第17章 万向传动装置 主讲教师：华文林

17.1 概 述 一、万向传动装置的组成和功能 组成：万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有的还加装中间支承。 第17章 万向传动装置 17.1 概 述 　　一、万向传动装置的组成和功能 　　组成：万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有的还加装中间支承。 　　功能：经常用来实现一对轴线相交且相对位置经常变化的转轴之间的动力传递。

万向传动装置工作演示

二、万向传动装置在汽车上的应用 1）用于发动机前置后轮驱动的汽车上，如图17-1所示。 第17章 万向传动装置 图17-1　变速器与驱动桥之间的万向传动装置

图17-2　万向传动装置在汽车传动系统中的应用与布置

　组成：万向节、传动轴、中间支承 驱动桥 万向节 中间传动轴 主传动轴 中间支承

第17章 万向传动装置 　2）用于多轴驱动的越野汽车。 图17-2　万向传动装置在汽车传动系统中的应用与布置

第17章 万向传动装置 　　3）用于转向驱动桥的半轴。　 f) g) 图17-2　万向传动装置在汽车传动系统中的应用与布置

4）在汽车的动力输出装置和转向系统的操纵机构中也常采用万向传动装置。 第17章 万向传动装置 　　4）在汽车的动力输出装置和转向系统的操纵机构中也常采用万向传动装置。

17.2 万 向 节 刚性万向节 靠零件的铰链式联接传递动力 挠性万向节 靠弹性零件传递，且有缓冲减振作用。 刚性万向节可分为： 第17章 万向传动装置 　　　　　　 17.2 万 向 节 　　万向节是转轴与转轴之间实现变角度传递动力的基本部件，万向节按其在扭转方向上是否有明显的弹性，可分为: 　刚性万向节　靠零件的铰链式联接传递动力 　　挠性万向节　靠弹性零件传递，且有缓冲减振作用。 　　刚性万向节可分为： 　　1）不等速万向节(常用的为十字轴式) 　　2）准等速万向节(双联式、三销轴式等) 　　3）等速万向节(球叉式、球笼式等)

第17章 万向传动装置 　　一、不等速万向节 　　最为常用的不等速万向节是十字轴式万向节，其结构简单，传动可靠，效率高，且允许两传动轴之间有较大的交角(一般为15°～20°)，故普遍应用于各类汽车的传动系统中。

1）组成构造 图17-3所示为十字轴式刚性万向节的构造。一般主要由一个十字轴4、两个万向节叉2和6和滚针轴承等组成。 第17章 万向传动装置 　　1. 十字轴式刚性万向节的结构 　　1）组成构造　图17-3所示为十字轴式刚性万向节的构造。一般主要由一个十字轴4、两个万向节叉2和6和滚针轴承等组成。

十字轴式刚性万向节 滚针轴承 轴承盖 安全阀 万向节叉 十字轴 万向节叉

第17章 万向传动装置

结构特点： 套筒 滚针 轴承盖 万向节叉 油封 安全阀 油嘴 十字轴 （1）两万向节叉活套在十字轴轴颈上； （2）十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承； （3）十字轴做成中空的，并有油路通向轴颈； （4）十字轴的轴颈上有毛毡油封（或橡胶油封）； （5）十字轴中部装有带弹簧的安全阀。

十 字 轴 润 滑 油 道 及 密 封 装 置 2）润滑及密封

十字轴润滑油道 油封 注油嘴 油封挡盘 采用橡胶油封，当十字轴内腔油压过大时，多余的润滑油会从橡胶油封内圆表面与轴颈接触处溢出。

3）滚针轴承轴向定位方式 主要有盖板固定式、挡圈固定式、瓦盖固定式和塑料环固定式。 第17章 万向传动装置 　　3）滚针轴承轴向定位方式　主要有盖板固定式、挡圈固定式、瓦盖固定式和塑料环固定式。

（1) 主动叉在垂直位置，并且十字轴平面与主动轴垂直的情况。 第17章 万向传动装置 　　　2. 单十字轴式万向节的运动特性 　（1) 主动叉在垂直位置，并且十字轴平面与主动轴垂直的情况。　　

（1）主动叉在垂直位置，并且十字轴平面与主动轴垂直的情况。 　　主动叉与十字轴连接点a 的线速度 υ a在十字轴平面内； 　　从动叉与十字轴连接点b 的线速度υ b在与主动叉平行的平面内，并且垂直于从动轴。 　　　　υ b ＞ υ′b 　　 　υ′b = υ a 因此υ b ＞ υ a 　　由此可知，当主、从动叉转到所述位置时，从动轴的转速大于主动轴的转速。

