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4.1 萬向傳動裝置構造

萬向傳動裝置主要由萬向節和傳動軸等組成,如圖4.2所示。由于發動機與驅動裝置之間的位置關系,有時需要將傳動軸分成兩段,在中部還加裝中間支承。

圖4.2 萬向傳動裝置的組成

1—至變速器輸出軸;2—滑動叉;3—前萬向節;4—傳動軸焊接組件;5—后萬向節;6—連接凸緣叉

4.1.1 萬向節

萬向節按其扭轉方向上是否有明顯的彈性分為剛性萬向節和撓性萬向節。前者是靠零件的鉸鏈式連接來傳遞動力的,而后者是靠彈性零件來傳遞動力,且有緩沖減振作用。

汽車上采用剛性萬向節較多,剛性萬向節按其速度特性又分為不等速萬向節、準等速萬向節和等速萬向節。汽車上采用不等速萬向節有十字軸式,準等速萬向節有三銷軸式、雙聯式等,等速萬向節有球叉式、球籠式等。不等速萬向節主要用在發動機前置、后輪驅動的變速器和驅動橋之間。前輪驅動汽車普遍使用等速萬向節。發動機后置、后輪驅動的汽車也使用等速萬向節。若驅動橋為獨立懸架,半軸外側也用等速萬向節。

1.十字軸式剛性萬向節

1)結構組成

圖4.3所示為解放CA1092型汽車十字軸式剛性萬向節,主要由萬向節叉2和6、十字軸4及軸承等組成。兩個萬向節叉軸分別與主、從動軸相連,其叉形上的孔分別活套在十字軸的兩對軸頸上。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。在十字軸軸頸和萬向節叉孔間裝有由滾針8和套筒9組成的滾針軸承,然后用螺釘和軸承蓋1將套筒固定在萬向節叉上,并用鎖片將螺釘鎖緊。

圖4.3 解放CA1092型汽車十字軸式剛性萬向節

1—軸承蓋;2、6—萬向節叉;3—潤滑脂嘴;4—十字軸;5—安全閥;7—油封;8—滾針;9—套筒

為了潤滑軸承,十字軸內鉆有互相貫通的油道,油道與潤滑脂嘴3及安全閥5相通。十字軸端面上制有凹槽,使從油嘴注入的潤滑脂能通過該槽到達滾針軸承的工作表面上。為避免潤滑脂流出及塵垢進入軸承,十字軸軸頸的內端套裝有帶金屬殼的毛氈油封7。當十字軸內腔潤滑脂壓力超過允許值時,安全閥5打開,潤滑脂外溢,使油封不會因油壓過高而損壞。現代汽車多采用橡膠油封,其密封性能好,多余的潤滑脂從油封與軸頸配合面溢出,故無須安裝安全閥。

為了防止滾針軸承在離心力作用下從萬向節叉內脫出,軸承應進行軸向定位。常見的定位方式除上述蓋板式外,還有采用內、外擋圈固定式兩種,內擋圈固定式如圖4.4所示,外擋圈固定式如圖4.5所示,其特點是結構簡單、工作可靠。

圖4.4 滾針軸承內擋圈定位

1—萬向節叉;2—內擋圈;3—滾針軸承;4—十字軸;5—橡膠油封

圖4.5 滾針軸承外擋圈定位

1—油封擋盤;2—油封座;3—外擋圈;4—滾針;5—萬向節叉;6—橡膠油封;7—十字軸

2)速度特性

當十字軸式剛性萬向節的主動叉是等角速轉動,而從動叉是不等角速轉動時,其變化情況可用圖4.6所示來分析。設主動叉軸1以等角速ω1旋轉,兩叉軸夾角為α

圖4.6 十字軸式剛性萬向節傳動的速度特性分析

(a)主動叉軸垂直位置速度分析;(b)主動叉軸轉過90°位置速度分析1—主動叉軸;2—從動叉軸;3—十字軸;r—十字軸旋轉半徑(r=OA=OB);α—兩叉軸夾角

當主動叉軸1轉至圖4.6(a)所示位置,即主動叉處于垂直位置,并且十字軸平面與主動叉軸1相垂直時,十字軸3上A點的瞬時線速度可以從主動叉軸1和從動叉軸2兩個方面求出:

