第十三章 万向传动装置
13.1 概述................................................................... 2
13.2 万向节 . ................................................................ 3
13.3 传动轴与中间支承 . ...................................................... 7
学习目
标：
1. 掌握十字轴式刚性万向节的结构和特性；
2. 掌握准等速万向节和等速万向节的结构类型；
3. 掌握传动轴的结构特点；
4. 了解传动轴的布置型式及万向节的装配特点。
学习方
法：
介绍典型万向节的结构特点，通过实物和多媒体课件动态演示相结合，并和汽车拆装
与调整实践教学相辅相承，使学生掌握各万向传动装置的结构特点。
学习内
容：
§13.1 概述
§13.2 万向节
§13.3 传动轴与中间支承
学习重
点：
1. 十字轴式万向节；
2 准等速万向节和等速万向节的结构类型；
3. 传动轴的布置型式及万向节的装配特点。
作业习
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？
3. 试述十字轴式万向节传动的不等速性，如何实现等速传递？
4. 上海桑塔纳轿车采用哪些结构型式的万向节？各有何特点？
5. 简述依维柯汽车传动轴的构造，装配时有哪些要求？为什么？
6. 为什么要设中间支承？它有哪几种类型？
13.1 概述
万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有的还设置有中间支承。万向传动装置的功用是能在轴间夹角及相互位置经常变化的两转轴之间传递动力。
万向传动装置在汽车上应用广泛，主要应用在以下几个方面：如图
13-1-1
13.2 万向节
万向节的功用是保证不在同一轴线上的两轴之间可靠地传递动力。万向节按其刚度的大小分为刚性万向节和挠性万向节。前者是靠刚性铰链式零件传递动力，其弹性较小；而后者则是靠弹性元件传递动力，其弹性较大，且具有缓冲减振作用，汽车上普遍采用刚性万向节。根据其输出轴和输入轴轴线夹角大于零时传动的瞬时角速度是否相等，刚性万向节又分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节等。
13.2.1 十字轴式刚性万向节（不等速万向节）
十字轴式刚性万向节是目前汽车上应用最广泛的一种万向节，它允许两轴在夹角不大于 15°～20°的情况下工作。
（ 1 ） 十字轴式刚性万向节构造
如图13-2-1 所示，十字轴式刚性万向节主要由万向节叉和、十字轴及轴承等组成。两个万向节叉轴分别与主、从动轴相连，其叉形上的孔分别活套在十字轴的两对轴颈上。当主动轴转动时，从动轴既能随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动。为了减小摩擦和磨损，提高传动效率，在十字轴轴颈和万向节叉孔之间装有由滚针和套筒组成的滚针轴承，并用轴承盖定位、螺钉紧固，然后用锁片将螺钉锁紧。为了润滑轴承，十字轴内钻有互相贯通的油道，并与润滑脂嘴、安全阀及四个轴颈外端面相通。轴颈端面上加工有径向凹槽，从润滑脂嘴注入的润滑脂通过油道、轴颈端部凹槽进入轴承的工作面。为防止润滑脂从轴承内端溢出及外面尘垢进入轴承，在十字轴轴颈上套装有带金属壳的毛毡油封。在十字轴中部装有安全阀，当十字轴内腔的润滑脂压力超过允许值时，安全阀即顶开使油脂外泄，避免因油压过高而损坏油封。近年来在十字轴式刚性万向节上多采用橡胶油封，其密封性能好，且当十字轴内腔润滑脂压力超过允许值时，润滑脂即从油封与轴颈配合面溢出，故可以不装设安
全阀。
（ 2 ）十字轴式刚性万向节的速度特性
普通的万向节传动，其主动叉是等速传动的，从动叉是不等速的，当主动叉轴以等角速转动时，从动叉轴是不等角速转动的，即主动轴与从动轴的瞬时角速度不相等。这就是十字轴式刚性万向节的速度特性 — 传动的不等速性。从动轴角速度的变化以 180°为一个周期，在 180°内时快时慢，且不等速程度随轴间夹角 α 的增大而增大，但两轴的平均速度相等。所谓“传动的不等速性”是指从动轴在转动一周内其角速度不均匀而言。
单十字轴式刚性万向节的不等速性，将使从动轴及与其相连的传动部件产生扭转振动，从而产生附加交变载荷，加剧零件的损坏。从上述分析可以知道，若采用两个十字轴式刚性万向节，中间以传动轴相连接，利用第二个万向节的不等速效应抵消第一个万向节的不等速效应，从而实现两轴间的等速传动，因此，要满足等速转动，必须满足以下两个条件：
a. 传动轴两端的万向节叉处于同一平面内；
b. 第一个万向节两轴之间的夹角 α1 与第二个万向节两轴之间的夹角 α2 相等。
13.2.2 准等速万向节
准等速万向节实际上是根据两个十字轴式刚性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。其结构型式有双联式、三销轴式。
双联式万向节是将按等速排列双十字轴万向节中的传动轴长度缩短至最小而得到的一种万向节。双联叉即相当于处于同一平面上的两个万向节叉及传动轴。欲使轴 1 和 2 的角速度相等，应保证两轴间的夹角相等，即 a l ＝ a 2 。为此，有的双联式万向节的结构中装有分度机构，以使双联叉的轴线平分所连二轴的夹角。
