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万向节和驱动导向轮
万向节是两个轴之间的一种连接形式，两个轴的轴线相交，其中一个轴围绕其自身轴线旋转，导致另一个轴围绕其轴线旋转。
十字轴式万向节的工作原理如图30.1所示。轴A在其末端形成一个叉子，并在叉子的尖头之间枢转为一个横档C。因此，十字C可以相对于轴A绕轴XX枢转。另一个轴B同样是叉子，十字的另一个臂在该叉子的尖头之间枢转。因此，轴B可以相对于十字轴C绕轴YY转动，由于十字轴C可以相对于轴A绕轴XX转动，因此轴B可以相对于轴A假定任何角度位置。或者从另一个角度来看，如果轴A和轴B以一定角度支撑在轴承中，则当轴A绕着它的轴转动，运动被传递到轴B上，然后绕着它的轴转动；十字臂同时在叉子的尖头上摆动。
轴XX和YY在O处相交，并相互垂直。十字C臂的轴也垂直于各自的轴。轴的轴在O处相交，O点是接头的“中心”。无论如何获得旋转动作，所需的只是轴B应能够相对轴A独立地围绕两个相交的垂直轴（如XX和YY）旋转。
30.1 万向节的结构形式
基本多种类型的万向节都按照上述原理工作，但在汽车和卡车中，万向节有两种主要形式。这些可以称为
- 交叉类型
- 环型
示例如图30.2和30.3所示。
图30.1 十字轴式万向节 图30.2 十字万向节
十字万向接头的专有设计如图30.2所示。万向节叉A固定在通过接头和承载衬套B连接的轴上。这些构件由万向节叉的凸缘C定位，该凸缘C是安装套筒的机加工部分，并由与套筒集成的键D定位，该键安装在万向节叉的键槽中。键D传送传动装置并释放定位螺钉E的所有剪切应力。两个万向节叉由十字轴F连接，十字轴F由一个中心环部分和四个整体销G组成。后者的端部支撑在套筒B的底部，从而使接头居中。销G和套筒B之间是滚针轴承H。十字轴F中心的孔通过两个油封座J闭合，形成一个润滑油储液罐，通过销G中钻的孔到达轴承。软木垫圈K在销的内端形成一个密封件，当接头分离时，也用于固定滚针。这种十字轴万向节中一次加油几乎能满足接头的整个使用寿命。安全阀L可防止油封因油箱中各种情况导致油被挤出密封件K从而产生的过度压力而损坏。
图30.3 环型万向节
图30.3所示为环形接头。构件A通过法兰用螺栓固定在一个轴上，叉B通过花键固定在另一个轴上。两个构件由环C连接。该环由两个钢制压具构成，每个压具形成环的一半，并由四个套筒D的耳轴部分的螺母固定在一起，其形状在单独的平面图中清晰可见。叉杆B的销安装在两个衬套中，销E的端部（固定在杆件A中）安装在其他两个套筒中。环内的空间形成了一个储油罐，可通过未显示的螺纹接头引入。环的两半之间的接合处经过打磨，形成一个不漏油的接合处，通过压缩的软木垫圈F防止销进入点处的油溢出。由于是在环内精确加工的面G上安装销，而不是通过软木垫圈，所以轴相对于环居中。固定环的螺母由一对止动垫圈H锁定。
图30.4
另一种万向节结构如图30.4所示。它由一个周围有两个成直角的凹槽的球A所组成。在这些凹槽中，轴E和F的分叉端配合。很明显，当连接在一起时，轴E可以在其槽中滑动，从而绕轴XX转动。同样，轴F可以在其槽中滑动，从而绕轴YY转动。这种类型的接头曾一度用于前轮制动连杆机构。轴的轴承的布置必须使轴不能离开球的中心，否则接头会分离。它并不适合在变速器中使用。
30.2 挠性万向节
由柔性环的弯曲作用的接头经常用于连接轴之间的角位移不会很大的两根轴。这种接头如图30.5所示。所述轴上设有三个臂架，臂架用螺栓固定在柔性环的相对面上，其中一个臂架位于另一个臂架中间。弹性环通常由一个或多个特殊方式制成的橡胶环制成，以提供必要的强度。有时会用一些薄钢片代替橡胶环。当轴围绕不重合的轴旋转时，环会连续弯曲。与上述万向节相比，这种类型的万向节有较多优点，其主要特点是无需润滑和制造成本低。这种连接意味着要处理像万向节这样的大角度位移，并且当传递的扭矩很大时，就会变得非常庞大。
图30.5
30.3 橡胶套式挠性万向节
这种类型的接头现在被广泛使用，有多种形式，其中三种如图30.6至30.8所示。第一种是原始的外摩擦式，基本上是环形接头。通过接头连接的轴承载着两个伸出的臂状星形齿轮A和承载特殊橡胶衬套C的螺栓B。这些衬套位于联接环D内，联接环D由两个完全相似的钢压具螺栓连接在一起构成。橡胶衬套可以稍微变形，从而可以调节轴的任何错位。它可以允许15°以下的角度偏差，但通常偏差仅限于约一半。接头还可以容纳一个轴相对于另一个轴的相当大的轴向运动量（高达12.5 mm），当使用两个接头，并且其中一个接头位于传动轴的两端时，通常可以省去所有金属接头使用时必须使用的滑动接头。
图30.6
图30.7
图30.8 图30.9
由于轴之间的唯一连接是通过橡胶衬套进行的，因此接头也有助于消除振动；这种特性被用于在通过四个叠层摩擦衬套连接到离合器中心的单片离合器从动盘中提供柔性离合器片。
