有关万向节的构造及功能的一些研究.doc

机械原理与机械设计论文

论文题目：有关万向节的构造及功能的一些研究

学号： 912101500310

班级： 9121015003

姓名： 石博博

指导老师： 宋梅利

时间： 2014.3.15

有关万向节的构造及功能的一些研究
我们先来看一篇报道：
标题: 传动轴万向节缺陷 宝马召回部分640i汽车
　　【车讯网报道】日前，宝马（中国）汽车贸易有限公司根据《缺陷汽车产品召回管理条例》的要求，向国家质检总局备案了召回计划，决定自2013年11月15日起开始，召回部分2011款进口宝马640i汽车。

宝马6系指导价 113.9-201.8万
　　涉及车型：生产日期为2010年11月15日至2010年12月29日，在中国大陆地区涉及80辆。
　　召回原因：本次召回范围内的部分车辆传动轴万向节可能存在制造缺陷，在特定情况下可能会发生断裂，造成后桥驱动力的突然中断，存在安全隐患。
解决办法：宝马（中国）汽车贸易有限公司将对存在缺陷的车辆检查传动轴万向节，如其生产日期是2010年10月22日则进行更换，以消除安全隐患。

下来是对万向节的介绍：

(图片来自百度)
万向节，即万向接头，英文universal joint，是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的 “关节”部件。 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。【4】
万向节的分类有很多种，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（常用的为十字轴式）、准等速万向节（如双联式万向节）和等速万向节（如球笼式万向节）三种。【2】
万向节的工作原理分为角速运动和相互配合。
角速运动
输入轴的等角速传动满足条件：
1）传动轴两端万向节叉处于同一平面内；
2）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。
因为在行驶时，驱动桥要相对于变速器跳动，不可能在任何时候都有α1=α2，实际上只能做到变速器到驱动桥的近似等速传动。
在以上传动装置中，轴间交角α越大，传动轴的转动越不均匀，产生的附加交变载荷也越大，对机件使用寿命越不利，还会降低传动效率，所以在总体布置上应尽量减小这些轴间交角。【7】
相互配合
在万向节配合中，一个零部件（输出轴）绕自身轴的旋转是由另一个零部件（输入轴）绕其轴的旋转驱动的。万向节与传动轴组合，称为万向节传动装置。
万向节的结构和作用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。为满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化，前驱动汽车的驱动桥，半轴与轮轴之间常用万向节相连。但由于受轴向尺寸的限制，要求偏角又比较大，单个的万向节不能使输出轴与轴入轴的瞬时角速度相等，容易造成振动，加剧部件的损坏，并产生很大的噪音，所以广泛采用各式各样的等速万向节。在前驱动汽车上，每个半轴用两个等速万向节，靠近变速驱动桥的万向节是半轴内侧万向节，靠近车轴的是半轴外侧万向节。在后驱动汽车上，发动机、离合器与变速器作为一个整体安装在车架上，而驱动桥通过弹性悬挂与车架连接，两者之间有一个距离，需要进行连接。汽车运行中路面不平产生跳动，负荷变化或者两个总成安装的位差等，都会使得变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的夹角和距离发生变化，因此在后驱动汽车的万向节传动形式都采用双万向节，就是传动轴两端各有一个万向节，其作用是使传动轴两端的夹角相等，从而保证输出轴与输入轴的瞬时角速度始终相等。【8】
下面重点介绍等速万向接头和不等速万向接头的结构及原理。
1. 等速万向接头：
(图片来自百度)
等速万向节是把两个轴线不重合的轴连接起来，并使两轴以相同的角速度传递运动的机构。
等速万向节是轿车传动系统中的重要部件，其作用是将发动机的动力从变速器传递到汽车的驱动轮，满足轿车传动轴外端转角的要求；将发动机的动力平稳、可靠的传递给车轮；补偿轿车内端悬架的跳动。驱动轿车高速行驶。
用于轿车的等速万向节类型很多，其中应用最多的是球笼式等速万向节和三角架式等速万向节，它主要有滑套、三向轴、传动轴、星形套、保持架、钟形壳主要零件组成。由于等速万向节传递繁重的驱动力矩，随受负荷重，传动精度高，需求量很大，又是安全件，因此其主要零件均采用精锻件加工而成。【3】
等速万向节，英文名称：CV Joint (Constant Velocity Joint) 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。在前轮驱动的汽车上，其前桥都装有等速万向节传动轴（驱动兼转向）。【2】
前轮驱动汽车的动力，要从由发动机、变速器和主减速器组成的动力总成直接传送到前轮。而前轮既是驱动轮，又是转向轮，转向时偏转的角度很大，最大可达40°以上。这时，就不能采用传统的、偏转角很小的普通万向传动轴了。因为，普通万向节在偏转角大时，会产生转速和扭矩的较大波动。所以，必须应用偏转角大、角速度均匀的等速万向节传动轴才行。【3】
等速万向节的原理和圆锥齿轮啮合的道理相似，由于传力点的位置总是处于两轴夹角的平分面上，因而保证了等速运动。等速万向节的缺点是结构比较复杂，制造工艺精密，成本较高，因此还不能完全代替普通万向节。
等速万向节的出现，大大推动了前轮驱动汽车和全轮驱动汽车的发展。
前轮驱动用的等速万向节，又分车轮端固定型和差速器端滑动型两种，后者在轴向可以滑动伸缩，以补偿轴向长度的变化。【5】
2. 不等速万向节
(图片来自百度)
十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为15゜～20゜。下图所示的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1和3上的孔分别套在十字轴2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5，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。为了润滑轴承，十字轴上一般安有注油嘴并有油路通向轴颈。润滑油可从注油嘴注到十字轴轴颈的滚针轴承处。【6】
　　十字轴式刚性万向节具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角α不为零的情况下，不能传递等角速转动。【1】
①不等速万向节的运动特性，即在一周转动中(360勺，虽然主动轴以等角速转动，而从动轴则时快时慢，因此，这种万向节叫不等角速万向节，简称不等速万向节。由于从动轴角速度的不均匀，会使后一级传动产生很大振动，造成机件猛烈冲击，加剧机件磨损和损坏。为此，必须采用两个不等速万向节进行相互修正，以实现等速传递。即第一个十字轴万向节产生最大角速运动时，第二个十字轴万向节正好产生最小角速运动。但是要达到修正的目的，在安装中间传动轴时，轴两端的两个万向节又必须位于同一平面内。【4】
②等速万向节适用于转向驱动桥，既要传递动力，又要完成转向，因而两半轴在转向节处必须断开，并用万向节连接在一起。由于结构受限制，不能使用两个普通万向节进行等速传动。等速万向节的基本原理是，从结构上保证万向节在工作过程中，其传力点永远位于两轴交角的平分面上。【4】
参考文献及资料：
1.《汽车底盘构造与维修》白红村 北京大学出版社
2.《滚动轴承、汽车用等速万向节及其总成》机械工业出版社
3.《滚动轴承万向节滚针轴承》2006-10-1 出版
4.《万向节和传动轴》北京理工大学出版社
5.《汽车底盘构造与维修》邹小明 科学出版社
6.《汽车底盘构造与维修》金加龙主编 电子工业出版社
7.《汽车底盘》董宝承 机械工业出版社
8.《汽车底盘》徐安/陈德阳 机械工业出版社