各类型万向节结构和工作原理

各类型万向节结构和工作原理万向节是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置。

万向节的分类

按万向节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。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（如双联式万向节）和等速万向节（如球笼式万向节）三种。

不等速万向节

十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为15゜～20゜。图D－C4－2所示的十字轴式万向节由一个十字轴，两个万向节叉和四个滚针轴承等组成。两万向节叉1和3上的孔分别套在十字轴2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5，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。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。

图D－C4－2十字轴万向节结构（12-2）

1-套筒；2-十字轴；3-传动轴叉；4-卡环；5-轴承外圈；6-套筒叉

十字轴式刚性万向节具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角α不为零的情况下，不能传递等角速转动。

设主动叉由图D－C4－1(a)所示初始位置转过φ1角，从动叉相应转过φ2角，由机械原理分析可以得出如下关系式：

tgφ1=tgφ2·cosα

图D－C4－3十字轴式刚性万向节示意图

以主动叉转角φ1为横坐标，主动叉转角和从动叉转角之差φ1－φ2为纵坐标，可以画出φ1－φ2随φ1变化曲线图（见图D－C4－1(b)，图中画出了α＝10゜，α＝20゜，α＝30゜的情况）。从这张图可以看出：

图D－C4－4十字轴刚性万向节不等速特性曲线

如果主动叉匀速转了180゜，那么从动叉就经历了：比主动叉转得快→比主动叉转得慢→又比主动叉转得快这样一个过程。但总起来讲，当主动叉转过90゜时，从动叉也转过90゜；当主动叉转过180゜时，从动叉也转过180゜。

从这张图还可以看出，万向节两轴夹角α越大，从动叉转角φ2和主动叉转角φ1之差也越大。这说明，如果主动叉是匀速转动的，那么随着万向节两轴夹角的增大，从动叉转速的不均匀性越大。

（1）球笼式万向节的结构见图图D－C4－9。星形套7以内花键与主动轴1相连，其外表面有六条弧形凹槽，形成内滚道。球形壳8的内表面有相应的六条弧形凹槽，形成外滚道。六个钢球6分别装在由六组内外滚道所对出的空间里，并被保持架4限定在同一个平面内。动力由主动轴1（及星形套）经钢球6传到球形壳8输出。

1-主动轴2,5-钢带箍；3-外罩4-保持架（球笼）6-钢球；7-星形套（内滚道）8-球形壳（外滚道）9-卡环

图D－C4－9球笼式等速万向节

球笼式万向节的等速传动原理见图D－C4－10。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，即AO=BO。钢球在内滚道中滚动和钢球在外滚道中滚动时，钢球中心所经过的圆弧半径是一样的，图中钢球中心所处的C点正是这样两个圆弧的交点，所以有AC=BC。又因为CO为△AOC与△BOC的公共边，所以可以导出△AOC≌△BOC，因而∠AOC=∠BOC，也就是说当主动轴与从动轴处于任一夹角α（当然要在一定范围内）时，C点都处在主动与从动轴线的夹角平分线上。处在C点的钢球中心到主动轴的距离a和到从动轴的距离b必然是一样的（用类似的方法可以证明其它钢球到两轴的距离也是一样的），从而保证了万向节的等速传动特性。在图中上下两钢球处，内外滚道所夹的空间都是左宽右窄，钢球很容易向左跑出，为了将钢球定位，设置了保持架。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，并保证六个钢球球心所在的平面（主动轴和从动轴是以此平面为对称面的）经过O点。当两轴交角变化时，保持架可沿内外球面滑动，这就限定了上下两钢球不能向左跑出。

O-万向节中心；A-外滚道中心；B-内滚道中心；C-钢球中心；a-两轴交角（指钝角）

图D－C4－10球笼式万向节的等速性

球笼式等速万向节内的六个钢球全部传力，承载能力强，可在两轴最大交角为42゜情况下传递扭矩，其结构紧凑，拆装方便，得到广泛应用。

O-万向节中心；A-保持架（球笼）B-保持架内球面中心

图D－C4－11伸缩型球笼式万向节

图D－C4－12伸缩球笼式等角速万向节工作原理图

（2）自由三枢轴等速万向节

在富康轿车上，驱动轴采用了自由三枢轴等速万向节（见图D－C4－14a）

图D－C4－14a

这种万向节包括三个位于同一平面内互成120度的枢轴12-3（见图D－C4－14b），它们的轴线交于输入轴上一点，并且垂直于驱动轴。

图D－C4－14b

三个外表面为球面的滚子轴承，分别活套在各枢轴上。

一个漏斗形轴5，在其筒形部分加工出三个槽形轨道。三个槽形轨道在筒形圆周上是均匀分布的，轨道配合面为部分圆柱面，三个滚子轴承分别装入各槽形轨道，可沿轨道滑动。

从以上装配关系可以看出：每个外表面为球面的滚子轴承能使其所在枢轴的轴线与相应槽形轨道的轴线相交。当输出轴与输入轴交角为0゜时，由于三枢轴的自动定心作用，能自动使两轴轴线重合；当输出轴与输入轴交角不为0゜时，因为球形滚柱可沿枢轴轴线移动，所以它还可以沿各槽形轨道滑动。这就保证了输入轴与输出轴之间始终可以传递动力，并且是等速传动（注2）。

1-锁定三角架；2-橡胶紧固件；3-保护罩；4-保护罩卡箍；5-漏斗形轴；6-止推块；7-垫圈；8-外座圈

图D－C4－1412-3自由三枢轴等速万向节

注2：关于自由三枢轴万向节传动等速性的证明比较复杂，其证明可见北京理工大学出版社出版伍德荣等同志译的“万向节与传动轴“。

挠性万向节

挠性万向节（见图D－C4－15）是由橡胶件将主被动轴叉交错连接而成，依靠橡