υA=ω1r=ω2rcosα

ω2=ω1/cosα

此時ω2ω1

當主動叉軸1轉過90°至圖4.6(b)所示位置,即主動叉處于水平位置,十字軸平面與從動叉軸2相垂直時,十字軸上B點的瞬時線速度也可以從主動叉軸1和從動叉軸2兩個方面求出:

υB=ω1rcosα=ω2r ω2=ω1cosα

此時ω2ω1

由上述兩個特殊情況的分析可以看出,對于十字軸式剛性萬向節來說,當主動叉軸1以等角速轉動時,從動叉軸2是不等角速的:從圖4.6(a)轉到圖4.6(b)位置,從動叉軸2的角速度由最大值ω1/cosα變至最小值ω1cosα;主動叉軸1再轉90°,從動叉軸2的角速度又由最小值變至最大值。可見從動叉軸角速度變化的周期為180°,即在一圈內有兩快兩慢。顯然,從動軸2不等速程度是隨軸間夾角α的加大而加大的,而主、從動叉軸的平均轉速是相等的,即主動軸轉一圈,從動軸也轉一圈。

單個十字軸式剛性萬向節傳動的不等速性,將使從動軸及與其相連的傳動部件產生扭轉振動,從而產生附加的交變載荷,影響部件使用壽命。所謂“傳動的不等速性”是就從動軸在轉動一周內其角速度不均勻而言。

從以上分析可以想到,若采用兩個十字軸式剛性萬向節,且在中間以傳動軸相連接,利用第二個萬向節的不等速效應抵消第一個萬向節的不等速效應,從而實現兩軸間的等速傳動。從運動學的原理分析可知,要達到這一目的,同時還必須滿足以下兩個條件:

(1)第一個萬向節的從動叉和第二個萬向節的主動叉與傳動軸相連,且傳動軸兩端的萬向節叉處于同一平面內;

(2)第一個萬向節兩軸之間的夾角α1與第二個萬向節兩軸之間的夾角α2相等。

第一個條件可以通過正確裝配傳動軸和萬向節給以保證,而后一個條件α1=α2,只有在驅動橋采用獨立懸架時才有可能通過整車的總體布置來實現,因為變速器與主減速器的相對位置是固定的。若驅動橋采用非獨立懸架,由于彈性懸架的振動,主減速器輸入軸與變速器輸出軸的相對位置不斷變化,不可能在任何情況下都保證α1=α2。此時萬向傳動裝置只能做到使傳動的不等速性盡可能小。

雙萬向節等速傳動有兩種排列方式:①平行排列,如圖4.7(a)所示;②等腰三角形排列,如圖4.7(b)所示。必須說明,所謂等速傳動是就傳動軸兩端的輸入軸1和輸出軸3而言。對于傳動軸2來說,只要夾角不為0,它就不等角速轉動,與萬向節、傳動軸的排列方式無關。

圖4.7 雙萬向節等速傳動排列方式

(a)平行排列;(b)等腰三角形排列1—輸入軸;2—傳動軸;3—輸出軸

當傳動距離較遠,采用兩個以上十字軸式剛性萬向節時,實現等速傳動的布置原則將在后面傳動軸中敘述。

十字軸式剛性萬向節結構簡單、工作可靠,允許在軸間夾角為15°~20°的兩軸之間傳遞動力,且采用兩個或兩個以上萬向節可近似地滿足等速傳動。因此在汽車傳動系中應用最為廣泛,其缺點是十字軸軸頸和滾針軸承潤滑不良,易于磨損松曠,使傳動發響、抖動。

2.準等速萬向節

在轉向驅動橋和斷開式驅動橋中,由于分段半軸在布置上受軸向尺寸限制,而且轉向輪要求偏轉角度較大,一般在30°~40°,并要等速或接近等速傳動,剛性十字軸雙萬向節傳動已難以適應,故在轉向驅動橋及斷開式驅動橋中廣泛采用各種型式的準等速萬向節和等速萬向節。