（2) 主动叉在水平位置，并且十字轴平面与从动轴垂直时的情况 主动叉与十字轴连接点a的线速度υ a在平行于从动叉的平面内，并且垂直于主动轴。 线速度υ a可分解为在十字轴平面内的速度 υ′a和垂直于十字轴平面的速度υ’’ a 。 υ a ＞ υ′a 而υ′a= υ b 因此， υ a ＞ υ b 即当主、从动叉转到所述位置时，从动轴转速小于主动轴转速。 由上述两个特殊情况的分析可以看出，十字轴式万向节在传动过程中，主、从动轴的转速是不相等的。

VA=1·r= 2 ·rcos 1= 2 cos 2> 1 从动轴转速大于主动轴转速。 （1）当主动叉在垂直平面内时： VA=1·r= 2 ·rcos 1= 2 cos 2> 1 从动轴转速大于主动轴转速。 （2）当主动叉在水平平面内时： VB=2·r= 1 ·rcos 2= 1 cos 2< 1 从动轴转速小于主动轴转速。

3、运动不等速分析 当Φ1 ＝90°时，从动轴也同样转到90°。 由图可见，主动轴转角Φ1在0～90°的范围内，Φ2＞Φ1，即在此区间从动轴旋转速度大于主动轴旋转速度，且先加速后减速。 　　当Φ1 ＝90°时，从动轴也同样转到90°。 　　Φ1从90°到180°，Φ2＜Φ1，即在此区间从动轴旋转速度小于主动轴旋转速度，且先减速后加速。 　　当主动轴转到180°时，从动轴也同时转到180°。 　　因此，如果主动轴以等角速转动，而从动轴则是时快时慢，此即单个十字轴万向节在有夹角时传动的不等速性。必须注意的是，所谓“传动的不等速性”，是指从动轴在一周中角速度不均而言。 图17-6c 两轴转角差(Φ1－Φ2)随主动轴转角Φ1的变化关系

结论： (1)当主动轴转速不变时，从动轴的转速时快时慢呈周期 性变化，一周内变化两次。 (2)当两轴夹角增大时，不等速加剧。 (3)当两轴夹角为0时，等速传动。

根据运动学分析得知，要达到两轴间的等角速传动这一目的，必须满足以下两个条件： 第17章 万向传动装置 　4、双万向节传动的等速条件 　　根据运动学分析得知，要达到两轴间的等角速传动这一目的，必须满足以下两个条件： 　　①第一万向节两轴间夹角α1 与第二万向节两轴间夹角α2 相等； 　　②第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉处于同一平面内。

二、准等速万向节 1、双联式万向节 2、三销轴式万向节 3、球面滚轮式万向节 三、等速万向节 1）球叉式万向节 2）球笼式万向节 第17章 万向传动装置 　　二、准等速万向节 　　1、双联式万向节 　　2、三销轴式万向节 　　3、球面滚轮式万向节 　　三、等速万向节 　　1）球叉式万向节 　　2）球笼式万向节 　　四、挠性万向节

二、准等速万向节和等速万向节 （一）准等速万向节 1.双联式万向节 原理：是一套传动轴 长度缩短至最 小的双万向节 等速传动装置。 特点： α1 α2 1.双联式万向节 原理：是一套传动轴 长度缩短至最 小的双万向节 等速传动装置。 特点： 双联叉相当于两个在同一平面上的万向节叉； 装有分度机构。

准等速万向节 原理： 双万向节等速传动 1、双联式万向节 双联叉 万向节叉轴 两个在同一平面内的万向节叉 当a1 = a2 时，轴1和轴2的角速度相等 双联叉 传动轴长度缩减至最短 万向节叉轴

主、从动偏心轴叉分别与转向驱动桥的内、外半轴制成一体； 三销轴 主动偏心轴叉 从动偏心轴叉 2.三销式万向节 是双联万向节演变而来的。 结构特点： 主、从动偏心轴叉分别与转向驱动桥的内、外半轴制成一体； 叉孔中心与叉轴中心线互相垂直但不相交； 两叉由两个三销轴连接； 三销轴大端中心线与小端轴颈中心线重合； 靠近大端两侧有两轴颈，其中心线与小端轴颈中心线垂直关相交。

特点 ：允许相邻两轴有较大的交角，提高机动性；但所占空间较大。 2.三销轴式万向节 叉孔中心线与叉轴中心线垂直但不相交 主动偏心轴叉 特点 ：允许相邻两轴有较大的交角，提高机动性；但所占空间较大。 从动偏心轴叉 三销轴 止推垫片 轴承座

三销轴 主动偏心轴叉 从动偏心轴叉

两齿轮的接触点P位于两齿轮轴线交角的平分面上，P点两齿轮的圆周速度始终相等。 三、等速万向节 1.原理 使传力点始终位于两轴夹角的平分面上。 /2 O P 两齿轮的接触点P位于两齿轮轴线交角的平分面上，P点两齿轮的圆周速度始终相等。 2.形式： 球叉式、球笼式。

