万向传功装置与驱动桥

项目四：万向传动装置与驱动桥检修学习目标·掌握万向传动装置的功用、组成及工作原理;·掌握万向节的类型和应用特点;·具有对万向传动装置主要零部件进行维修的能力;·具有对万向传动装置常见故障进行分析、诊断与排除的能力；·掌握驱动桥的功用、组成及类型;·掌握主减速器、差速器的类型、构造、工作原理和应用特点;·掌握半轴与桥壳的结构特点;·具有对驱动桥及其主要组成部件进行维护与检修的能力;·具有对驱动桥常见故障进行分析、诊断与排除的能力。第一部分基础知识4.1万向传动装置4.1.1万向传动装置的功用万向传动装置在汽车上有很多应用，结构也稍有不同，但其功用都是一样的。即在轴线相交且相互位置经常发生变化的两转轴之间传递动力。图4-1所示为在汽车中最常见的应用，位于变速器与驱动桥之间的万向传动装置。由于汽车布置、设计等原因，变速器输出轴和驱动桥输人轴不可能在同一轴线上，并且变速器虽然是安装在车架(车身)上，可以认为位置是不动的，但驱动桥会由于悬架的变形而引起其位置经常发生变化。所以，在变速器和驱动桥之间装有万向传动装置正好可以满足这些使用、设计的要求。图4-1变速器与驱动桥之间的万向传动装置4.1.2万向传动装置的组成它主要由万向节和传动轴等组成。对于传动距离较远的分段式传动轴，为了提高传动轴的刚度，还设置有中间支撑，如图4一2所示。图4-2万向传动装置的组成4.1.3万向传动装置的应用万向传动装置在汽车上的应用如表4-3所列。表4-3万向传动装置在汽车上的应用序号安装位置应用特点1变速器(或分动器)与驱动桥之间一般FR型汽车变速器(或越野车的分动器)的输出轴线与驱动桥的输人轴难以布置重合，并且汽车在负荷变化及在不平路面行驶时引起的跳动，将驱动桥输人轴与变速器输出轴之间的夹角和距离发生变化，故需用万向传动装置连接，如图4-2所示2变速器与离合器或变速器与分动器之间虽然变速器、离合器、分动器等都支撑在车架上，且它们的轴线也可以设计重合，但为消除车架变形及制造、装配误差等引起的轴线同轴度误差对动力传递的影响，其间也常装有万向传动装置3转向驱动桥和断开式驱动桥中汽车的转向驱动桥需满足转向和驱动的功能，其半轴是分段的，转向时两段半轴轴线相交且交角变化，因此要用万向传动装置。在断开式驱动桥中，主减速器壳固定在车架上，桥壳上下摆动，半轴是分段的，也需用万向传动装置4转向操纵机构中某些汽车的转向操纵机构受整体布置的限制，转向盘轴线与转向器输人轴线不重合，因此在转向操纵机构中装有万向传动装置4.1.4万向节万向节按其在扭转方向是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和柔性万向节。前者是靠零件的铰链式连接传递动力的;而后者则靠弹性连接来传递动力，且有缓冲减振的作用。刚性万向节又可分为普通十字轴万向节、准等角速万向节和等角速万向节。目前，在汽车上常用的万向节有普通十字轴万向节和等角速万向节。4.1.4.1普通十字轴万向节一．十字轴式万向节的构造如图4-4所示为十字轴式万向节。它主要由万向节叉、十字轴及轴承等组成两个万向节又分别与主、从动轴相连，其叉形上的孔分别套在十字轴的4个轴颈上，在十字轴轴颈与万向节叉孔之间装有滚针和套筒，用带有锁片的螺钉和轴承盖来使之轴向定位。为了润滑轴承，十字轴内钻有油道，如图4-5所示，且与滑脂嘴、安全阀相通。为避免润滑油流出及尘垢进入轴承，十字轴轴颈的内端套装着带金属壳的毛毡油封或橡胶油封安全阀在十字轴内润滑脂压力超过允许值时，打开使润滑脂外溢，从而使油封不会因油压过高而损坏。现代轿车多采用橡胶油封，多余的润滑油从油封内圆表面与十字轴轴颈接触处溢出，故这类轿车无需安装安全阀。为防止轴承在离心力作用下从万向节叉内脱出，轴承应进行轴向定位。图4-4普通十字轴式万向节图4-5十字轴润滑油道及密封装置二．十字轴式万向节的速度特性与等速排列条件（1）速度特性上述的普通万向节可以保证在轴向交角变化可靠地传动，由于结构简单，并有较高的传动效率，因此在汽车上得到广泛运用。