準等速萬向節實際上是根據上述雙萬向節實現等速傳動的原理設計而成的,只能近似地實現等速傳動,所以稱為準等速萬向節。常見的有三銷軸式、雙聯式和凸塊式等。

1)雙聯式萬向節

雙聯式萬向節實際上是一套傳動軸長度減縮至最小的雙萬向節等速傳動裝置,如圖4.8所示。雙聯叉3相當于處于同一平面上的兩個萬向節叉及傳動軸。欲使軸1和軸2的角速度相等,應保證兩軸間的夾角相等,即α1=α2。因此,有的雙聯式萬向節的結構中裝有分度機構,以使雙聯叉3的軸線平分所連兩軸的夾角。

圖4.8 雙聯式萬向節

1、2—軸;3—雙聯叉

如圖4.9所示是帶分度機構的雙聯式萬向節結構圖,萬向節叉6的內端有球頭,裝在球座9內。球座9通過支承套2與萬向節叉1相連。球頭與球座中心位于兩十字軸中心連線的中點。當萬向節叉6相對萬向節叉1繞球心轉過一個角度時,雙聯叉5的偏轉角基本上等分兩萬向節叉1和6的夾角,因而雙聯式萬向節具有準等速性。

圖4.9 有分度機構的雙聯式萬向節結構圖

1、6—萬向節叉;2—支承套;3—襯套;4—防護圈;5—雙聯叉;7—油封;8、10—墊圈;9—球座;11—彈簧

雙聯式萬向節可使兩軸之間有較大的夾角,并具有結構簡單、制造方便、工作可靠等優點,因此在轉向驅動橋中應用較廣泛,延安SX2150、斯太爾等汽車均采用了這種結構。

2)三銷軸式萬向節

三銷軸式萬向節是由雙聯式萬向節演變而來的準等速萬向節。東風EQ2080型越野汽車和紅巖CQ2160重型越野汽車轉向驅動橋均采用三銷軸式準等速萬向節。

如圖4.10所示是東風EQ2080型汽車轉向驅動橋中的三銷軸式萬向節,其結構如圖4.10(a)所示,由主動偏心軸叉2、從動偏心軸叉4、兩個三銷軸1和3及6個滑動軸承和密封件等組成。主、從動偏心軸叉分別與轉向驅動橋的內、外半軸制成一體。叉孔中心線與叉軸中心線互相垂直但不相交,兩軸叉由兩個三銷軸連接。三銷軸的大端有一穿通的軸承孔,其中心線與小端軸頸中心線重合。靠近大端兩側有兩軸頸,其中心線與小端軸頸中心線垂直并且相交。裝合時每一偏心軸叉的兩叉孔與一個三銷軸的大端兩個軸頸配合,而后兩個三銷軸小端的軸頸互相插入對方的大端軸承孔內,這樣便形成了Q1-R-R′Q2-三根軸線,如圖4.10(b)所示。傳遞轉矩時,由主動偏心軸叉2,經軸線Q1-Q′1、R-R′、Q2-傳到從動偏心軸叉4。為了減輕摩擦和磨損,軸頸與孔的配合面裝有軸承,并用卡環軸向限位。

圖4.10 三銷軸式準等速萬向節

(a)結構分解圖;(b)組裝簡圖1、3—三銷軸;2—主動偏心軸叉;4—從動偏心軸叉;5—推力墊片

在與主動偏心軸叉2相連的三銷軸3的兩個軸頸端面和軸承座之間裝有推力墊片5,其余軸頸端面均無推力墊片,且軸頸端面與軸承座之間留有較大的空隙,以保證在轉向時三銷軸式萬向節不致發生運動干涉現象。

三銷軸式萬向節的優點是允許相鄰兩軸間有較大交角,最大可達45°。在轉向驅動橋中采用這種萬向節可使汽車獲得較小的轉彎半徑,提高了汽車的機動性。其缺點是結構尺寸大。目前,三銷軸式萬向節在中、重型載貨汽車上都有應用。

