工程机械及车辆(5)

1、第五章第五章 万向节和传动轴万向节和传动轴万向节功用万向节功用普通万向节普通万向节等角速万向节等角速万向节传动轴传动轴1. 万向节功用万向节功用 功用功用：在相连的两轴轴线不同心，或两轴线有交角的情况下传递扭矩。：在相连的两轴轴线不同心，或两轴线有交角的情况下传递扭矩。主要用于以下情况：两根轴间的距离较远，而且相对位置可能变化的时主要用于以下情况：两根轴间的距离较远，而且相对位置可能变化的时候；两根轴间的夹角变化的时候；为了弥补制造过程中的各种误差，便候；两根轴间的夹角变化的时候；为了弥补制造过程中的各种误差，便于装配于装配 车辆在不平的地面上作业时，变速器输出轴与驱动桥输入轴的相车辆在不平的

2、地面上作业时，变速器输出轴与驱动桥输入轴的相对位置会发生变化，因此需要在两轴之间装上万向节，以便顺利传递对位置会发生变化，因此需要在两轴之间装上万向节，以便顺利传递动力。动力。1. 万向节功用万向节功用 应用：变速器与驱动桥之间应用：变速器与驱动桥之间转向驱动桥既是驱动轮转向驱动桥既是驱动轮又是转向轮。作为转向又是转向轮。作为转向轮，要求在转向时能偏轮，要求在转向时能偏转某一角度；作为驱动转某一角度；作为驱动轮，则要求半轴在车轮轮，则要求半轴在车轮偏转过程中仍能不间断偏转过程中仍能不间断地把动力从主传动器传地把动力从主传动器传给车轮。为此，转向驱给车轮。为此，转向驱动桥的每根半轴应做成动桥的每

3、根半轴应做成内、外两段，中间用万内、外两段，中间用万向节作过渡连接。向节作过渡连接。转向驱动桥的半轴与驱动轮转向驱动桥的半轴与驱动轮 应用：转向驱动桥应用：转向驱动桥1. 万向节功用万向节功用转向盘转向盘转向轴转向轴转向器转向器万向传动装置万向传动装置1. 万向节功用万向节功用 应用：转向轴应用：转向轴2. 普通万向节普通万向节普通万向节也可被称为不等速万向节，或十字架万向节普通万向节也可被称为不等速万向节，或十字架万向节十字轴万向节由万向节叉、十字轴、套筒、轴承盖等零件组成，其中两个十字轴万向节由万向节叉、十字轴、套筒、轴承盖等零件组成，其中两个万向节叉的孔分别通过滚针和套筒组成的万向节叉的

4、孔分别通过滚针和套筒组成的滚针轴承滚针轴承活套在十字轴的轴颈上；活套在十字轴的轴颈上；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；套筒由动；套筒由轴承盖轴承盖（通过轴承盖上的凸台与套筒上的凹槽配合，防止套筒转动通过轴承盖上的凸台与套筒上的凹槽配合，防止套筒转动）或或卡环卡环固定在万向节叉上固定在万向节叉上 当叉轴当叉轴1以等角速度以等角速度 1旋转，旋转，A点的瞬时线速度可点的瞬时线速度可求：求： A= 1r= 2rcos 2 1 当叉轴当叉轴1转过转过900后，后，B点的瞬时线速度可求：点的瞬时线速度可求

5、： B= 1rcos = 2r 2 1 2. 普通万向节普通万向节普通万向节普通万向节速度特性速度特性 单个万向节在输入轴和输出轴夹角不为零时，其两轴的瞬间角速度单个万向节在输入轴和输出轴夹角不为零时，其两轴的瞬间角速度不相等。当输入轴匀速转动时，输出轴的转速则周期性的变化，我们称不相等。当输入轴匀速转动时，输出轴的转速则周期性的变化，我们称之为十字轴刚性万向节的不等速性。所谓普通十字轴万向节传动的不等之为十字轴刚性万向节的不等速性。所谓普通十字轴万向节传动的不等速性是指从动轴在一周中的角速度不均匀，而主、从动轴的转速则是相速性是指从动轴在一周中的角速度不均匀，而主、从动轴的转速则是相等的。等