原理： 传力点永远位于两轴交点O的平分面上 等速万向节 原理： 传力点永远位于两轴交点O的平分面上

球 叉 式 万 向 节 结构特点： 主、从动叉分别与内外半轴制成一体； 主、从动叉上各有四个曲面凹槽； 四个传力钢球，一个定心钢球。 锁止销 中心钢球 主动叉 从动叉 定位销 传动钢球 结构特点： 主、从动叉分别与内外半轴制成一体； 主、从动叉上各有四个曲面凹槽； 四个传力钢球，一个定心钢球。

球叉式万向节等速传动原理

保持架 钢球 星形套 主动轴 球形壳 球笼式万向节的等速性

球笼式等速万向节 主动轴 外罩 球笼（保持架） 星形套（内滚道） 钢球 球形壳（外滚道）

球笼式万向节的等速性 星形套内滚道 球滚动时，同时以A、B为球心滚动，所以CA=CB 球笼（保持架） 球形壳（外滚道） 主、从动轴夹角平分面 外滚道中心A与内滚道中心B分别位于万向节中心O的两侧，且到O点的距离相等。 球笼（保持架） 球形壳（外滚道） 主、从动轴夹角平分面

承载能力强，结构紧凑，拆装方便，两轴最大交角为42° 球笼式万向节特点： 承载能力强，结构紧凑，拆装方便，两轴最大交角为42°

四、挠性万向节 　　挠性万向节依靠其中弹性元件的弹性变形来保证在相交两轴间传动时不发生机械干涉。弹性元件可以是橡胶盘、橡胶金属套筒、六角形橡胶圈或其他结构形式。由于弹性元件的弹性变形量有限，故挠性万向节一般用于两轴间夹角不大(3°～5°)，只有微量轴向位移的传动场合，即常用来连接固定安装在车架上的两个部件(如发动机与变速器或变速器与分动器)之间，以消除制造安装误差和车架变形对传动的影响。此外，它还具有能吸收传动系中的冲击载荷和衰减扭转振动，结构简单，无需润滑等优点。

柔性万向节 弹性连接件 上海SH380A自卸车的柔性万向节 弹性连接件

第17章 万向传动装置 17.3 传动轴和中间支承 　　 常见的轻、中型货车中，连接变速器与驱动桥的传动轴部件由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。

2）一般用厚度为1.5～3.0mm 的薄钢板卷焊而成。在转向驱动桥、断开式驱动桥或微型汽车的万向传动装置中，通常将传动轴制成实心轴。 第17章 万向传动装置 结构特点： 　　1）汽车行驶过程中，变速器与驱动桥的相对位置经常变化，为避免运动干涉，传动轴中设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键连接，以实现传动轴长度的变化。为减少磨损，还装有用以加注滑脂的油嘴、油封、堵盖和防尘套。 　　2）一般用厚度为1.5～3.0mm 的薄钢板卷焊而成。在转向驱动桥、断开式驱动桥或微型汽车的万向传动装置中，通常将传动轴制成实心轴。　　

第17章 万向传动装置

3）传动轴在高速旋转时，由于离心力作用将产生剧烈振动。因此，当传动轴与万向节装配后，必须满足动平衡要求。用的平衡片。 第17章 万向传动装置 结构特点： 　　3）传动轴在高速旋转时，由于离心力作用将产生剧烈振动。因此，当传动轴与万向节装配后，必须满足动平衡要求。用的平衡片。 　　4）平衡后，在万向节滑动叉与主传动轴上刻上装配位置标记，以便拆卸后重装时保持二者的相对角位置不变。

第17章 万向传动装置

5）传动轴过长时，自振频率降低，易产生共振，故常将其分为两段并加中间支承。前段称中间传动轴，后段称主传动轴。 第17章 万向传动装置 结构特点： 　　5）传动轴过长时，自振频率降低，易产生共振，故常将其分为两段并加中间支承。前段称中间传动轴，后段称主传动轴。 　　　东风EQl090E 型汽车的中间传动轴采用蜂窝软垫式中间支承与车架相连接。轴承可在轴承座内滑动。由于蜂窝形橡胶垫的弹性作用，能适应安装误差和行驶中出现的位移。此外，还可吸收振动并减少噪声传导。蜂窝软垫式结构简单，效果良好，应用较广泛。 　　解放CAl091 型汽车双列圆锥滚子轴承式中间支承，其特点是圆锥滚子轴承可承受较大的轴向力，且便于调整(磨削双列轴承内座圈之间的调整垫，以减小间隙)，使用寿命较长。

轴承座 轴承 油封 注油嘴 U型支架 蜂窝形橡胶垫 EQ1090E型汽车传动轴中间支承

第17章 万向传动装置

斯太尔汽车的传动轴与中间支承 万向节叉 十字轴 中间传动轴 中间支承 伸缩轴