3.等速萬向節

等速萬向節保證萬向節在工作過程中,其傳力點永遠位于兩軸交點的平分面上,如圖4.11所示的是等速萬向節的工作原理圖。兩個大小相同的錐齒輪的接觸點P位于兩齒輪軸線交角α的平分面上,由P點到兩軸的垂直距離都等于r, P點處兩齒輪的圓周速度是相等的,因此兩個齒輪旋轉的角速度也相等。若萬向節的傳力點在其交角變化時始終位于角平分面內,則可使兩萬向節叉保持等角速的關系。目前采用較廣泛的球叉式萬向節和球籠式萬向節均根據這一原理設計。

圖4.11 等角速萬向節的工作原理

1)球叉式萬向節

球叉式萬向節的結構如圖4.12所示,由主動叉6、從動叉1、4個傳動鋼球5和定心鋼球4組成。其主動叉6與從動叉1分別與內、外半軸制成一體。在主、從動叉上各有4個曲面凹槽,裝合后,形成兩條相交的環形槽,作為傳動鋼球5的滾道,4個傳動鋼球5裝于槽中,定心鋼球4放在兩叉中心的凹槽內,以定中心。

圖4.12 球叉式等角速萬向節結構

1—從動叉;2—鎖止銷;3—定位銷;4—定心鋼球;5—傳動鋼球;6—主動叉

球叉式萬向節等角速傳動原理如圖4.13所示。主、從動叉曲面凹槽的中心線分別是以O1O2為圓心的兩個半徑相等的圓,且圓心O1O2到萬向節中心O的距離相等,即O1O =OO2。這樣,無論主、從動軸以任何角度相交,4個鋼球中心都位于兩圓的交點上,亦即所有傳動鋼球始終位于兩軸交角α的角平分面上,因而保證了等角速傳動。

圖4.13 球叉式萬向節等角速傳動原理

球叉式萬向節結構簡單,允許最大交角為32°~38°。但由于前行時只有兩個鋼球傳力,倒車時則由另外兩個鋼球傳力,故鋼球與曲面滾道之間接觸壓力較大,磨損較快。隨著凹槽的磨損,萬向節工作的準確性就會下降,并且這種萬向節的制造工藝較復雜,因此它用于中、小型越野汽車的轉向驅動橋上,如北京BJ2020。

2)球籠式萬向節

球籠式萬向節按其內、外滾道結構的不同又可分為球籠式碗形萬向節、球籠式雙補償萬向節和球籠伸縮萬向節等。

(1)球籠式碗形萬向節球籠式碗形萬向節又稱固定型球籠式等速萬向節,簡稱RF節,如圖4.14所示。主要由星形套7、球籠4、球形殼8及鋼球6等組成。星形套7通過內花鍵與中段半軸9相連接,用卡環9、隔套7和碟形彈簧8軸向限位。星形套7的外表面有6條曲面凹槽,形成內滾道。球形殼8與帶花鍵的外半軸制成一體,內表面制有相應的6條曲面凹槽,形成外滾道。球籠4上有6個窗孔。裝合后6個鋼球分別裝于6條凹槽中,并用球籠使之保持在一個平面內。工作時,轉矩由主動軸1傳至星形套7,經6個均布的鋼球6傳給球形殼8,并通過球形殼上的花鍵軸傳至轉向驅動輪,使汽車行駛。

圖4.14 球籠式碗形萬向節

1—主動軸;2、5—鋼帶箍;3—外罩;4—球籠;6—鋼球;7—星形套;8—球形殼;9—卡環

球籠式碗形萬向節等速傳動的結構原理如圖4.15所示。其內星輪6的外球面、球籠3的內球面和外球面以及外星輪1的內球面均以萬向節中心O點為球心。球籠使6個鋼球球心所在的平面通過中心O點。外滾道中心A與內滾道中心B不重合,分別位于中心O的兩側且OA=OB。當兩軸交角α變化時,球面之間繞O點相互滑轉,鋼球則在內、外滾道上滾動且始終與內、外滾道相切,即鋼球中心CA、B兩點的距離均相等。由于OA=OB, CA=CB, CO是共邊,則兩個三角形△COA與△COB全等,故∠COA=∠COB,即兩軸相交任意交角α時,傳力的鋼球都位于兩軸夾角的平分面上。此時鋼球到主動軸和從動軸的距離ab相等,從而保證了從動軸與主動軸以相等的角速度旋轉。

