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等速万向节有哪些形式 等速万向节(球笼)类型及原理介绍

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,如图4 . 11所示的是等速万向节的工作原理图。

两个大小相同的锥齿轮的接触点P位于两齿 轮轴线交角"的平分面上,由P点到两轴的垂直距离都等于r,P点处两齿轮的圆周速度 是相等的,因此两个齿轮旋转的角速度也相等。

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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设计。

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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。

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球叉式万向节等角速传动原理如图4 . 13所示。 从动叉曲面凹槽的中心线分别是以◦:、02为圆 心的两个半径相等的圆,且圆心0:、00到万向节中 心O的距离相等,即0:0=002。这样,无论主、 从动轴以任何角度相交,4个钢球中心都位于两圆 的交点上,亦即所有传动钢球始终位于两轴交角" 的角平分面上,因而保证了等角速传动。
球叉式万向节结构简单,允许最大交角为32°〜 , 38°。但由于前行时只有两个钢球传力,倒车时则由图4 球叉式万向节等角速另外两个钢球传力,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。
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2.球笼式万向节

球笼式万向节按其内、外滚道结构的不同又可分为球笼式碗形万向节、球笼式双补偿 万向节和球笼伸缩万向节等。

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(1)球笼式碗形万向节球笼式碗形万向节

又称固定型球笼式等速万向节,简称RF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。

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工作时,转矩由主动轴1传至星形套7,经6个均布的钢 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。球笼式碗形万向节等速传动的结构原理如图4. 15所示。其内星轮6的外球面、球笼3 的内球面和外球面以及外星轮1的内球面均以万向节中心0点为球心。球笼使6个钢球球 心所在的平面通过中心0点。外滚道中心A与内滚道中心B不重合,分别位于中心0的 两侧且0A=05。当两轴交角"变化时,球面之间绕0点相互滑转,钢球则在内、外滚道 上滚动且始终与内、外滚道相切,即钢球中心C到A、B两点的距离均相等。由于0A=5 ,CA=CB,C0是共边,则两个三角形AC0A与AC0B全等,故%C0A = %C0B, 即两轴相交任意交角"时,传力的钢球都位于两轴夹角的平分面上。此时钢球到主动轴和 从动轴的距离+和6相等,从而保证了从动轴与主动轴以相等的角速度旋转。

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球笼式等速万向节可在两轴最大交角为4 2°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。

目前国内外多数汽车的前转向驱动 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 汽车。


(2)球笼式双补偿万向节。
球笼式双补偿万向节又称为球笼滑动式万向节,如图4 .16 所示。其外球座4为圆筒形,内、外滚道是与轴线平行的直线凹槽,即圆筒形,在传递转 矩时,内球座2与外球座4可以相对轴向移动。球笼3的内外球面在轴线方向是偏心的, 内球面中心B与外球面中心A分别位于万向节中心0的两边,且0A = 0B。同样,钢球 中心C到A、B的距离相等,以保证万向节作等速传动。

缩 机构,使结构简化,且轴向位移是通过钢球沿内、外滚道的滚动来实现的,滚动阻力小、 磨损轻、寿命长,故最适用于断开式驱动桥。

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(3)球笼伸缩式万向节。

球笼伸缩式万向节,简称VL型万向节,上海桑塔纳汽车转 向驱动桥内侧减速器处所用万向节就是VL型万向节,如图4 .17所示。其内、外滚道为圆筒形,只是圆筒中心线不与轴线平行,而是以相同的角度相对于轴线倾斜着!而 且同一零件上相邻两条滚道的倾斜方向相反,即呈“V”形。装合后,同一圆周方向位置 处,内、外滚道的倾斜方向刚好相反,即对称交叉,而钢球则处于内、外滚道的交叉部 位。当内半轴7与中半轴1以任意夹角相交时,由于内、外滚道及球笼6的控制作用,使 所有传动钢球都位于轴间交角的平分面上,从而实现等角速传动。

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因为该万向节的内外滚道沿圆周方向呈“V”形布置,且在动力的传递过程中,内、 外星轮可作轴向运动,从而使前轮跳动时轴向长度得到补偿,所以称为VL型万向节。其 允许最大的轴间夹角为22°,轴向伸缩量可达45mm。由于内、外星轮是通过钢球传递转 矩的,所以内、外星轮在作轴向移动时为滚动摩擦,摩擦阻力4、。VL型万向节两轴交角 范围为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。
VL型万向节在汽车的转向驱动桥中均布置在靠主减速器侧,而轴向不能伸缩的固定 型球笼式万向节,则布置在靠近车轮侧。

3.三叉式等速万向节

三叉式万向节也称作三销式万向节。三销式万向节的里面没有钢球,而是使用3个带 有滚针的轴承,可以在钟形壳内的3个轨道里进行向内和向外滑移,以此来适应驱动轴在 车辆运动时产生的长度变化。如图4 .18所示为丰田皇冠汽车断开式后驱动桥,其半轴使用的是三叉式等速万向节,它主要由三销总成11和内万向节套5组成。三销总成的花键 孔与传动轴内花键端配合,3个销轴上均装有轴承,以减小磨损。万向节套凸缘与差速器 的凸缘用螺栓连接。为了防止润滑脂外溢,万向节装有防护罩7,并用两个卡箍10和12 紧固。

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三叉式等速万向节结构简单、磨损小,并且可轴向伸缩,在汽车上应用逐渐广泛,国 产奥迪、红旗、富康、捷达、夏利等汽车的等速驱动轴上均采用三叉式万向节。

总的来说,与普通万向节比较,等速万向节的构造复杂,制造成本较高,所以只用在 转向驱动轮的传动中。有的微型汽车,为了降低制造成本,转向驱动轮的传动也不用等速 万向节,而用一种挠性万向节代替。


4.挠性万向节

上述万向节传力元件都是刚性的,统称为刚性万向节。有时万向节传力元件也可用带 弹性的材料制造,则称挠性万向节。

挠性万向节依靠其中弹性件的弹性形变来保证在相 交两轴间传动时不发生机械干涉。

弹性件可以是橡胶盘、 橡胶金属套筒、六角形橡胶圈或其他结构形式。

由于弹 性件的弹性形变量有限,故挠性万向节一般用于夹角不 大两轴间,一般在3°〜5°范围内。并且在只有微量轴向 位移的万向传动装置中,常用来连接固定安装在车架上 的两个部件,如发动机与变速器或变速器与分动器之间, 以消除制造安装误差和车架变形对传动的影D向。此外, 它还具有能吸收传动系统中的冲击载荷和衰减扭转振动、 结构简单、无须润滑等优点。

如图4 .19所示为上海SH35 40A型自卸汽车上用来 连接发动机输出轴与液力机械变速器输人轴的挠性万向节。

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它主要由借螺栓固定在发动机飞轮上的大圆盘2、与 花键毂5铆接在一起的连接圆盘4、连接二者的4副弹性 连接件3以及定心用的中心轴1组成。

弹性连接件的两个橡胶块装在两半对合的外壳中, 每个橡胶块中各有一衬套。每g lj弹性连接件中的一个橡胶块用螺栓固定在大圆盘上,而另一橡胶块用螺栓固定 在连接圆盘上,动力经大圆盘输人,通过衬套传给每一 再经外壳、另一橡胶块和衬套传给连接圆盘,最后经花键 毂和花键轴输出。
对于径向刚度较小的挠性万向节,主、从动件之间应有定中心装置,以免转速升高时 由于轴线偏离加大而产生振动和噪声。

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