二、万向节的构造与维修
    万向节是实现转轴之间变角度传递动力的部件，按其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。在前者中，动力是靠两轴间的铰链式连接传递的，而在后者中则靠弹性零件传递，且有缓冲减振作用。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（双联式、三销轴式等）和等速万向节（球叉式、球笼式等）。

    （一）、十字轴式刚性万向节
    十字轴式刚性万向节因其结构简单，工作可靠，传动效率高，且允许相邻两传动轴之间有较大的交角（一般为15°～20°），故普遍应用于各类汽车的传动系统中。

    1. 十字轴式刚性万向节的构造及润滑
    图7所示为十字轴式刚性万向节的构造。两万向节叉2和6上的孔分别活套在十字轴4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9组成的滚针轴承。然后用螺钉和轴承盖1将套筒9固定在万向节叉上，并用锁片螺钉锁紧，以防止轴承在离心力作用下从万向节叉内脱出。为了润滑轴承，十字轴做成中空的，并有油路通向轴颈。润滑油从滑脂嘴3注入十字轴内腔。为避免润滑油流出及尘垢进入轴承，在十字轴的轴颈上套着装在金属座圈内的毛毡油封7。在十字轴的中部还装有带弹簧的安全阀5，如果十字轴内腔的润滑油压力大于允许值，安全阀即被顶开而润滑油外溢使油封不致因油压过高而损坏。

    十字轴式万向节的损坏是以十字轴轴颈和滚针轴承的磨损为标志的，因此润滑与密封直接影响万向节的使用寿命。为了提高密封性能，近年来在十字轴式万向节中多采用图8所示的橡胶油封。实践证明，使用橡胶油封其密封性能远优于老式的毛毡或软木垫油封。当用滑脂枪向十字轴内腔注入润滑油而使内腔油压大于允许值时，多余的润滑油便从橡胶油封内圆面与十字轴轴颈接触处溢出，故在十字轴上无须安装安全阀。

    万向节中常见的滚针轴承轴向定位方式，除上述盖板式外，还应用内、外挡圈固定式（见图9和图10）。其特点是工作可靠、零件少、结构简单。

    2.十字轴式刚性万向节传动的不等速性
    单个十字轴式刚性万向节在输入轴和输出轴有夹角的情况下，其两轴的角速度是不相等的。下面就单个万向节传动过程中的两个特殊位置进行运动分析，说明它传动的不等速性。
    1）主动叉在垂直位置，且十字轴平面与主动轴垂直的情况（见图11a）。主动叉与十字轴连接点a的线速度υa在十字轴平面内；从动叉与十字轴连接点b的线速度，b在与主动叉平行的平面内，并且垂直于从动轴。点b的线速度υb可分解为在十字轴平面内的速度υ′b和垂直于十字轴平面的速度υ″b。由速度直角三角形可以看出，在数值上υb > v′b。因十字轴旋转半径相等，即oa = ob。当万向节传动时，十字轴是绕。点转动的，其上a、b两点于十字轴平面内的线速度在数值上应相等，即υ′b=υa。因此υb > υa。由此可知，当主、从动叉转到所述位置时，从动轴的转速大于主动轴的转速。

    2）主动叉在水平位置，并且十字轴平面与从动轴垂直时的情况（见图11b）。此时主动叉与十字轴连接点a的线速度υa。在平行于从动叉的平面内，并且垂直于主动轴。线速度υa可分解为在十字轴平面内的速度υ′a和垂直于十字轴平面的速度υ″a，根据上述同样道理，在数值上，υa > υ′a，而υ′a = υb，因此，υa＞υb，即当主、从动叉转到所述位置时，从动轴转速小于主动轴转速。

