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萬向軸的作用和應用

Tag:萬向軸 發表日期:2012-5-12

所謂萬向軸,指的是利用球型連接實現不同軸的動力傳送的機械結構。
萬向軸,是汽車上有一個很重要的部件。
萬向軸與傳動軸組合,稱為萬向軸傳動裝置。在前置發動機后輪驅動的車輛上,萬向軸傳動裝置安裝在變速器輸出軸與驅動橋主減速器輸入軸之間;而前置發動機前輪驅動的車輛省略了傳動軸,萬向軸安裝在既負責驅動又負責轉向的前橋半軸與車輪之間。
萬向軸配合 (Universal Joint Mate)
在萬向軸配合中,一個零部件(輸出軸)繞自身軸的旋轉是由另一個零部件(輸入軸)繞其軸的旋轉驅動的。
萬向軸即萬向接頭,英文名稱universal joint,是實現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,它是汽車驅動系統的萬向傳動裝置的 “關節”部件。
萬向軸與傳動軸組合,稱為萬向軸傳動裝置。
萬向軸的結構和作用有點象人體四肢上的關節,它允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內變化。為滿足動力傳遞、適應轉向和汽車運行時所產生的上下跳動所造成的角度變化,前驅動汽車的驅動橋,半軸與輪軸之間常用萬向軸相連。但由于受軸向尺寸的限制,要求偏角又比較大,單個的萬向軸不能使輸出軸與軸入軸的瞬時角速度相等,容易造成振動,加劇機件的損壞,產生很大的噪音,所以廣泛采用各式各樣的等速萬向軸。在前驅動汽車上,每個半軸用兩個等速萬向軸,靠近變速驅動橋的萬向軸是半軸內側萬向軸,靠近車軸的是半軸外側萬向軸。在后驅動汽車上,發動機、離合器與變速器作為一個整體安裝在車架上,而驅動橋通過彈性懸掛與車架連接,兩者之間有一個距離,需要進行連接。汽車運行中路面不平產生跳動,負荷變化或者兩個總成安裝的位差等,都會使得變速器輸出軸與驅動橋主減速器輸入軸之間的夾角和距離發生變化,因此在后驅動汽車的萬向軸傳動形式都采用雙萬向軸,就是傳動軸兩端各有一個萬向軸,其作用是使傳動軸兩端的夾角相等,保證輸出軸與軸入軸的瞬時角速度始終相等。 等速萬向軸的英文名稱是constant velocity universal joint,我想這不多不少會是大家將CVD和萬向軸相混淆的原因吧。
(1)萬向軸的分類
按萬向軸在扭轉方向上是否有明顯的彈性可分為剛性萬向軸和撓性萬向軸。剛性萬向軸又可分為不等速萬向軸(常用的為十字軸式)、準等速萬向軸(如雙聯式萬向軸)和等速萬向軸(如球籠式萬向軸)三種。
(2)不等速萬向軸
十字軸式剛性萬向軸為汽車上廣泛使用的不等速萬向軸,允許相鄰兩軸的最大交角為15゜~20゜。下圖所示的十字軸式萬向軸由一個十字軸,兩個萬向軸叉和四個滾針軸承等組成。兩萬向軸叉1和3上的孔分別套在十字軸2的兩對軸頸上。這樣當主動軸轉動時,從動軸既可隨之轉動,又可繞十字軸中心在任意方向擺動,這樣就適應了夾角和距離同時變化的需要。在十字軸軸頸和萬向軸叉孔間裝有滾針軸承5,滾針軸承外圈靠卡環軸向定位。為了潤滑軸承,十字軸上一般安有注油嘴并有油路通向軸頸。潤滑油可從注油嘴注到十字軸軸頸的滾針軸承處。
十字軸式剛性萬向軸具有結構簡單,傳動效率高的優點,但在兩軸夾角α不為零的情況下,不能傳遞等角速轉動。
當滿足以下兩個條件時,可以實現由變速器的輸出軸到驅動橋的輸入軸的等角速傳動:
1)傳動軸兩端萬向軸叉處于同一平面內;
2)第一萬向軸兩軸間夾角α1與第二萬向軸兩軸間夾角α2相等。
因為在行駛時,驅動橋要相對于變速器跳動,不可能在任何時候都有α1=α2,實際上只能做到變速器到驅動橋的近似等速傳動。
在以上傳動裝置中,軸間交角α越大,傳動軸的轉動越不均勻,產生的附加交變載荷也越大,對機件使用壽命越不利,還會降低傳動效率,所以在總體布置上應盡量減小這些軸間交角。
萬向軸圖片
(3)準等速萬向軸
常見的準等速萬向軸有雙聯式和三銷軸式兩種,它們的工作原理與雙十字軸式萬向軸實現等速傳動的原理是一樣的。
雙聯式萬向軸實際上是一套將傳動軸長度減縮至最小的雙十字軸式萬向軸等速傳動裝置,雙聯叉相當于傳動軸及兩端處在同一平面上的萬向軸叉。在當輸出軸與輸入軸的交角較小時,處在圓弧上的兩軸軸線交點離上述中垂線很近,使得α1與α2 的差很小,能使兩軸角速度接近相等,所以稱雙聯式萬向軸為準等速萬向軸。
(4)等速萬向軸
目前轎車上常用的等速萬向軸為球籠式萬向軸,也有采用球叉式萬向軸或自由三樞軸萬向軸的。
球籠式萬向軸的結構見下圖。星形套7以內花鍵與主動軸1相連,其外表面有六條弧形凹槽,形成內滾道。球形殼8的內表面有相應的六條弧形凹槽,形成外滾道。六個鋼球6分別裝在由六組內外滾道所對出的空間里,并被保持架4限定在同一個平面內。動力由主動軸1(及星形套)經鋼球6傳到球形殼8輸出。

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