等速萬向節類型及原理

等速萬向節保證萬向節在工作過程中，其傳力點永遠位於兩軸交點的平分面上，如圖4 . 11所示的是等速萬向節的工作原理圖。

兩個大小相同的錐齒輪的接觸點P位於兩齒 輪軸線交角"的平分面上，由P點到兩軸的垂直距離都等於r，P點處兩齒輪的圓周速度 是相等的，因此兩個齒輪旋轉的角速度也相等。

若萬向節的傳力點在其交角變化時始終位 於角平分面內，則可使兩萬向節叉保持等角速的關系。

目前采用較廣泛的球叉式萬向節和 球籠式萬向節均根據這一原理設計。

1.球叉式萬向節

球叉式萬向節的結構如圖4 .12所示，由主動叉6、從動叉1、4個傳動鋼球5和定心 鋼球4組成。其主動叉6與從動叉1分別與內、外半軸制成一體。在主、從動叉上各有4 個曲面凹槽，裝合後，形成兩條相交的環形槽，作為傳動鋼球5的滾道，4個傳動鋼球5 裝於槽中，定心鋼球4放在兩叉中心的凹槽內，以定中心。

球叉式萬向節等角速傳動原理如圖4 . 13所示。 從動叉曲面凹槽的中心線分別是以◦:、02為圓 心的兩個半徑相等的圓，且圓心0:、00到萬向節中 心O的距離相等，即0:0=002。這樣，無論主、 從動軸以任何角度相交，4個鋼球中心都位於兩圓 的交點上，亦即所有傳動鋼球始終位於兩軸交角" 的角平分面上，因而保證了等角速傳動。
球叉式萬向節結構簡單，允許最大交角為32°〜 , 38°。但由於前行時只有兩個鋼球傳力，倒車時則由圖4 球叉式萬向節等角速另外兩個鋼球傳力，故鋼球與曲面滾道之間接觸壓
力較大，磨損較快。隨著凹槽的磨損，萬向節工作的准確性就會下降，並且這種萬向節的 制造工藝較復雜，因此它用於中、小型越野汽車的轉向驅動橋上，如北京BJ2020。

2.球籠式萬向節

球籠式萬向節按其內、外滾道結構的不同又可分為球籠式碗形萬向節、球籠式雙補償 萬向節和球籠伸縮萬向節等。

(1)球籠式碗形萬向節球籠式碗形萬向節

又稱固定型球籠式等速萬向節，簡稱RF節，如圖4.14所示。

主要由星形套7、球籠4 球形殼8及鋼球6等組成。星形套7通過內花 鍵與中段半軸9相連接，用卡環9、隔套7和碟形彈簧8軸向限位。星形套7的外表面有6 條曲面凹槽，形成內滾道。球形殼8與帶花鍵的外半軸制成一體，內表面制有相應的6條 曲面凹槽，形成外滾道。球籠4上有6個窗孔。裝合後6個鋼球分別裝於6條凹槽中，並用球籠使之保持在一個平面內。

工作時，轉矩由主動軸1傳至星形套7，經6個均布的鋼 球6傳給球形殼8，並通過球形殼上的花鍵軸傳至轉向驅動輪，使汽車行駛。球籠式碗形萬向節等速傳動的結構原理如圖4. 15所示。其內星輪6的外球面、球籠3 的內球面和外球面以及外星輪1的內球面均以萬向節中心0點為球心。球籠使6個鋼球球 心所在的平面通過中心0點。外滾道中心A與內滾道中心B不重合，分別位於中心0的 兩側且0A=05。當兩軸交角"變化時，球面之間繞0點相互滑轉，鋼球則在內、外滾道 上滾動且始終與內、外滾道相切，即鋼球中心C到A、B兩點的距離均相等。由於0A=5 ，CA=CB，C0是共邊，則兩個三角形AC0A與AC0B全等，故%C0A = %C0B， 即兩軸相交任意交角"時，傳力的鋼球都位於兩軸夾角的平分面上。此時鋼球到主動軸和 從動軸的距離+和6相等，從而保證了從動軸與主動軸以相等的角速度旋轉。

球籠式等速萬向節可在兩軸最大交角為4 2°情況下傳遞轉矩，無論傳動方向如何，6 個鋼球全部傳力。與球叉式萬向節相比，在相同的外廓尺寸下，其承載能力強、使用壽 命長、結構緊湊、拆裝方便，因此應用越來越廣泛。

目前國內外多數轎車的前轉向驅動 橋均采用這種萬向節，如紅旗CA7220、一汽奧迪100、捷達、高爾夫和上海桑塔納等 轎車。

(2)球籠式雙補償萬向節。
球籠式雙補償萬向節又稱為球籠滑動式萬向節，如圖4 .16 所示。其外球座4為圓筒形，內、外滾道是與軸線平行的直線凹槽，即圓筒形，在傳遞轉 矩時，內球座2與外球座4可以相對軸向移動。球籠3的內外球面在軸線方向是偏心的， 內球面中心B與外球面中心A分別位於萬向節中心0的兩邊，且0A = 0B。同樣，鋼球 中心C到A、B的距離相等，以保證萬向節作等速傳動。