    由上述两个特殊情况的分析，可以看出，十字轴式万向节在传动过程中，主、从动轴的转速是不相等的。
    图11c表示两轴转角差（τ1-τ2）随主动轴转角τ1的变化关系。由图可见，主动轴转τ1在0°到90°的范围内，从动轴转角相对主动轴是超前的，即τ2>τ1，并且两角差在τ1为45°时达最大值，随后差值减小，即在此区间从动轴旋转速度相对主动轴旋转速度是先加速后减速。当主动轴转到90°时，从动轴也同时转到90°。τ1从90°到180°，从动轴转角相对主动轴是滞后的，即τ2＜τ1，并且两角差值在τ1为135°时达最大值，随后差值减小，即在此区间从动轴旋转速度相对主动轴旋转速度是先减速后加速。当主动轴转到180°时，从动轴也同时转到180°。后半转情况与前半转相同。因此，如果主动轴以等角速转动，而从动轴则是时快时慢，此即单个十字轴万向节在有夹角时传动的不等速性。必须注意的是，所谓“传动的不等速性”，是指从动轴在一周中角速度不均匀，而主、从动轴的平均转速是相等的，即主动轴转过一周从动轴也转过一周。

    由图11c还可看出，两轴交角a愈大，转角差（τ2-τ1）愈大，即万向节传动的不等速性愈严重。此现象由上述两个特殊情况下的速度分析也可得到说明。从图11a和图11b中可看出，υa与υb之差值，实际上就是υa与υ′a或υb与υ′b之差值。在速度直角三角形内，若夹角a（即主、从动轴的交角）增大，则υa与υ′a或υb与υ′b的差值就愈大。

    单万向节传动的不等速性，将使从动轴及与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。

    3.十字轴式双万向节传动的等速条件
    从以上分析可以想到，在两轴（例如变速器的输出轴和驱动桥的输入轴）之间，若采用图12所示的双（十字轴式）万向节传动，则第一万向节的不等速效应就有可能被第二万向节的不等速效应所抵消，从而实现两轴间的等角速传动。根据运动学分析得知，要达到这一目的，必须满足以下两个条件：①第一万向节两轴间夹角a1与第二万向节两轴间夹角a2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内。后一条件完全可以由传动轴和万向节叉的正确装配来保证。但是，前一条件（a1＝a2）只有在驱动轮采用独立悬架时，才有可能通过整车的总布置设计和总装配工艺的保证而实现，因为在此情况下主减速器和变速器的相对位置是固定的。而在驱动轮采用非独立悬架时，由于弹性悬架的振动，驱动桥输入轴与变速器输出轴的相对位置不断变化，不可能在任何时候都保证a1= a2，因而此时这两部件之间的万向传动只能做到使传动的不等速性尽可能小。

    就每一个万向节而言，只要存在着交角a1或a2，万向节在工作过程中内部各零件之间就有相对运动，因而导致摩擦损失，降低传动效率。交角愈大，则效率愈低。故在汽车总体布置时，应将变速器输出轴后端稍向下倾斜，主减速器输入轴前端略向上翘，以尽量减小a1或a2。上述双万向节传动虽能近似地解决等速传动问题，但在某些情况下，例如转向驱动桥的分段半轴间，在布置上受轴向尺寸限制，而且转向轮要求偏转角度大（30°～40°），因而上述双万向节传动已难以适应。在长期实践过程中，人们创造了各种形式的等速和准等速万向节。只要用一个这样的万向节即能实现或基本实现等角速传动。在转向驱动桥及独立悬架的后驱动桥中广泛采用等角速万向节。

    （二）、十字轴式刚性万向节的检修
    （1）拆卸打开锁片的锁爪，拆下轴承盖固定螺栓，取下锁片和轴承盖。用手推出轴承套筒及滚针。对于较紧的轴承，可用手握住传动轴或伸缩套，用锤子敲击万向节叉，使十字轴撞击轴承套筒，振出滚针。
    （2）装配按与拆卸相反的顺序进行。
    （3）检修万向节分解完成后，需要用汽油清洗各零件，以便暴露出零件的损伤、磨损情况，而且应按以下要求检查和修复。
    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（深度超过0. 1mm）或严重剥落时，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觉为合适。若装配过紧或过松，应查明原因，必要时应拆检及重新装配。