（ 1 ）双联式
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、工作可靠等特点，因此在转向驱动桥中应用较广泛。北京切诺基、延安 SX2150 、斯泰尔等汽车均采用了这种结构。
（ 2 ）三销轴式
三销轴式万向节主要由主动偏心轴叉 、从动偏心轴叉 、两个三销轴和及六个轴承等组成。主、从动偏心轴叉分别与内、外半轴制为一体，叉孔中心线与叉轴中心线垂直但不相交。三销轴轴小端轴颈中心线与大端轴承孔中心线重合，装合时每个三销轴大端两侧的两个轴颈与偏心轴叉上的两个叉孔配合，两个三销轴轴小端的轴颈互相插入对方大端的轴承孔内，这样便形成了 Q l － Q l ＇ 、 R 一 R ＇、 Q 2 － Q 2 ＇ 三根轴线。
三销轴式万向节最大的特点是允许相邻两轴有较大的夹角，最大可达 45°, 因此用于转向驱动桥可获得大的转向轮偏转角。其缺点是结构尺寸大。
3 、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，其传力点始终处于两轴交角的平分面上。这一原理可用一对大小相同的锥齿轮传动来说明，如 图13 － 9 所示。两齿轮夹角为 α， 两齿轮啮合点 P 位于夹角的平分面上，因此两个齿轮旋转的角速度也相等。在汽车上采用较广泛的等速万向节有球叉式和球笼式万向节。
（ 1 ）球叉式万向节
球叉式万向节的构造如 图13－10 所 示，由主动叉、从动叉、四个传动钢球、定心钢球组成。其主、从动叉分别与内、外半轴制为一体，叉内各有四条曲面凹槽，装合后，形成两条相交的环形槽，作为钢球的滚道，四个传动钢球装于槽中，定心钢球装在两叉中心凹槽内，以定中心。
球叉式万向节结构简单，允许轴间最大交角为 32° ～ 33° 。但由于工作时只有两个传动钢球传力，而另两个钢球则在反转时传力，因此钢球与滚道之间接触压力大，磨损快，影响其使用寿命。所以通常用于中、小型越野汽车转向驱动桥。
（ 2 ）球笼式万向节
笼式碗形万向节的构造 如 图13－12 所示，主要由内球座、球笼、碗形外球座及钢球等组成。内球座通过花键与中半轴相连接，用卡环、隔套和碟形垫圈（轴向弹性）轴向限位。内球座的外表面有有六条曲面凹槽，形成内滚道。外球座与带花键的外半轴制为一体，内表面制有相应的六条曲面凹槽，形成外滚道。球笼上有六个窗孔。装合后六个钢球分别装于六条凹槽中，并用球笼使之保持在一个平面内。动力由中段半轴传至内球座，经六个钢球、外球座及外半轴传给转向驱动轮。
这种万向节允许在轴间最大交角为 42 ° 的情况下传递转矩，且在工作时，无论传动方向如何，所有钢球全都传力。与球叉式万向节相比，其承载能力大，磨损小面，结构紧凑，拆装方便，因此应用愈来愈广泛。
13.3 传动轴与中间支承
13.3.1传动轴
传动轴是万向传动装置中的主要传力部件。通常用来连接变速器（或分动器）和驱动桥，在转向驱动桥和断开式驱动桥中，则用来连接差速器和驱动轮。
为了减轻传动轴的质量，节省材料，提高轴的强度、刚度及临界转速，传动轴多为空心轴，一般用厚度为 1 ． 5mm ～ 3 ． 0mm 且厚薄均匀的钢板卷焊而成。由于传动轴所连接的两部分的相对位置经常变化，为避免运动干涉，前传动轴上设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键连接，使传动轴的长度能随传动距离的变化而伸缩。传动轴在工作过程中处于高速旋转状态，其转速和所传递的转矩都在不断发生变化。为了避免由于离心力引起传动轴的振动。在传动轴和万向节装配后，必须进行平衡试验以满足不平衡的要求。因此，在有的传动轴上贴焊有平衡片。平衡后在滑动花键部分还制有箭头标记，以便拆装时保持二者的相对位置。为了减轻花键处的摩擦和磨损，还在花键套上装有滑脂咀、油封和防尘罩等，可对花键部位进行润滑并保持清洁。由于万向传动装置中润滑脂嘴较多，为了加注润滑脂方便，装配正确的万向传动装置应保证所有润滑脂嘴处于同一条母线上，且十字轴上的润滑脂嘴指向传动轴。
13.3.2传动轴的布置型式及万向节的装配特点
由于驱动桥与车架是弹性连接的，所以采用十字轴式万向节所组成的万向传动装置不可能在任何情况上都保证等速传动。考虑到汽车满载时传动系负荷已很大，此时应尽量减小传动的不等速程度，以减小惯性附加负荷；而轻载或空载时，传动系负荷小，传动轴的扭转变形小，可利用其进一步的弹性变形来吸收因传动的不等速性而产生的冲击负荷，因此，传动轴的布置及其万向节的装配应首先尽量保证汽车满载时为等速传动。
13.3.3中间支承
传动轴分段时需加设中间支承，中间支承除对传动轴起支承作用外，还应能补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及汽车行驶过程中由于发动机窜动或车架变形等引起的位移。
普通中间支承通常用弹性元件来满足上述要求，它主要由轴承及其带油封的盖、支架和使轴承与车架间成弹性连接的弹性元件所组成。由于采用弹性支承，传动轴可在一定范围内向任意方向摆动，并能随轴承一起作适当的轴向移动，因此能有效地补偿安装误差及轴向位移。此外，还可以吸收振动、减少噪声传导等。这种支承结构简单，效果良好，应用较广泛。依维柯汽车即采用这种形式。