圖4.15 球籠式碗形萬向節等速傳動的結構原理(標注同圖4.14)

A—外滾道中心;B—內滾道中心;C—鋼球中心;α—兩軸交角;O—萬向節中心

球籠式等速萬向節可在兩軸最大交角為42°情況下傳遞轉矩,無論傳動方向如何,6個鋼球全部傳力。與球叉式萬向節相比,在相同的外廓尺寸下,其承載能力強、使用壽命長、結構緊湊、拆裝方便,因此應用越來越廣泛。目前國內外多數轎車的前轉向驅動橋均采用這種萬向節,如紅旗CA7220、一汽奧迪100、捷達、高爾夫和上海桑塔納等轎車。

(2)球籠式雙補償萬向節。球籠式雙補償萬向節又稱為球籠滑動式萬向節,如圖4.16所示。其外球座4為圓筒形,內、外滾道是與軸線平行的直線凹槽,即圓筒形,在傳遞轉矩時,內球座2與外球座4可以相對軸向移動。球籠3的內外球面在軸線方向是偏心的,內球面中心B與外球面中心A分別位于萬向節中心O的兩邊,且OA=OB。同樣,鋼球中心CA、B的距離相等,以保證萬向節作等速傳動。

圖4.16 球籠式雙補償萬向節

1—主動軸;2—內球座;3—球籠;4—外球座;5—鋼球

球籠式雙補償萬向節能軸向相對移動,因此可省去萬向傳動裝置中的滑動花鍵等伸縮機構,使結構簡化,且軸向位移是通過鋼球沿內、外滾道的滾動來實現的,滾動阻力小、磨損輕、壽命長,故最適用于斷開式驅動橋。

(3)球籠伸縮式萬向節。球籠伸縮式萬向節,簡稱VL型萬向節,上海桑塔納轎車轉向驅動橋內側靠近主減速器處所用萬向節就是VL型萬向節,如圖4.17所示。其內、外滾道為圓筒形,只是圓筒中心線不與軸線平行,而是以相同的角度相對于軸線傾斜著,而且同一零件上相鄰兩條滾道的傾斜方向相反,即呈“V”形。裝合后,同一圓周方向位置處,內、外滾道的傾斜方向剛好相反,即對稱交叉,而鋼球則處于內、外滾道的交叉部位。當內半軸7與中半軸1以任意夾角相交時,由于內、外滾道及球籠6的控制作用,使所有傳動鋼球都位于軸間交角的平分面上,從而實現等角速傳動。

圖4.17 上海桑塔納轎車轉向驅動橋中VL型萬向節

1—中半軸;2—擋圈;3—外罩;4—外滾道;5—鋼球;6—球籠;7—內半軸;8—卡環;9—密封墊;10—內滾道;11—圓頭內六角螺栓;12—鎖片;13—箍帶;14—防塵罩

因為該萬向節的內外滾道沿圓周方向呈“V”形布置,且在動力的傳遞過程中,內、外星輪可作軸向運動,從而使前輪跳動時軸向長度得到補償,所以稱為VL型萬向節。其允許最大的軸間夾角為22°,軸向伸縮量可達45mm。由于內、外星輪是通過鋼球傳遞轉矩的,所以內、外星輪在作軸向移動時為滾動摩擦,摩擦阻力小。VL型萬向節兩軸交角范圍為20°~25°,較十字軸剛性萬向節相鄰兩軸的交角范圍大,但小于球叉式和RF節。