    （三）、准等速万向节和等速万向节
    1．准等速万向节
    准等速万向节是根据上述双万向节实现等速传动的原理而设计成的。常见的有双联式和三销轴式万向节。
    双联式万向节实际上是一套传动轴长度缩减至最小的双万向节等速传动装置。图13中的双联叉3相当于两个在同一平面上的万向节叉。欲使轴1和轴2的角速度相等，应保证a1= a2，为此在双联式万向节的结构中，装有分度机构，以尽量保证双联叉的对称线平分所连两轴的夹角。

    图14为双联式万向节的结构实例。在万向节叉6的内端有球头，与球碗9的内圆面配合，球碗座2则镶嵌在万向节叉1内端。球头与球碗的中心与两十字轴中心的连线中点重合。当万向节叉6相对万向节叉1在一定角度范围内摆动时，双联叉5也被带动偏转相应角度，使两十字轴中心连线与两万向节叉1和6的轴线的交角（即图13中的a1和a2）差值很小，从而保证两轴角速度接近相等，其差值在容许范围内，故双联式万向节具有准等速性。

    2．等速万向节
    等速万向节的基本原理是从结构上保证万向节在工作过程中，其传力点永远位于两轴交角的平分面上。图15为一对大小相同的锥齿轮传动示意图。两齿轮的接触点P位于两齿轮轴线交角a的平分面上，由P点到两轴的垂直距离都等于r。在P点处两齿轮的圆周速度是相等的，因而两个齿轮旋转的角速度也相等。与此相似，若万向节的传力点在其交角变化时，始终位于角平分面内，则可使两万向节叉保持等角速的关系。

    目前采用较广泛的球叉式万向节和球笼式万向节均根据这一原理制成。

    球叉式万向节的构造如图16所示。主动叉5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，形成两个相交的环形槽，作为钢球滚道。4个传动钢球4放在槽中钢球6放在两叉中心的凹槽内，以定中心。

    为顺利地将钢球装入槽内，在定心钢球6上铣出一个凹面，凹面中央有一深孔。装合时，先将定位销3装入从动叉内，放入定心钢球，然后在两球叉槽中陆续装入三个传动钢球，再将定心钢球的凹面对向未放钢球一侧，以便装入第四个传动钢球，而后再将定心钢球6的孔对准从动叉孔，提起从动叉轴使定位销3插入球孔中，最后将锁止销2插入从动叉上与定位销垂直的孔中，以限制定位销轴向移动，保证定心钢球的正确位置。
    球叉式万向节的等角速传动原理可按图17来说明：主动叉和从动叉凹槽的中心线是以O1、O2为圆心的两个半径相等的圆，而圆心O1、O2与万向节中心O的距离相等。因此，在主动轴和从动轴以任何角度相交的情况下，传动钢球中心始终位于两圆的交点上，亦即所有传动钢球都位于角平分面上，因而保证了等角速传动。

    球叉式万向节结构简单，两轴间允许最大交角为32°～33°。一般应用于转向驱动桥的转向节处。
    球叉式万向节工作时，只有两个钢球传力，反转时，则由另两个钢球传力。因此钢球与曲面凹槽之间的单位压力较大，容易磨损，影响使用寿命。
    近些年，有些球叉式万向节中省去了定位销和锁止销，定心钢球上也没有凹面，靠压力装配。这样，结构更为简单，但拆装较困难。
    上述球叉式万向节的滚道为圆弧槽形滚道。还有一种球叉式万向节的滚道是直槽形的，如图18所示。两球叉上的直槽与轴的中心线倾斜的角度相同，而且彼此对称。在两球叉的滚道中装有4个传力钢球。由于两球叉上的滚道处于对称位置，从而保证了4个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。这种万向节的特点是加工比较容易，其两轴间的允许夹角不超过20°，且轴向允许有一定的滑动量，故可用在断开式驱动桥靠近主减速器处（内侧），用它可补偿半轴摆动时长度的变化，从而省去了滑动花键。