其缺点是单个万向节是在输人轴、输出轴有夹角的情况下，其两轴的角速度不相等，且角速度差值随轴间夹角的增大而增大。但两轴的平均速度相等，即主动轴转一圈，从动轴也转过一圈。所谓“传动的不等速性”是指从动轴在一圈内，其角速度时而大于主动轴的角速度，时而小于主动轴的角速度的现象，如图4-6和图4-7所示。图4-6不等速特性示意图图4-7不等速特性曲线单个刚性十字轴万向节的速度特性①当主动叉在垂直平面内时，cos21rrAcos2112从动轴转速大于主动轴转速。②当主动叉在水平平面内时，cos12rrBcos1212从动轴转速小于主动轴转速。（2）实现两轴间等角速度传动措施单十字轴式刚性万向节的不等速性、将使从动轴及与其相连的传动部件产生扭转振动，从而产生附加交变载荷，加剧零件的损坏。为了避免这一缺陷，在汽车上均来用两个十字轴刚性万向节，且中间以传动轴相连、利用第二个万向节的不等速效应来抵消第一个方向节的不等速效应、从而实观输人轴与输出轴等速传动。但要达到这一目的，还必须满足两个条件:①第一个万向节的两轴间的夹角与第二个万向节的两轴间夹南相等，即21。②传动轴两端的万向节叉处于同一个平面。4.1.4.2等角速万向节等角速万向节常见类型有球笼式和球叉式。等角速万向节的基本原理是传力点始终处于两轴交角的平分面上。这一原理可以用一对大小相等的锥齿轮传动原理来说明，如图4-8所示。两齿轮夹角为，两齿轮接触点P到两轴的垂直距离都等于r。在P点处两齿轮的圆周速度相等，则两齿轮的角速度也相等。可见，若万向节的传力点在其交角变化时，始终位于两轴夹角的平分面上，就能保证等角速传动。图4-8等角速万向节的工作原理一．球笼式等角速万向节球笼式万向节按主、从动叉在传动过程中是否有轴向位移，分为RF型球笼万向节和VL型球笼万向节两种。①固定型球笼式等速万向节(RF节)。RF型球笼万向节的结构如图4-9所示，星形套9以内花键与主动轴1相连，其外表面有六条弧形凹槽，形成内滚道。球形壳的内表面有相应的六条弧形凹槽，形成外滚道。六个钢球6分别装在由六组内外滚道所对应的空间里，并被保持架7限定在同一个平面内。动力由主动轴1和星形套经过钢球6传到球形壳8输出。1—主动轴;2,5—钢带箍;3—外罩;4—保持架(球笼);6—钢球;7—星形套(内滚道);8—球形壳(外滚道);9—卡环图4-9固定型球笼式等速万向节（RF节）固定型球笼式等速万向节（RF节）在工作时，6个钢球都参与传力，故承载能力强、磨损小、寿命长，被广泛应用于各种型号的转向驱动桥和独立悬架的驱动桥。②伸缩型球笼式等速万向节(VL节)。伸缩型球笼式等速万向节的结构图如图4-10所示。其内、外滚道为圆筒形.且内、外滚道不与轴线平行，而是以相同的角度相对于轴线倾斜着。装合后，同一周向位置内、外滚道的倾斜方向刚好相反，即对称交叉，而钢球则处于内、外滚道的交叉部位。当内半轴与中半轴以任意夹角相交时，所有传动钢球都位于轴间交角的平分面上，从而实现等角速传动。在动力传递过程中，内、外球座可以沿轴向相对移动。因此，采用这种万向节可以省去万向传动装置中的滑动花键。伸缩型球笼式等速万向节(VL节)允许两轴最人交角为15º~21º，且具有轴向滑动的特性，寿命长、刚度高.不但满足了车轮转向性能的要求，还具有结构简单、尺寸小、质量轻等优点。1—中半轴；2—挡圈；3—外罩；4—外球座；5—钢球；6—球笼；7—内半轴；8—卡环；9—密封圈；10—内球座；11—球头内六角螺栓；12—锁片；13—箍带；14—防尘罩图4-10VL型球笼式等角速万向节结构固定型球笼式等速万向节(RF节)和伸缩型球笼式等速万向节(VL节)广泛应用于采用独立悬架的轿车转向驱动桥，如红旗、桑塔纳、捷达、宝来、奥迪等轿车的前桥。其中固定型球笼式等速万向节(RF节)用于靠近车轮处，伸缩型球笼式等速万向节(VL节)用于靠近驱动桥处，图4-11为桑塔纳2000传动轴示意图。图4-11桑塔纳2000传动轴示意图二．