6、的。2. 普通万向节普通万向节普通万向节普通万向节速度特性速度特性 由于普通十字轴万向节的这种不等速由于普通十字轴万向节的这种不等速性，将使从动轴及与其相连的传动部件产性，将使从动轴及与其相连的传动部件产生角加速度，从而产生扭转振动，不利于生角加速度，从而产生扭转振动，不利于车辆的匀速型式，而由此产生的附加动载车辆的匀速型式，而由此产生的附加动载荷也将影响零件的使用寿命。为了避免上荷也将影响零件的使用寿命。为了避免上述缺点，常采用述缺点，常采用双万向节传动方式双万向节传动方式。 当两个十字轴在同一平面时，传动的当两个十字轴在同一平面时，传动的等角速条件为：等角速条件为： （1 1）主动轴）主动

7、轴1 1与中间轴的夹角与中间轴的夹角a1a1与从动轴与从动轴2 2与中间轴的夹角与中间轴的夹角a2a2相等；相等； （2 2）当主动轴、从动轴在同一平面时，中）当主动轴、从动轴在同一平面时，中间轴两端的万向节叉应该在同一平面。间轴两端的万向节叉应该在同一平面。 113cos/113cos/232cos232cos2. 普通万向节普通万向节普通万向节普通万向节速度特性速度特性缺点：缺点：1、在车辆行驶过程中，不可能始终保持两夹角相、在车辆行驶过程中，不可能始终保持两夹角相等，故双万向节传动也只能是近似的等速传动；等，故双万向节传动也只能是近似的等速传动；2、万向、万向节在工作时，由于它的不等速性

8、，内部各零件间必然有相节在工作时，由于它的不等速性，内部各零件间必然有相对运动，因而就有摩擦损失降低传动效率。对运动，因而就有摩擦损失降低传动效率。2. 普通万向节普通万向节3. 等角速万向节等角速万向节轮式底盘轮式底盘转向驱动桥转向驱动桥的内、外半轴间，由于布置受轴向尺寸的限制，且转向轮要求的内、外半轴间，由于布置受轴向尺寸的限制，且转向轮要求偏转角较大（偏转角较大（3040度以上），因此双万向节传动很难适应，需要用一个就能实现度以上），因此双万向节传动很难适应，需要用一个就能实现等角速传动的万向节等角速传动的万向节在在转向驱动桥转向驱动桥中，较大轴间夹角的万向节可使车辆获得较小的转弯半径，

9、提高了车中，较大轴间夹角的万向节可使车辆获得较小的转弯半径，提高了车辆的机动性辆的机动性准等角速万向节准等角速万向节等角速万向节等角速万向节双联式等角速万向节双联式等角速万向节三销式等角速万向节三销式等角速万向节球笼式等角速万向节球笼式等角速万向节球叉式等角速万向节球叉式等角速万向节3. 等角速万向节等角速万向节3. 等角速万向节等角速万向节准等速万向节的基本原理：准等速万向节的基本原理：根据双万向节实根据双万向节实现等速传动的原理而设计现等速传动的原理而设计双联式等角速万向节双联式等角速万向节实际上是一套传动轴长度缩减至最小的实际上是一套传动轴长度缩减至最小的双十双十字轴万向节字轴万向节等速

10、传动装置；双联叉相当于两等速传动装置；双联叉相当于两个在同一平面上的万向节叉；欲使主动轴和个在同一平面上的万向节叉；欲使主动轴和从动轴角速度相等，应保证双联叉的对称线从动轴角速度相等，应保证双联叉的对称线平分所连两轴的夹角平分所连两轴的夹角优点优点：允许较大的轴间夹角，工作可靠，制：允许较大的轴间夹角，工作可靠，制造方便造方便缺点缺点：外形尺寸大，结构复杂，非完全等速：外形尺寸大，结构复杂，非完全等速3. 等角速万向节等角速万向节三销式等角速万向节三销式等角速万向节：双十字轴万向节的另一种形式，它将两个十字轴转化为两个：双十字轴万向节的另一种形式，它将两个十字轴转化为两个三销轴插在一起，取消了

11、中间架。输入叉和输出叉变成了偏心轴叉。最大的特点是三销轴插在一起，取消了中间架。输入叉和输出叉变成了偏心轴叉。最大的特点是允许相邻两轴有较大的交角允许相邻两轴有较大的交角3. 等角速万向节等角速万向节等速万向节的基本原理等速万向节的基本原理：从结构上保证万向节在工作过程中，其传力点永远位于：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点的平分面上两轴交点的平分面上球笼式等角速万向节球笼式等角速万向节星形套以内花键与主动轴连接，在星形套外表面有星形套以内花键与主动轴连接，在星形套外表面有6条凹槽作为传动球的内滚道。条凹槽作为传动球的内滚道。从动轴端部有球形壳，在其内表面有相应的从动轴端