VL型萬向節在轎車的轉向驅動橋中均布置在靠主減速器側,而軸向不能伸縮的固定型球籠式萬向節,則布置在靠近車輪側。

3)三叉式等速萬向節

三叉式萬向節也稱作三銷式萬向節。三銷式萬向節的里面沒有鋼球,而是使用3個帶有滾針的軸承,可以在鐘形殼內的3個軌道里進行向內和向外滑移,以此來適應驅動軸在車輛運動時產生的長度變化。如圖4.18所示為豐田皇冠轎車斷開式后驅動橋,其半軸使用的是三叉式等速萬向節,它主要由三銷總成11和內萬向節套5組成。三銷總成的花鍵孔與傳動軸內花鍵端配合,3個銷軸上均裝有軸承,以減小磨損。萬向節套凸緣與差速器的凸緣用螺栓連接。為了防止潤滑脂外溢,萬向節裝有防護罩7,并用兩個卡箍10和12緊固。

圖4.18 豐田皇冠轎車斷開式后驅動橋

1—端蓋;2—外萬向節;3—外萬向節防護罩;4—傳動軸;5—內萬向節套;6、9—卡環;7—內萬向節防護罩;8、10、12—卡箍;11—三銷總成;13—主減速器與差速器總成支架;14—差速器凸緣;15—主減速器與差速器總成

三叉式等速萬向節結構簡單、磨損小,并且可軸向伸縮,在轎車上應用逐漸廣泛,國產奧迪、紅旗、富康、捷達、夏利等轎車的等速驅動軸上均采用三叉式萬向節。

總的來說,與普通萬向節比較,等速萬向節的構造復雜,制造成本較高,所以只用在轉向驅動輪的傳動中。有的微型汽車,為了降低制造成本,轉向驅動輪的傳動也不用等速萬向節,而用一種撓性萬向節代替。

4.撓性萬向節

上述萬向節傳力元件都是剛性的,統稱為剛性萬向節。有時萬向節傳力元件也可用帶彈性的材料制造,則稱撓性萬向節。

撓性萬向節依靠其中彈性件的彈性形變來保證在相交兩軸間傳動時不發生機械干涉。彈性件可以是橡膠盤、橡膠金屬套筒、六角形橡膠圈或其他結構形式。由于彈性件的彈性形變量有限,故撓性萬向節一般用于夾角不大兩軸間,一般在3°~5°范圍內。并且在只有微量軸向位移的萬向傳動裝置中,常用來連接固定安裝在車架上的兩個部件,如發動機與變速器或變速器與分動器之間,以消除制造安裝誤差和車架變形對傳動的影響。此外,它還具有能吸收傳動系統中的沖擊載荷和衰減扭轉振動、結構簡單、無須潤滑等優點。

如圖4.19所示為上海SH3540A型自卸汽車上用來連接發動機輸出軸與液力機械變速器輸入軸的撓性萬向節。它主要由借螺栓固定在發動機飛輪上的大圓盤2、與花鍵轂5鉚接在一起的連接圓盤4、連接二者的4副彈性連接件3以及定心用的中心軸1組成。

圖4.19 上海SH3540A型自卸汽車撓性萬向節

1—中心軸;2—大圓盤;3—彈性連接件;4—連接圓盤;5—花鍵轂

彈性連接件的兩個橡膠塊裝在兩半對合的外殼中,每個橡膠塊中各有一襯套。每副彈性連接件中的一個橡膠塊用螺栓固定在大圓盤上,而另一橡膠塊用螺栓固定在連接圓盤上,動力經大圓盤輸入,通過襯套傳給每一副彈性連接件中的一個橡膠塊,再經外殼、另一橡膠塊和襯套傳給連接圓盤,最后經花鍵轂和花鍵軸輸出。

對于徑向剛度較小的撓性萬向節,主、從動件之間應有定中心裝置,以免轉速升高時由于軸線偏離加大而產生振動和噪聲。

4.1.2 傳動軸

1.傳動軸的布置型式

因驅動橋與車架是彈性連接的,故采用十字軸式萬向節所組成的萬向傳動裝置不可能在任何情況下都保證等速傳動,傳動軸的布置形式有以下幾種:

1)單節式傳動軸

當傳動距離較近時采用,傳動軸只有一節,兩端用普通萬向節分別與變速器和驅動橋連接,如圖4.1(b)、(c)所示。裝配時,傳動軸兩端的萬向節叉在同一平面內就可滿足滿載時等速傳動的條件。

