等速萬向節分類及設備應用技術

    1. 球叉式萬向節
    球叉式萬向節按其鋼球滾道形狀不同可分為圓弧槽和直槽兩種形式。
圓弧槽滾道型的球叉式萬向節(圖4—6a)由兩個萬向節叉、四個傳力鋼球和一個定心鋼球組成。兩球叉上的圓弧槽中心線是以O1和O2為圓心而半徑相等的圓,O1和O2到萬向節中心O的距離相等。當萬向節兩軸繞定心鋼球中心O轉動任何角度時,傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點上,從而保證輸出軸與輸入軸等速轉動。這種球叉式萬向節結構較簡單,可以在夾角不大于32°~33°的條件下正常工作。由于四個鋼球在單向傳動中只有兩個傳遞動力,故單位壓力較大,磨損較快。另外,這種萬向節只有在傳力鋼球與滾道之間具有一定的預緊力時,才能保證等角速傳動。預緊力用選擇不同尺寸級別的傳力鋼球來保證。在使用中,隨著磨損的增加,預緊力逐漸減小以至消失,這時兩球叉之間便發生軸向竄動,從而破壞了傳動的等速性,嚴重時會造成鋼球脫落。

 

直槽滾道型球叉式萬向節(圖4—6b),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。
    圓弧槽型球叉式萬向節主要應用于輕、中型越野車的轉向驅動橋中。直槽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,用它可補償半軸的長度變化而省去滑動花鍵。
圓弧槽型球叉式萬向節作為轉向驅動橋的傳力構件時,萬向節旋轉軸線應與車橋的軸線相重合,以避免發生萬向節的擺動現象。為了不至于在萬向節轉角接近最大值時,放置傳力
鋼球的主、從動叉的交叉槽趨于平行位置導致鋼球無法約束而自動散開,造成萬向節裝配關系的破壞,在設計時應使兩叉的最大夾角大于車輪的最大轉角,同時萬向節中心應位于轉向主銷軸線上。另外,應保證在萬向節處于最大轉角時,各傳力鋼球與定心鋼球之間不接觸,至少使傳力鋼球與定心鋼球在此情況下的間隙不小于5mm,且使各鋼球與萬向節軸頭均勻地預緊在一起,使得在任意方向旋轉時能通過萬向節的兩個傳力鋼球來傳遞轉矩,避免靠一個鋼球來傳遞,從而防止產生過載現象。

 


    2.球籠式萬向節
球籠式萬向節是目前應用最為廣泛的等速萬向節。早期的Rzeppa型球籠式萬向節(圖4—7a)是帶分度桿的,球形殼1的內表面和星形套3的球表面上各有沿圓周均勻分布的六條同心的圓弧滾道,在它們之間裝有六個傳力鋼球2,這些鋼球由球籠4保持在同一平面內。當萬向節兩軸之間的夾角變化時,靠比例合適的分度桿6撥動導向盤5,并帶動球籠4使六個鋼球2處于軸間夾角的平分面上。經驗表明,當軸間夾角較小時,分度桿是必要的;當軸間夾角大于11°時,僅靠球形殼和星形套上的子午滾道的交叉也可將鋼球定在正確位置。這種等速萬向節無論轉動方向如何,六個鋼球全都傳遞轉矩,它可在兩軸之間的夾角達35°~37°的情況下工作。
    目前結構較為簡單、應用較為廣泛的是Birfield型球籠式萬向節(圖4—7b)。它取消了分度桿,球形殼和星形套的滾道做得不同心,令其圓心對稱地偏離萬向節中心。這樣,即使軸間夾角為0°,靠內、外子午滾道的交叉也能將鋼球定在正確位置。當軸間夾角為0’時,內、外滾道決定的鋼球中心軌跡的夾角稍大于11°,這是能可靠地確定鋼球正確位置的最小角度。滾道的橫斷面為橢圓形,接觸點和球心的連線與過球心的徑向線成45‘角,橢圓在接觸點處的曲率半徑選為鋼球半徑的1.03~1.05倍。當受載時,鋼球與滾道的接觸點實際上為橢圓形接觸區。由于工作時球的每個方向都有機會傳遞轉矩,且由于球和球籠的配合是球形的,因此對這種萬向節的潤滑應給予足夠的重視。潤滑劑的使用主要取決于傳動的轉速和角度。在轉速高達1500r/min時,一般使用防銹油脂。若轉速和角度都較大時,則使用潤滑油。比較好的方法是采用油浴和循環油潤滑。另外,萬向節的密封裝置應保證潤滑劑不漏出,根據傳動角度的大小采取不同形式的密封裝置。這種萬向節允許的工作角可達42°。由于傳遞轉矩時六個鋼球均同時參加工作,其承載能力和耐沖擊能力強,效率高,結構緊湊,安裝方便。但是滾道的制造精度高,成本較高。
    伸縮型球籠式萬向節(圖4—7c)結構與一般球籠式相近,僅僅外滾道為直槽。在傳遞
轉矩時,星形套與筒形殼可以沿軸向相對移動,故可省去其它萬向傳動裝置中的滑動花鍵。
這不僅使結構簡單,而且由于軸向相對移動是通過鋼球沿內、外滾道滾動實現的,所以與滑
動花鍵相比,其滾動阻力小,傳動效率高。這種萬向節允許的工作最大夾角為20°。
    Rzeppa型球籠式萬向節以前主要應用于轉向驅動橋中,  目前應用較少。Birfield型球籠式萬向節和伸縮型球籠式萬向節被廣泛地應用在具有獨立懸架的轉向驅動橋中,在靠近轉向輪一側采用Birfield型萬向節,靠近差速器一側則采用伸縮型球籠式萬向節,以補償由于前輪跳動及載荷變化而引起的輪距變化。伸縮型萬向節還被廣泛地應用到斷開式驅動橋中。

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