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  • 浅谈转向与传动都少不了的它——汽车万向节
    发布时间:2020-4-15 10:26:40

    现今,汽车已经渗透到生活中的方方面面,开车在路上行驶时,不知道大家有没有想过这样一个问题:汽车在转向的时候为何动力依然能够输出到车轮上呢?

    万向节的结构及作用

    其实,为了应付各种路况,车辆需要转向轮来改变运动轨迹,同时还需要保证动力依然能够传递到车轮之上,因此万向节便应运而生。

    所谓万向节指的是利用球型等装置以实现不同方向的轴动力输出机构。有点像人体四肢上的关节,它允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化。万向节与传动轴组合,称为万向节传动装置。 在前置发动机后轮驱动的车辆上,万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间;而前置发动机前轮驱动的车辆省略了传动轴,万向节安装在既负责驱动又负责转向的前桥半轴与车轮之间。

    听起来有些复杂,为了更好的理解万向节的作用,请看下图。

    万向节的分类

    根据万向节在扭转方向上是否有明显的弹性,可分为刚性万向节和挠性万向节。钢性万向节又可分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节三种。

    挠性万向节是依靠弹性件的弹性变形来保证两轴间传动时不发生机械干涉,一般用于两轴夹角不大于3°~5°或微量轴向位移的传动场合,所以这里暂不介绍,让我们从十字轴式万向节说起,十字轴式万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节,它允许相邻两轴的最大交角为15゜~20゜。

    十字轴式万向节由一个十字轴,两个万向节叉和四个滚针轴承等组成。两万向节叉上的孔分别套在十字轴的两对轴颈上。这样当主动轴转动时,从动轴既可随之转动,又可绕十字轴中心在任意方向摆动,这样就适应了夹角和距离同时变化的需要。在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承,滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。

    虽然十字轴式万向节结构简单传动效率高,但是其也有十分明显的缺点:在两轴夹角不为零的情况下,不能传递等角速转动,这便是十字轴万向节的不等速性。简单来说,如果主动轴以等角速度转动,则从动轴时快时慢,并且两轴交角越大,转速越大,传动轴的不等速性越差。这种特性使得它的噪音和使用寿命都不理想,所以在很少用在转向机构,但在后驱车上的传动轴上应用却比较多。

    我们再来聊聊目前轿车上常用的球笼式万向节与双联式万向节,这两种万向节都属于等速万向节。等速万向节是主动轴与从动轴的转速(角速度)相等的万向节,即主动轴以等角速度转动,从动轴与其等速。其结构简单紧凑动力传递好的特点大大推动了前驱车的发展。

    球笼式万向节

    球笼式万向节的结构见下图。星形套以内花键与主动轴相连,其外表面有六条弧形凹槽,形成内滚道。球形壳的内表面有相应的六条弧形凹槽,形成外滚道。六个钢球分别装在由六组内外滚道所对出的空间里,并被保持架限定在同一个平面内。动力由主动轴经钢球传到球形壳输出。

    球笼式万向节工作示意图

    球笼式万向节工作时无论是否转动方向,六个钢球全部传力。具有承载能力强,结构紧凑,拆装方便的特点。并且主动轴与从动抽两轴最大交角为42°,在转向驱动桥中使用可获得较小的转弯半径,让汽车更加灵活,机动性更强。现在大部分家用轿车使用的都是此类结构的万向节,但也有使用三枢轴—球面滚轮式等速万向节的。

    双联式万向节

    当万向节叉相对万向节叉在一定的角度范围内摆动时,双联叉也被带动偏转相应角度,使两十字轴中心连线与两万向节叉的轴线的交角差值很小,从而保证两轴角速度接近相等,在差值允许范围内,双联式万向节具有准等速性。

    其优点是允许最大50°的轴间夹角并且结构简单、工作可靠,常用于越野汽车上,例如安装于切诺基前传动轴与分动器前输出轴间的万向节便是双联式的。