2)雙節式傳動軸

當傳動距離較遠時,采用兩節傳動軸、3個萬向節。其布置型式有兩種:①汽車變速器輸出軸與中間傳動軸不在一條直線上,當汽車滿載時其兩節傳動軸之間近似在一直線上,相當于只有一根傳動軸,此時中間萬向節不起改變角速度的作用。因此,為滿足滿載等速傳動的條件,兩節合起來作為整根傳動軸,兩端萬向節叉應裝在同一平面內。為此一些汽車規定中間傳動軸兩端的萬向節叉相互垂直,主傳動軸兩端的萬向節叉在同一平面內,如圖4.1(a)所示。②中間傳動軸與變速器輸出軸近似在一條直線上,則第一個萬向節不起改變角速度的作用,此時相當于一節傳動軸、兩個萬向節,因此只要主傳動軸滿足等速傳動即可。

3)三節式傳動軸

某些長軸距的汽車,將傳動軸分為3節,前兩節為中間傳動軸,分別用中間支承軸支承于車架,后一節為主傳動軸。裝配時,每節傳動軸兩端的萬向節叉都應裝在同一平面內才能保證等速傳動。

越野汽車的傳動軸布置在變速器到分動器、分動器到各驅動橋之間,如圖4.20所示東風EQ2080型越野汽車傳動軸的布置。從變速器到分動器4、分動器到前橋1和中橋7的傳動距離較近,所以都采用一節傳動軸、兩個萬向節。而從分動器到后驅動橋10的距離較遠,傳動軸分為3段,用4個萬向節連接,但其中間一段軸作為中間支承軸支承在中橋殼上。這樣,滿載時變速器輸出軸與分動器的各軸、中橋7和后橋10的輸入軸以及中間支承8的軸線近似平行,且每一節傳動軸兩端的萬向節叉均在同一平面內,從而近似滿足平行排列,而前橋1則近似地滿足等腰三角形排列,從而保證汽車滿載時為近似的等速傳動。

圖4.20 東風EQ2080型越野汽車萬向傳動裝置的布置圖

1—前驅動橋;2—前橋傳動軸;3—分動器動力輸入傳動軸;4—分動器;5—中橋傳動軸;6—后橋中間傳動軸;7—中驅動橋;8—中間支承;9—后橋傳動軸;10—后驅動橋

2.傳動軸的結構

傳動軸是萬向傳動裝置中的主要傳力部件,通常用來連接變速器(或分動器)和驅動橋;在轉向驅動橋和斷開式驅動橋中,則用來連接差速器和驅動輪;在汽車轉向操縱機構中,用來連接轉向軸和轉向器。

汽車傳動軸一般采用高強度空心管制成,以提高剛度和強度,一般用厚薄均勻的薄鋼板卷制焊接而成。常見的輕型汽車中的傳動軸為開式管狀結構,超重型汽車的傳動軸則直接采用無縫鋼管。

在斷開式驅動橋、轉向驅動橋中,車輪傳動軸的轉速相對比較低,需要傳遞較大的扭矩,一般是采用實心傳動軸。本節重點介紹用來連接變速器和驅動橋的傳動軸。

如圖4.21所示為解放CA1091型汽車萬向傳動裝置。傳動軸分兩段,由3套十字軸式萬向節連接。中間傳動軸4的兩端用止口定位,分別焊有萬向節叉和帶花鍵的軸頭,花鍵軸頭與凸緣連接,并用螺母緊固。主傳動軸16前端花鍵軸頭與萬向節滑動叉13套合形成滑動花鍵連接,使主傳動軸可以軸向伸縮。為了減輕花鍵處的摩擦和磨損,還裝有用以加注潤滑脂的油嘴14,并在兩端分別用堵蓋12和油封15及防塵罩進行密封,蓋和罩同時還能起防塵防水的作用。由于萬向傳動裝置中潤滑脂嘴較多,為了加注方便,裝配正確的萬向傳動裝置應保證所有潤滑脂嘴處于同一條直線上,且十字軸上的潤滑脂嘴指向傳動軸。