縮 機構，使結構簡化，且軸向位移是通過鋼球沿內、外滾道的滾動來實現的，滾動阻力小、 磨損輕、壽命長，故最適用於斷開式驅動橋。

(3)球籠伸縮式萬向節。

球籠伸縮式萬向節，簡稱VL型萬向節，上海桑塔納轎車轉 向驅動橋內側減速器處所用萬向節就是VL型萬向節，如圖4 .17所示。其內、外滾道為圓筒形，只是圓筒中心線不與軸線平行，而是以相同的角度相對於軸線傾斜著！而 且同一零件上相鄰兩條滾道的傾斜方向相反，即呈“V”形。裝合後，同一圓周方向位置 處，內、外滾道的傾斜方向剛好相反，即對稱交叉，而鋼球則處於內、外滾道的交叉部 位。當內半軸7與中半軸1以任意夾角相交時，由於內、外滾道及球籠6的控制作用，使 所有傳動鋼球都位於軸間交角的平分面上，從而實現等角速傳動。

因為該萬向節的內外滾道沿圓周方向呈“V”形布置，且在動力的傳遞過程中，內、 外星輪可作軸向運動，從而使前輪跳動時軸向長度得到補償，所以稱為VL型萬向節。其 允許最大的軸間夾角為22°，軸向伸縮量可達45mm。由於內、外星輪是通過鋼球傳遞轉 矩的，所以內、外星輪在作軸向移動時為滾動摩擦，摩擦阻力4、。VL型萬向節兩軸交角 范圍為20°〜25°，較十字軸剛性萬向節相鄰兩軸的交角范圍大，但小於球叉式和RF節。
VL型萬向節在轎車的轉向驅動橋中均布置在靠主減速器側，而軸向不能伸縮的固定 型球籠式萬向節，則布置在靠近車輪側。

3.三叉式等速萬向節

三叉式萬向節也稱作三銷式萬向節。三銷式萬向節的裡面沒有鋼球，而是使用3個帶 有滾針的軸承，可以在鐘形殼內的3個軌道裡進行向內和向外滑移，以此來適應驅動軸在 車輛運動時產生的長度變化。如圖4 .18所示為豐田皇冠轎車斷開式後驅動橋，其半軸使用的是三叉式等速萬向節，它主要由三銷總成11和內萬向節套5組成。三銷總成的花鍵 孔與傳動軸內花鍵端配合，3個銷軸上均裝有軸承，以減小磨損。萬向節套凸緣與差速器 的凸緣用螺栓連接。為了防止潤滑脂外溢，萬向節裝有防護罩7，並用兩個卡箍10和12 緊固。

三叉式等速萬向節結構簡單、磨損小，並且可軸向伸縮，在轎車上應用逐漸廣泛，國 產奧迪、紅旗、富康、捷達、夏利等轎車的等速驅動軸上均采用三叉式萬向節。

總的來說，與普通萬向節比較，等速萬向節的構造復雜，制造成本較高，所以只用在 轉向驅動輪的傳動中。有的微型汽車，為了降低制造成本，轉向驅動輪的傳動也不用等速 萬向節，而用一種撓性萬向節代替。

4 .撓性萬向節

上述萬向節傳力元件都是剛性的，統稱為剛性萬向節。有時萬向節傳力元件也可用帶 彈性的材料制造，則稱撓性萬向節。

撓性萬向節依靠其中彈性件的彈性形變來保證在相 交兩軸間傳動時不發生機械干涉。

彈性件可以是橡膠盤、 橡膠金屬套筒、六角形橡膠圈或其他結構形式。

由於彈 性件的彈性形變量有限，故撓性萬向節一般用於夾角不 大兩軸間，一般在3°〜5°范圍內。並且在只有微量軸向 位移的萬向傳動裝置中，常用來連接固定安裝在車架上 的兩個部件，如發動機與變速器或變速器與分動器之間， 以消除制造安裝誤差和車架變形對傳動的影D向。此外， 它還具有能吸收傳動系統中的沖擊載荷和衰減扭轉振動、 結構簡單、無須潤滑等優點。

如圖4 .19所示為上海SH35 40A型自卸汽車上用來 連接發動機輸出軸與液力機械變速器輸人軸的撓性萬向節。

它主要由借螺栓固定在發動機飛輪上的大圓盤2、與 花鍵毂5鉚接在一起的連接圓盤4、連接二者的4副彈性 連接件3以及定心用的中心軸1組成。

彈性連接件的兩個橡膠塊裝在兩半對合的外殼中， 每個橡膠塊中各有一襯套。每g lj彈性連接件中的一個橡膠塊用螺栓固定在大圓盤上，而另一橡膠塊用螺栓固定 在連接圓盤上，動力經大圓盤輸人，通過襯套傳給每一 再經外殼、另一橡膠塊和襯套傳給連接圓盤，最後經花鍵 毂和花鍵軸輸出。
對於徑向剛度較小的撓性萬向節，主、從動件之間應有定中心裝置，以免轉速升高時 由於軸線偏離加大而產生振動和噪聲。