使用磨损后，须及时检查和调整，以恢复其良好的技术状况。以 CA10 91型汽车 为例，其传动系中间支承为双列圆锥滚子轴承，有两个内圈和一个外圈，两内圈中间有一个隔套，供调 整轴向游隙用。磨损使中间支承轴向游隙超过0.30mm时，将引起中间支承发响和传动轴严重振动，导致各传力部件早期损坏。 调整方法：拆下凸缘和中间轴承，将调整隔板

20、适当磨薄，传动轴承在不受轴向力的自由状态下，轴向间隙在0.150.25mm之间，装配好后用195245N. m的扭矩拧紧凸缘螺母，保证轴承轴向间隙在 0.05mm左右，即转动轴承外圈而无明显的轴向游隙为宜，最后从润滑油嘴注入足够的润滑脂，以减小磨 损。二 万向传动装置的检修检修万向传动装置，首先应拆卸分解。拆卸传动轴前，车辆应停放在水平的路面上，楔住汽车的前后 轮，防止拆卸传动轴时汽车的移动而造成事故。在每个万向节叉的凸缘上做好标记，如图4 . 26所示，以 确保作业后的原位装复，否则极易破坏万向传动装置的平衡性，造成运转噪声和强烈振动。拆卸传动轴时，应从传动轴后端与驱动桥连接处开始，先把与后

21、桥凸缘连接的螺栓拧松取下，如图4.26(a)所示；然后将与中间传动轴凸缘连接的螺栓拧下，如图4.26(b)所示，拆下传动轴总成；接着松开中间支承支架与车架的连接螺栓，如图4. 26(c)所示；最后松下前端凸缘盘，如图4. 26(d)所示，拆下中 间传动轴。图4. 26传动轴拆卸前的标记(a)传动轴后端与后桥凸缘；(b)中间传动轴凸缘连接；(c)中间支承支架与车架；(d)前端凸缘盘 1驱动桥；2主传动轴；3中间传动轴；4中间支承；5驻车制动鼓1. 传动轴的检修传动轴轴管表面不得有明显凹痕。传动轴上的轻微凹陷不得多于4处，总面积不得超过5cm2,超过 时必须迸行堆焊修正，并做动平衡试验，轴上不允许

22、有任何裂纹。传动轴弯曲程度的检验方法如图4. 27 (a)所示，用V形铁把传动轴或中间传动轴两端支起来，用百 分表测量中间轴管外径的径向全跳动。按汽车修理技术规范轴管全长小于1m时，其径向跳动应不大 于0.8mm；轴管全长大于1m时，其径向跳动应不大于1mm。若超过此极限值，应在校正机上进行校正，如 图4.27(b)所示。校正后的传动轴和中间传动轴径向跳动应不大于0.4mm，轿车传动轴相应减小0.2mm，传动轴与中间 轴承结合的圆柱面以及花键轴外表的径向圆跳动公差为0. 15mm ，万向节叉两轴承孔公共轴线对传 动轴轴线的垂直度公差一般为0. 10. 3mm(a)图4.27传动轴的弯曲检验和冷

23、压校正(a) 弯曲检验；(b )冷压校正2传动花键轴、滑动叉的检修 由于传动轴传递的转矩很大，花键轴和滑动叉间的磨损也较大，其配合侧隙的检验如图4.28所示，将滑动叉夹持在台钳上，按装配标记将花键轴插入套管叉，并使部分花键露在外面。 转动花键轴，用百分表测出花键侧面的读数变化值，此变化值为侧隙，轿车侧隙应不大于0.15mm,其他类型汽车的应不大于0.30mm,装配后要滑动自如，否则应更换滑动叉。图4.28传动轴滑动叉与花键轴配合的侧隙检查图4.29检查十字轴轴承与轴颈的配合间隙3万向节叉、十字轴及轴承的检修(1) 检查万向节叉，要求不得有裂纹，否则应予更换。(2) 检查十字轴，其轴颈表面不得有

