等速萬向節

等速萬向節

使主動軸與從動軸轉速相等的裝置
等速萬向節是将軸間有夾角或相互位置有變化的兩軸連接起來,并使兩軸以相同的角速度傳遞動力的裝置,可以克服普通十字軸式萬向節存在的不等速性問題。目前廣泛采用的等速萬向節主要有球叉式萬向節和球籠式萬向節。
  • 中文名:等速萬向節
  • 外文名:Constant Velocity Joint
  • 分類:球叉式萬向節和球籠式萬向節
  • 概述:把兩個軸線不重合的軸連接起來
  • 作用:将發動機動力從變速器傳到驅動輪

簡介

等速萬向節的作用是将軸間有夾角或相互位置有變化的兩轉軸連接起來,并使兩軸以相同的角速度傳遞動力,可以克服普通十字軸式萬向節存在的不等速性問題,特别适合于轉向驅動橋的使用

轉向驅動橋中,前輪既是驅動輪,又是轉向輪,轉向時偏轉角度很大,最大可達40°以上,這時就不能采用傳統的、偏轉角度很小的普通萬向節了。普通萬向節在偏轉角較大時,轉速和扭矩會有很大的波動,汽車發動機的動力很難平穩可靠地傳輸給車輪,同時也會造成汽車的振動、沖擊和噪聲。因此,必須采用偏轉角度大、動力傳輸平穩、角速度均勻的等速萬向節才能滿足要求。

分類與結構

目前廣泛采用的等速萬向節主要有球叉式萬向節和球籠式萬向節,其中球叉式萬向節按照球滾道形狀的不同,球叉式萬向節可分為圓弧滾道型和直槽滾道型兩種;按照萬向節軸向能否運動,球籠式萬向節分為固定型球籠式萬向節(RF節)和伸縮型球籠式萬向節(VL節)。

圓弧滾道型球叉式萬向節

主動叉與從動叉分别與内、外半軸制成一體。在主、從動叉上,各有4個曲面凹槽,裝合後形成兩個相交的環形槽作為鋼球滾道。4個傳動鋼球放在槽中,中心鋼球放在兩叉中心的凹槽内,以定中心。

為順利地将鋼球裝入槽内,在中心鋼球上銑出一個凹面,凹面中央有一深孔。裝合時,先将定位銷裝入從動叉内,放人中心鋼球,然後在兩球叉槽中陸續裝入3個傳動鋼球,再将中心鋼球的凹面對向未放鋼球的凹槽,以便裝入第4個傳動鋼球,而後再将中心鋼球的孔對準從動叉孔,提起從動叉軸使定位銷插入球孔中,最後将鎖止銷插入從動叉上與定位銷垂直的孔中,以限制定位銷軸向移動,保證中心鋼球的正确位置。

球叉式萬向節結構簡單,允許最大夾角為32°~33°,一般應用于轉向驅動橋中;球叉式萬向節工作時,隻有兩個鋼球傳力,反轉時,則由另兩個鋼球傳力。因此,鋼球與曲面凹槽之間的單位壓力較大,磨損較快,影響使用壽命。近年來,有些球叉式萬向節中省去了定位銷和鎖止銷,中心鋼球上也沒有凹面,靠壓力裝配。這樣,結構更為簡單,但是拆卸不便。圓弧滾道型球叉式萬向節

直槽滾道型球叉式萬向節

兩個球叉上的直槽與軸的中心線傾斜相同的角度,彼此對稱。在兩球叉間的槽中裝有四個鋼球。由于兩球叉中的槽所處的位置是對稱的,這便保證了四個鋼球的中心處于兩軸夾角的平分面上。這種萬向節加工比較容易,允許的軸間夾角不超過20°,在兩叉間允許有一定量的軸間滑動。直槽滾道型球叉式萬向節主要應用于斷開式驅動橋中,當半軸擺動時,用它可以補償半軸的長度變化而省去滑動花鍵。

固定型球籠式萬向節(RF節)

星形套7以内花鍵與主動軸1相連,其外表面有6條凹槽,形成内滾道。球形殼8的内表面有相應的6條凹槽,形成外滾道,6個傳力鋼球分别裝在各條凹槽中,并由保持架4使之保持在一個平面内,動力有主動軸經傳力鋼球、球形殼輸出。

球籠式萬向節在兩軸最大夾角達到47°的情況下,仍可傳遞轉矩,且工作時,無論運動方向如何,6個鋼球全部傳力,與球叉式萬向節相比,其承載能力強,結構緊湊,拆裝方便,因此應用越來越廣泛。

伸縮型球籠式萬向節(VL節)

該結構形式的内、外滾道是圓筒形的,在傳遞轉矩過程中,星形套2與筒形殼4可以沿軸向相對移動,故可省去其他萬向傳動裝置中必須有的滑動花鍵。這不僅使結構簡化,而且由于星形套2與筒形殼4之間的軸向相對移動是通過鋼球5沿内、外滾道滾動來實現的,與滑動花鍵相比,其滑動阻力小,最适用于斷開式驅動橋。這種萬向節保持架的内球面中心B與外球面中心A位于萬向節中心。的兩邊,且與O等距離。鋼球中心C到A、B距離相等,以保證萬向節作等角速傳動。

原理

等速萬向節的基本原理

機械傳動中,解決有軸間夾角的等速動力傳遞,典型的例子是錐齒輪傳動。一對大小相同的錐齒輪傳動,兩齒輪軸線夾角為a,兩齒輪的齧合點P位于交角的平分面上,由P點分别到兩軸的垂直距離都等于r。在P點處兩齒輪的圓周速度是相等的,因而兩個齒輪旋轉的角速度也相等。從這個原理出發,若萬向節的傳力點在其夾角變化時始終位于角平分面内,則可使兩萬向節叉保持等角速傳動的關系。

等速萬向節的基本原理就是從結構上保證萬向節在工作過程中,其傳力點始終位于主從動軸夾角的平分面上。

球叉式萬向節等角速傳動原理

主動叉和從動叉凹槽的中心線是以O1、O2為圓心的兩個半徑相等的圓,而圓心O1、O2與萬向節中心O的距離相等。因此,在主動軸和從動軸以任何角度相交的情況下,傳動鋼球中心都位于兩圓的交點上,亦即所有傳動鋼球都位于角平分面上,因而保證了等角速傳動。

球籠式萬向節等角速傳動原理

外滾道的中心A與内滾道的中心B分别位于萬向節中心O的兩邊,且與O等距離,有OA=OB。鋼球中心C到A、B兩點的距離也相等,有CA=CB,即傳力鋼球到主動軸和從動軸的距離a和b相等。在三角形△COA與△COB中,CO是共邊,有三角形△COA與△COB全等。由于保持架的内外球面、星形套的外球面和球形殼的内球面,均以萬向節中心O為球心,當兩軸夾角變化時,保持架可沿内、外球面滑動,以保持鋼球在一定位置。當兩軸相交任意角時,總有∠COA=∠COB成立,因此,傳力鋼球的中心C總是位于兩軸夾角的平分面上,保證了從動軸與主動軸等角速轉動。球籠式萬向節等角速傳動原理

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