萬向傳動裝置的工作原理

萬向傳動裝置的工作原理

萬向傳動裝置是用來在工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳遞動力的裝置。其作用是連接不在同一直線上的變速器輸出軸和主減速器輸入軸，并保證在兩軸之間的夾角和距離經(jīng)常變化的情況下，仍能可靠地傳遞動力。
它主要由萬向節(jié)、傳動軸和中間支承組成。安裝時必須使傳動軸兩端的萬向節(jié)叉處于同一平面。

萬向節(jié)即萬向接頭，是實現(xiàn)變角度動力傳遞的機件，用于需要改變傳動軸線方向的位置，它是汽車驅動系統(tǒng)的萬向傳動裝置的 “關節(jié)”部件。萬向節(jié)與傳動軸組合，稱為萬向節(jié)傳動裝置。萬向傳動裝置一般由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還要有中間支承，主要用于以下一些位置： 1-萬向節(jié)；2-傳動軸；3-前傳動軸；4-中間支承。在萬向節(jié)配合中，一個零部件（輸出軸）繞自身軸的旋轉是由另一個零部件萬向節(jié)（輸入軸）繞其軸的旋轉驅動的。
按萬向節(jié)在扭轉方向上是否有明顯的彈性可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)又可分為不等速萬向節(jié)（常用的為十字軸式）、準等速萬向節(jié)（如雙聯(lián)式萬向節(jié)）和等速萬向節(jié)（如球籠式萬向節(jié)）三種。[1] 
不等速萬向節(jié)
萬向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時角速度比傳遞運動，但平均角速度相等的萬向節(jié)。
十字軸式剛性萬向節(jié)由萬向節(jié)叉、十字軸、滾針軸承、油封、套簡、軸承蓋等件組成。工作原理為：轉動叉中之一則經(jīng)過十字軸帶動另一個叉轉動，同時又可以繞十字軸中心在任意方向擺動。轉動過程中滾針軸承中的滾針可自轉，以便減輕摩擦。與輸入動力連接的軸稱輸入軸（又稱主動軸），經(jīng)萬向節(jié)輸出的軸稱輸出軸（又稱從動軸）。在輸入、輸出軸之間有夾角的條件下工作，兩軸的角速度不等，并因此會導致輸出軸及與之相連的傳動部件產(chǎn)生扭轉振動和影響這些部件的壽命。[2] 

準等速萬向節(jié)
指在設計的角度下以相等的瞬時角速度傳遞運動，而在其他角度下以近似相等的瞬時角速度傳遞運動的萬向節(jié)。它又分為：
a）雙聯(lián)式準等速萬向節(jié)。指該萬向節(jié)等速傳動裝置中的傳動軸長度縮短到最小時的萬向節(jié)。
b）凸塊式準等速萬向節(jié)。由兩個萬向節(jié)又和兩個不同形狀的凸塊組成。其中兩凸塊相當于雙聯(lián)萬向節(jié)裝置中的中間傳動軸及兩十字銷。
c）三銷軸式準等速萬向節(jié)。由兩個三銷軸，主動偏心軸叉，從動偏心軸叉組成。
d）球面滾輪式準等速萬向節(jié)。由銷軸、球面滾輪、萬向節(jié)軸和圓筒組成。滾輪可在槽內(nèi)做軸向移動，起到伸縮花鍵作用。滾輪與槽壁接觸可傳遞轉矩。

等速萬向節(jié)
萬向節(jié)所連接的輸出軸和輸入軸以始終相等的瞬時角速度傳遞運動的萬向節(jié)。它又分為：
a）球叉式等速萬向節(jié)。由有滾道的球叉和鋼球組成的萬向節(jié)。而其中的圓弧槽滾道型球叉式萬向節(jié)是指球義上的鋼球滾道為圓弧型的萬向節(jié)。其節(jié)結構特點是在球叉的主動叉和從動叉上做有圓弧凹槽，兩者裝合后形成四個鋼球滾道，滾道內(nèi)共容納4個鋼球。定心鋼球裝在主、從動叉中心的球形凹槽內(nèi)。直槽滾道型球叉式萬向節(jié)是指球叉上的鋼球滾道為直槽滾道型的萬向節(jié)。它的結構特點是在兩個球叉上做有直槽，各直槽與軸的中心線相傾斜，且傾斜的角度相同并彼此對稱。于兩個球叉之間的滾道內(nèi)裝有4個鋼球。
b）球籠式等速萬向節(jié)。根據(jù)萬向節(jié)軸向能否運動，又可區(qū)分為軸向不能伸縮型（固定型）球籠式萬向節(jié)和可伸縮型球籠式萬向節(jié)。結構上固定型球籠式萬向節(jié)的星形套的內(nèi)表面以內(nèi)花鍵與傳動軸連接，它的外表面制有6個弧形凹槽作為鋼球的內(nèi)滾道，外滾道做在球形殼的內(nèi)表面上。星形套與球形殼裝合后形成的6個滾道內(nèi)各裝1個鋼球，并由保持架（球籠）使6個鋼球處于同一平面內(nèi)。動力由傳動軸經(jīng)鋼球、球形殼傳出（圖2）。可伸縮型球籠式萬向節(jié)的結構特點是于筒形殼的內(nèi)壁和星形套的外部做有圓柱形直槽，在兩者裝合后所形成的滾道內(nèi)裝有鋼球。鋼球同時也裝在保持架的孔內(nèi)。星形套內(nèi)孔做有花鍵用來與輸入軸連接。這一結構允許星形套與簡形殼相對在軸向方向移動。[3] 

傳動軸和中間支撐
傳動軸（drive shaft）萬向傳動裝置的傳動軸中能夠傳遞動力的軸。傳動軸除去傳遞動力以外，有些傳動軸長度可以伸縮，用來防止在所連接兩軸之間有距離變化時產(chǎn)生運動干涉。
汽車行駛過程中，變速器與驅動橋的相對位置經(jīng)常變化，為避免運動干涉，傳動軸用由滑動叉和花鍵軸組成的滑動花鍵連接，以適應傳動軸長度的變化。為減少磨損，還裝有用以加注滑脂的滑脂嘴，油封，堵蓋和防塵套。


傳動軸在高速旋轉時，由于質量不均勻引起的離心力將使傳動軸發(fā)生劇烈震動。因此當傳動軸與萬向節(jié)裝配后必須進行動平衡。
中間支承（mid-support） 傳動軸過長時需在中間斷開，并將它們通過支承裝置支持在車架（身）上的機構。
中間支承安裝在車架橫梁或車身底架上，要求它具有能補償傳動軸的安裝誤差功能，及適應行駛中由于發(fā)動機的彈性懸置引起的發(fā)動機竄動和車架變形引起的位移功能。同時其中橡膠彈性元件還有吸收傳動軸振動、降低噪聲及承受徑向力的功能。中間支承由橡膠彈性元件、軸承等組成。由于蜂窩形橡膠墊有彈性，可滿足補償安裝誤差和行駛中發(fā)動機竄動和車架變形引起的位移作用。有的中間支承采用雙列圓錐滾子軸承。
傳動軸分段時需加中間支撐。通常中間支撐安裝在車架橫梁上，應能補償傳動軸軸向和角度方向的安裝誤差以及車輛行駛過程中由于發(fā)動機竄動或車架等變形所引起的位移。