圖4.21 解放CA1091型汽車萬向傳動裝置

1—凸緣叉;2—萬向節十字軸;3—平衡片;4—中間傳動軸;5、15—油封;6—中間支承前蓋;7—橡膠墊環;8—中間支承后蓋;9—雙列圓錐滾子軸承;10、14—潤滑脂嘴;11—中間支承架;12—堵蓋;13—萬向節滑動叉;16—主傳動軸;17—鎖片;18—滾針軸承油封;19—萬向節滾針軸承;20—滾針軸承軸承蓋;21—裝配位置標記

傳動軸高速旋轉時,由于離心力的作用將產生劇烈振動,因此在傳動軸和萬向節裝配后,要進行動平衡試驗。圖4.21中的零件3即為平衡用的平衡片,平衡后的傳動軸總成應在叉軸上標有記號,如圖4.21所示的裝配位置記號21,以便拆裝時保持兩者的相對位置。

傳動軸過長時,自振頻率降低,易產生共振。故常將其分為兩段并加中間支承,前段稱中間傳動軸,如圖4.21所示的中間傳動軸4;后段稱主傳動軸,如圖4.21所示的主傳動軸16。

為了減小滑動花鍵連接處軸向移動的阻力和磨損,有的傳動軸在花鍵槽內設置滾動元件,即采用滾動花鍵,如圖4.22所示。這樣軸向移動由滾動來實現,其摩擦損失小、傳動效率高,但結構復雜、成本高。

圖4.22 傳動軸中的滾動花鍵

1—傳動軸外套管;2—滾動元件;3—傳動軸內套管

4.1.3 中間支承

傳動軸布置有兩節以上時須加中間支承,通常將中間支承安裝在車架的橫梁上,能補償傳動軸軸向和角度方向的安裝誤差以及汽車行駛時因發動機竄動或車架變形等引起的位移。中間支承有雙列圓錐滾子軸承式、蜂窩軟墊式、擺動式和中間支承軸式等。

中間支承通常用包括軸承、帶油封的蓋、支架和使軸承與車架間成彈性連接的彈性元件等機件。

解放CA1091型汽車采用雙列圓錐滾子軸承式中間支承,如圖4.21所示。軸承9裝在中間傳動軸后端軸頸上,有兩個內圈和一個公用外圈,兩個內圈之間有一個隔套。帶油封5的前后蓋6和8之間裝有彈性元件橡膠墊環7,用3個螺栓緊固。緊固時,橡膠墊環會徑向擴張,其外圓擠緊于支架11的內孔中。這種支承的特點是承載能力大,軸承軸向間隙可通過磨削軸承內圈之間的隔套來調整,使用壽命長。

東風EQ1090E型汽車采用蜂窩軟墊式中間支承,如圖4.23所示。軸承3可在軸承座2內軸向滑動。軸承座裝在蜂窩形橡膠墊5內,通過U形支架6固定在車架橫梁上。由于采用彈性支承,傳動軸可在一定范圍內向任意方向擺動,并能隨軸承一起作適當的軸向移動,因此能有效地補償安裝誤差及軸向位移。此外,還可以吸收振動、減少噪聲傳導,這種支承結構簡單,效果良好,應用較廣泛。

圖4.23 東風EQ1090 E型汽車傳動軸的中間支承

1—車架橫梁;2—軸承座;3—軸承;4—注油嘴;5—蜂窩形橡膠墊;6—U形支架;7—油封

有的汽車上采用擺動式中間支承,如圖4.24所示。中間支承部分可繞支承軸3擺動,改善了傳動軸軸向傳動時軸承的受力情況。橡膠襯套2和5能適應傳動軸在橫向平面內少量的位置變化。

圖4.24 擺動式中間支承

1—支架;2—橡膠襯套;3—支承軸;4—擺臂;5—橡膠襯套;6—注油嘴;7—軸承;8—中間傳動軸;9—油封;10—支承座;11—卡環;12—車架橫梁

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