三枢轴球面滚轮式等速万向节三枢轴球面滚轮式等速万向节又称为自由三枢轴万向节，其机构如图4-12所示。由3个位于同一平面内互成120º的三枢轴构成，它们的轴线交于输入轴上一点，并且垂直与驱动轴。3个驱动轴外表面，滚子轴承分别活套在各枢轴上。一个漏斗形轴，在其筒形部分加工出3个槽形轨道。3个槽形轨道在筒形周围上是均匀分布的，轨道配合面为部分同柱面，3个滚子轴承分别装入各槽形轨道，可沿轨道滑动。别克凯越轿车等速万向节和传动轴的结构，如图4-13所示。图4-12自由三枢轴式等速万向节图4-13等速万向节和传动轴4.1.5传动轴一．传动轴的功用传动轴是万向传动装置中的主要传力部件，通常用来联结变速器(或分动器)和驱动桥，在转向驱动桥和断开式驱动桥中，则用来联结变速器和驱动车轮。二．传动轴的构造图4-14所示为传动轴的构造，有实心轴和空心轴之分。为了减轻传动轴的质量，节省材料，提高轴的强度、刚度，传动轴多为空心轴，超重型货车则直接采用无缝钢管。转向驱动桥、断开式驱动桥或微型汽车的传动轴通常制成实心轴。传动轴两端的联结件装好后，应进行动平衡试验。在质量轻的一侧补焊平衡片，使其不平衡量不超过规定值。为加注润滑脂方便，万向传动装置的油嘴应在一条直线上，且万向节上的油嘴应朝向传动轴。图4-14传动轴的构造汽车行驶过程中，变速器与驱动桥的相对位置会发生变化，随着传动轴角度的改变，其长度也会改变，因此采用滑动叉和花键组成的滑套联结，以实现传动轴长度的变化，如图4-15所示。图4-15滑动叉的构造图4-16东风EQ1090汽车的中间支承起的位移。二．中间支承的结构中间支承常用弹性元件来满足上述功用，图4-16所示的中间支承是由支架和轴承等组成，双列锥轴承固定在中间传动轴后部的轴颈上。带油封的支承盖之问装有弹性元件橡胶垫环，用3个螺栓紧固。紧固时，橡胶垫环会径向扩张，其外圆被挤紧于支架的内孔。4.1.6中间支承一．中间支承的功用传动轴分段时需加中间支承，中间支承通常装在车架横梁上，能补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及汽车行驶过程中因发动机窜动或车架变形等引起的位移。4.2驱动桥的功用与组成4.2.1驱动桥的功用驱动桥的功用是将由万向传动装置传来的发动机转矩传给驱动车轮，并经降速增矩、改变动力传动方向，使汽车行驶，而且允许左、右驱动车轮以不同的转速旋转。具体来说，主减速器的功用为降速增矩，改变动力传动力方向（发动机纵置时）;差速器的功用是允许左、右驱动车轮以不同的转速旋转;半轴的功用是将动力由差速器传给驱动车轮。4.2.1驱动桥的组成发动机的动力经过离合器、变速器、万向传动装置，传到了驱功桥。驱动桥一般由主减速器、差速器、半轴、桥壳等组成，如图4-17所示。驱动桥是传动系的最后一个总成，发动机的动力传到驱动桥后，首先传到主减速器，在这里将转矩放大并降低转速后，经差速器分配给左、右半轴，最后通过半轴外端的凸缘传到驱动车轮的轮毅。驱动桥的主要零部件都装在驱动桥的桥壳中。桥壳由主减速器壳和半轴套管组成。图4-171—后桥壳；2—差速器壳；3—差速器行星齿轮；4—差速器半轴齿轮；5—半轴；6—主减速器从动齿轮齿圈；7—主减速器主动小齿4.3主减速器4.3.1主减速器的功用与类型主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变旋转方向的作用。为满足不同的使用要求，主减速器的结构形式也是不同的。①按参加减速传动的齿轮副数目分有单级式主减速器和双级式主减速器。在双级式主减速器中，若第二级减速器齿轮分置于两侧车轮附近，成为独立部件，这时称之为轮边减速器。②按主减速器传动比挡数分有单速式和双速式。前者的传动比是固定的，后者有两个传动比供驾驶员选择，以适应不同行驶条件的需要。③按齿轮副结构形式分有圆柱齿轮式(又可分为轴线固定式和轴线旋转式及行星齿轮式)、圆锥齿轮式和准双曲面齿轮式。4.3.2主减速器的构造与工作原理1.单级主减速器单级主减速器具有结构简单、体积小、质量轻和传动效