24、疲劳剥落、磨损沟槽等。若轴颈表面有轻微剥落，可 用油石打光剥落表面后继续使用。若压痕深度超过0.1mm时，则应予更换。(3) 检查十字轴滚针轴承与十字轴轴颈的配合间隙，检查方法如图4.29所示。将十字轴 夹在台钳上，滚针轴承套在十字轴轴颈上，用百分表抵住轴承壳外面最高点，用手上、下推动 滚针轴承壳，百分表上指针移动的变化值即为轴承与十字轴配合的间隙值。此间隙值应小 于0.05 mm ，否则应更换轴承。十字轴安全阀应良好，油封应不漏油。(4) 十字轴轴承滚针不得有严重的烧蚀、锈蚀、疲劳剥落，否则应成套更换。滚针轴承的油封失效、滚针断裂、轴承内圈有疲劳剥落时，也应成套更换。 4中间支承轴承及支架的

25、检修检查中间支承轴承的旋转是否灵活， 有无异响；中间轴承油封及橡胶垫环老化发硬时 应予以 更换。外观检查检查轴承滚珠、滚柱和外滚道上有无烧伤、金属剥落或保持架有无裂纹、铆 钉松动 等情况，若发现其申之一，均应更换轴承。中间支承轴承的轴向间隙和径向间隙是衡量轴承磨损程度的一个重要参数。拆下中间支承 前，可以在中间支承附近摇动传动轴，检查中间支承轴承的松旷程度。传动轴中间支 承轴承不应 有过分松旷、变色或明显损 坏现象。轴承径向间隙应小于 0.05mm ，轴向间隙应小于 0.5mm ，否则 应更换轴承。把中间支承支架分解并清洗，然后观察支架的前、后油封有无磨损，油嘴螺纹是否损伤 ， 支架有无破裂，

26、橡胶环等有无腐蚀老化，出现以上情况，均应更换新件。 5等速万向节的检修检查星形套、球笼、球形壳及钢球有无凹陷、磨损、裂纹、麻点等，如有则更换。检 查防护 罩是否有刺破、撕裂等损坏现象，如有则更换。6传动轴组合件的平衡试验 传动轴组合件经焊接修理后，原有的动平衡已不复存在，因此，传动轴组合件包括滑动套应重新进 行动平衡试验。任何一端的动不平衡量，对于轿车应不大于lOg.cm，其他车型不大于30lOOg.cm。 在传动轴两端，允许焊平衡片校正，但每端不得多于 3片。三 万向传动装置的装配万向传动装置装配与拆卸分解顺序相反，但要注意以下问题：1. 清洗零件 待装零件应彻底清洗，特别是十字轴的油道、轴

27、颈和滚针轴承，最好用清洁的煤油清洗后，再用压 缩空气吹干。装配时，应防止磕碰，并注意平衡片是否脱落。2. 核对零件的装配标记 认真核对万向节、伸缩节等处的装配记号。在安装传动轴时，传动轴应按记号原位装复；同一传动轴两端的万向节叉应装在同一平面。许多车型都有特殊规定的记号，应注意对准。3. 十字轴的安装 十字轴上的加油孔要朝向传动轴，以便加注润滑脂；两偏置油嘴应相隔180。，以保持传动轴的平衡；螺栓应按规定力矩拧紧。4. 中间支承的安装 将中间支承轴承对正压人中间传动轴的花键凸缘内，安装中间轴承，其轴承盖固定螺栓不可先拧紧。应在装配完毕，试车走一段，使轴承自动找准中心，再进行旋紧，注意不可拧得过紧，以免将橡胶垫环 压坏。5. 加注润滑脂 用油枪加注汽车所规定的润滑脂。加注时，既要充分又不过量，以从油封刃口处或中间支承的气孔能见到少量润滑脂被挤出为止。思考题1. 汽车传动系中为什么要设万向传动装置？该装置由哪几部分组成？2. 万向节可分为哪几种类型？各有何特点？3. 试述十字轴式万向节传动的不等速性。4. 等速万向节有哪些结构型式？各有何特点？5. 简述汽车传动轴的结构组成，装配时有哪些要求？6. 为什么要设中间支承？13