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淺談轉向與傳動都少不了的它——汽車萬向節
發布時間:2020-4-15 10:26:40

現今,汽車已經滲透到生活中的方方面面,開車在路上行駛時,不知道大家有沒有想過這樣一個問題:汽車在轉向的時候為何動力依然能夠輸出到車輪上呢?

萬向節的結構及作用

其實,為了應付各種路況,車輛需要轉向輪來改變運動軌跡,同時還需要保證動力依然能夠傳遞到車輪之上,因此萬向節便應運而生。

所謂萬向節指的是利用球型等裝置以實現不同方向的軸動力輸出機構。有點像人體四肢上的關節,它允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內變化。萬向節與傳動軸組合,稱為萬向節傳動裝置。 在前置發動機后輪驅動的車輛上,萬向節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,萬向節安裝在既負責驅動又負責轉向的前橋半軸與車輪之間。

聽起來有些復雜,為了更好的理解萬向節的作用,請看下圖。

萬向節的分類

根據萬向節在扭轉方向上是否有明顯的彈性,可分為剛性萬向節和撓性萬向節。鋼性萬向節又可分為不等速萬向節、準等速萬向節和等速萬向節三種。

撓性萬向節是依靠彈性件的彈性變形來保證兩軸間傳動時不發生機械干涉,一般用于兩軸夾角不大于3°~5°或微量軸向位移的傳動場合,所以這里暫不介紹,讓我們從十字軸式萬向節說起,十字軸式萬向節為汽車上廣泛使用的不等速萬向節,它允許相鄰兩軸的最大交角為15゜~20゜。

十字軸式萬向節由一個十字軸,兩個萬向節叉和四個滾針軸承等組成。兩萬向節叉上的孔分別套在十字軸的兩對軸頸上。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節叉孔間裝有滾針軸承,滾針軸承外圈靠卡環軸向定位。

雖然十字軸式萬向節結構簡單傳動效率高,但是其也有十分明顯的缺點:在兩軸夾角不為零的情況下,不能傳遞等角速轉動,這便是十字軸萬向節的不等速性。簡單來說,如果主動軸以等角速度轉動,則從動軸時快時慢,并且兩軸交角越大,轉速越大,傳動軸的不等速性越差。這種特性使得它的噪音和使用壽命都不理想,所以在很少用在轉向機構,但在后驅車上的傳動軸上應用卻比較多。

我們再來聊聊目前轎車上常用的球籠式萬向節與雙聯式萬向節,這兩種萬向節都屬于等速萬向節。等速萬向節是主動軸與從動軸的轉速(角速度)相等的萬向節,即主動軸以等角速度轉動,從動軸與其等速。其結構簡單緊湊動力傳遞好的特點大大推動了前驅車的發展。

球籠式萬向節

球籠式萬向節的結構見下圖。星形套以內花鍵與主動軸相連,其外表面有六條弧形凹槽,形成內滾道。球形殼的內表面有相應的六條弧形凹槽,形成外滾道。六個鋼球分別裝在由六組內外滾道所對出的空間里,并被保持架限定在同一個平面內。動力由主動軸經鋼球傳到球形殼輸出。

球籠式萬向節工作示意圖

球籠式萬向節工作時無論是否轉動方向,六個鋼球全部傳力。具有承載能力強,結構緊湊,拆裝方便的特點。并且主動軸與從動抽兩軸最大交角為42°,在轉向驅動橋中使用可獲得較小的轉彎半徑,讓汽車更加靈活,機動性更強?,F在大部分家用轎車使用的都是此類結構的萬向節,但也有使用三樞軸—球面滾輪式等速萬向節的。

雙聯式萬向節

當萬向節叉相對萬向節叉在一定的角度范圍內擺動時,雙聯叉也被帶動偏轉相應角度,使兩十字軸中心連線與兩萬向節叉的軸線的交角差值很小,從而保證兩軸角速度接近相等,在差值允許范圍內,雙聯式萬向節具有準等速性。

其優點是允許最大50°的軸間夾角并且結構簡單、工作可靠,常用于越野汽車上,例如安裝于切諾基前傳動軸與分動器前輸出軸間的萬向節便是雙聯式的。


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