12、部有球形壳，在其内表面有相应的6条凹槽作为外滚道。条凹槽作为外滚道。6个传动钢球分个传动钢球分别装在别装在6条凹槽中，由保持架保持在同一平面内。动力由主动轴经星形套、传动条凹槽中，由保持架保持在同一平面内。动力由主动轴经星形套、传动钢球传给从动轴钢球传给从动轴3. 等角速万向节等角速万向节传动球传动球主动轴主动轴 星形套（内滚道）星形套（内滚道）球笼（保持架）球笼（保持架）球形壳球形壳 （外滚道）（外滚道）外罩外罩 球笼式万向节利用传动球笼式万向节利用传动钢球始终位于两轴交角的平钢球始终位于两轴交角的平分面上的原理实现等角速传分面上的原理实现等角速传动的。动的。A为外滚道中心，为外滚道中心，A

13、C为外滚道中心圆的半径。为外滚道中心圆的半径。B为为内滚道中心，内滚道中心，BC为内滚道中为内滚道中心圆的半径。心圆的半径。A、B分别位于分别位于万向节中心万向节中心O的两侧，加工时的两侧，加工时使使BC=AC，OA=OB。保持。保持架的内、外球面和星形套外架的内、外球面和星形套外球面，以及球形壳的内球面球面，以及球形壳的内球面均以万向节中心均以万向节中心O为球心。当为球心。当两轴交角变化时，传动钢球两轴交角变化时，传动钢球迫使保持架沿内、外球面滑迫使保持架沿内、外球面滑动，从而使动，从而使6个钢球既在同一个钢球既在同一平面内，又位于内、外滚道平面内，又位于内、外滚道的平分面上，从而保证等角的

14、平分面上，从而保证等角速传动。速传动。 优点：允许较大的轴间夹角；优点：允许较大的轴间夹角；6 6个钢球全部个钢球全部传递扭矩，承载能力大；尺寸紧凑、效率高、传递扭矩，承载能力大；尺寸紧凑、效率高、安装简单。安装简单。 缺点：加工精度要求较高。缺点：加工精度要求较高。3. 等角速万向节等角速万向节球笼式等角速万向节球笼式等角速万向节 由主动叉、从动叉、传动钢球、定心球、定位销和锁销等组成。每个叉由主动叉、从动叉、传动钢球、定心球、定位销和锁销等组成。每个叉上都有上都有4 4个曲面凹槽，装配后形成两个相交的环形槽，作为个曲面凹槽，装配后形成两个相交的环形槽，作为4 4个传动钢球的滚个传动钢球的滚

15、道。定心球在两叉中心出，并使用定位销和锁销实现中心定位。道。定心球在两叉中心出，并使用定位销和锁销实现中心定位。3. 等角速万向节等角速万向节球叉式等角速万向节球叉式等角速万向节 主、从动叉的曲面凹槽中心圆的半径分别为主、从动叉的曲面凹槽中心圆的半径分别为R1R1和和R2R2，凹槽中心分别为，凹槽中心分别为O1O1和和O2O2。O O点为万向节中心，同时又是定心钢球的中心。加工时使点为万向节中心，同时又是定心钢球的中心。加工时使OO1=OO2OO1=OO2，R1=R2R1=R2。因而，主、从动轴无论在任何交角时，传动钢球既处在主动轴的凹。因而，主、从动轴无论在任何交角时，传动钢球既处在主动轴的凹槽内，又位于从动轴的凹槽内，即传动钢球中心必然位于两凹槽中心圆的交槽内，又位于从动轴的凹槽内，即传动钢球中心必然位于两凹槽中心圆的交点上，也就是所有的钢球都位于两轴的角平分面上，从而保证等角速传动。点上，也就是所有的钢球都位于两轴的角平分面上，从而保证等角速传动。 优点：结构紧凑、简单，两轴间交角较大。优点：结构紧凑、简单，两轴间交角较大。 缺点：正反转时都只有两个钢球传力，钢球和凹槽的压力较大，缺点：正反转时都只有两个钢球传力，钢球和凹槽的压力较大，承载能力较球笼式等角速万向