  2.球笼式万向节
    球笼式万向节按主、从动叉在传递转矩过程中轴向是否产生位移分为：固定型球笼式万向节（ RF节）和伸缩型球笼式万向节（VL节）。

    （1）固定型球笼式万向节（RF节）固定型球笼式万向节（RF节）的结构见图19。星形套7以内花键与主动轴1相连，其外表面有6条凹槽，形成内滚道。球形壳8的内表面有相应的6条凹槽，形成外滚道，6个钢球6分别装在各条凹槽中，并由一保持架4使之保持在一个平面内。动力由主动轴1经钢球6，球形壳8输出。

    固定型球笼式万向节（RF节）的等角速传动原理，见图20。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的两边，且与O等距离。钢球中心C到A， B两点的距离也相等。保持架的内外球面、星形套的外球面和球形壳的内球面均以万向节中心O为球心。故当两轴交角变化时，保持架可沿内外球面滑动、以保持钢球在一定位置。

    由图20可见，由于OA=OB ， CA = CB ， CO是共边，则两个三角形△COA与△COB全等。故∠COA = ∠COB，即两轴相交任意交角a时，传力的钢球C都位于交角平分面上。此时钢球中心到主、从动轴轴线的距离a和b相等，从而保证了从动轴与主动轴以相等的角速度旋转。

    固定型球笼式等速万向节（RF节）两轴允许交角范围较大（45°～50°），例如奥迪、捷达、红旗CA7220型等轿车采用的RF节的两轴交角最大可达47°，且在工作时，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，其承载能力强、结构紧凑、拆装方便，因此应用越来越广泛。目前国内外大多数轿车的前转向驱动桥在转向节处均采用这种固定型球笼式等速万向节（RF节）。

    （2）伸缩型球笼式万向节（VL节）伸缩型球笼式万向节（VL节）的结构，如图21所示。伸缩型球笼式万向节（VL节）的内外滚道是圆筒形的，在传递转矩过程中，星形套2与筒形壳4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2与筒形壳4之间的轴向相对移动是通过钢球5沿内外滚道滚动来实现的，与滑动花键相比，其阻力小，最适用于断开式驱动桥。VL节两轴交角范围约20°～25°，较十字轴刚性万向节相邻两轴的交角范围大，但小于球叉式和RF节。捷达王都市先锋轿车的VL节两轴交角为21°，轴向滑动量为±19 mm。

    这种万向节的保持架的内球面中心B与外球面中心A位于万向节中心0的两边，且与O等距离。钢球中心C到A、B距离相等，以保证万向节作等角速传动。
    VL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（RF节），则布置在靠近车轮处（外侧），如图22所示。上海桑塔纳、天津夏利、二汽一大众捷达、宝来、奥迪及红旗CA7220型等轿车皆为这种布置形式，如图23所示为速腾带等速万向节VL90和VL100的万向传动轴。



图24所示为迈腾带等速万向节VL107 （VL3700LP）的万向传动轴（拧入式）。


    3．三枢轴一球面滚轮式等速万向节
    三枢轴一球面滚轮式等速万向节的结构如图25所示。与输入轴9制成一体的三个枢轴10上松套着外表面为球面的球面滚轮7。三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5上加工出3条等距离的轴向槽形轨道11。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，能使两轴轴线重合；当输出轴与输入轴有交角时，由于球面滚轮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。
    三枢轴----球面滚轮式万向节有两种结构形式：固定型万向节（Glaenzer Exterior，简称GE）和伸缩型万向节（Glaenzer Intertor，简称GI）。这两种万向节仅在结构细节上有所区别。例如在GE型万向节中有止动夹和旋钮来限止伸缩量，而在GI型万向节中的球面滚轮中有滚子轴承。

    GI型三枢轴一球面滚轮式等速万向节的夹角一般为25°，伸缩量为约40～60mm，图26所示为速腾三销式万向AAR2600i的万向传动轴。

上一页  [1] [2] [3] [4]  下一页