衬套采用如图所示的凹端制成，以保持内部应力大致均匀，并增加其灵活性。它们的内部制成金属网格状，然后被压在套筒E上，套筒E比衬套上的孔大一些。衬套的外径也大于衬套所在的环D中凹槽的直径，因此当装配联轴器时，衬套被压缩到一定程度，尽管当接头弯曲时，套筒E和环D之间的距离可能在一侧增加，但橡胶仍然保持压缩状态，从不处于紧张状态。套筒E有插套，插套与十字轴上的孔相配合，这样螺栓就不会被要求传递扭矩，也不会受到任何剪切。
图30.7显示了非常有效的金属弹性装置，其中橡胶衬套与球形销粘合，并在形成接头环的两个金属压具组装在一起时被压缩。这些压力是通过旋转其中一个压在另一个压在一起的嘴唇。图30.8中的设计基本上是一个十字接头，由Moulton公司制造。橡胶衬套粘在十字臂锥形部分的内侧，外侧粘在钢壳上。后者与接头法兰中形成的凹陷相吻合，并由用螺栓固定在法兰上的马镫固定到位。
30.4 等速万向节
十字轴式万向节的缺点在其他一些类型的万向节中得到了消除。可以假设一个由十字轴式万向节接头连接的轴以绝对恒定的速度旋转，那么另一个轴将不会以恒定的速度旋转，而是以一个变化的速度旋转，即在每一次旋转的两个部分中，在前半部分略大一点，而在旋转的另一个部分中，略小于第一轴。这种速度波动的大小取决于两个轴的轴之间的角度，当该角度为零时为零，但当角度较大时会变得相当大。这种缺点在前轮驱动的车辆和独立弹簧轮的驱动中变得非常致命，因为轴之间的角度可能大到40°。可通过使用如图30.9（a）和（b）所示布置的两个万向节叉来消除，所述中间轴的布置使得其与第一轴和第三轴等角，并且所述中间轴的叉销轴彼此平行放置。然后通过第二个接头引入的不等一个接头引入的不等速效应来消除第一个万向节的不等速效应。图30.16和30.17显示了使用这种布置的前轮驱动示例。
等速万向节是一种不受上述缺点影响的万向节，但在每个转动过程中，万向节连接的轴的速度在每个瞬间都是绝对相等的。虽然这种关节已经知道很多年了，但直到最近才被使用。
图30.10 拜迪克斯 凸轮轴式等速万向节
图30.11 拜迪克斯 韦斯 万向节
拜迪克斯有限公司在英国制造的凸轮轴式万向节如图30.10所示，从图中可以清楚地看到施工情况。接头是一个真正的等速接头，但其理论不在本书的范围内，对该理论和下面描述的接头感兴趣的人可以参考《汽车工程师》第37卷第1期的一篇文章，另一个真正的等速接头韦斯，用于图30.11所示为拜迪克斯产品公司在美国生产的租用产品。它由两个构件组成，每个构件的两侧各有两个指或臂，形成半圆形凹槽。当装配两个构件时，一个构件的指插入另一个构件的指之间，球插入指槽中，形成它们之间的驱动连接。凹槽的形成使得球始终位于与由接头连接的轴的轴成相等角度的平面上，这是一个基本条件，如果要使传动成为恒速传动，必须满足这一条件。这种关节具有这样的特性，即通过它连接的轴可以在不影响关节动作的情况下轻微地轴向移动，这种轴向运动是通过沿着关节部件指槽滚动球来实现的，因此摩擦最小。
图30.12 瑞泽帕万向节 图30.13 伯菲尔德等速万向节
第三个例子如图30.12所示。它是瑞泽帕，由一个杯形件A和一个球形件B组成，杯形件A内部形成许多半圆槽，球形件B外部形成类似的槽。滚珠C一半安装在槽A中，一半安装在B中，并提供驱动连接。为了实现真正的恒速操作，球必须始终位于与构件A和B的旋转轴成相等角度的平面上。这由控制连杆D和保持架E确保。前者具有球形端，其中一个与构件B端部的凹槽接合，而另一个则可沿孔自由滑动。链环由弹簧f保持在适当的位置。链环的球形扩大G与保持架e中形成的孔啮合，保持架e中有其他孔，球c在其中配合。当轴B相对连杆D摆动一个角度时，会导致保持架E和滚珠C的平面XX摆动一半，从而使滚珠占据接头正确工作所需的位置。
在该接头的某些设计中，如果轴的角度偏差较小，则忽略控制连杆D。
由伯菲尔德传输有限公司开发的一种接头，提供恒定传动比传动，并允许其中一个轴相对于另一个轴的下倾运动，如图30.13所示。内部构件上有凹槽，用于承载传递运动的球，其外表面与中心位于A点的球体接触。球被安置在保持架的凹槽中，并在其内部接触，以适合内部构件的外表面，而其外表面被放置到中心位于B点的球体上。外构件有一个圆柱形孔，孔中形成凹槽以容纳球，保持架的外球面与外构件的圆柱形表面相配合。因此，内部构件可以沿着外部构件的孔整体移动，从而使驱动装置中所需的下压运动提供给最独立的弹簧轮，通常必须由滑动花键提供。保持架球面中心的偏移使球体平面始终保持在平面内，使轴轴之间的角度平分，这是保持恒定速度比所必需的。
30.5 转向轮的驱动与制动
驱动转向轮的各种方法如图30.14所示。在示例（a）和（b）中，假设为刚性驱动轴，但在其他示例中，则是用独立悬架。（a）处的布置是最简单的，提供一个万向节U，以适应短轴S的转向运动。除非该万向节为等速型，否则每当短轴转向用于转向时，驱动装置将不规则地向车轮转动，同时，如果车轮具有任何外倾角且轮轴A向半轴H倾斜，则这种不规则现象会一直存在。四轮驱动公司的卡车采用了这种结构布置，这是最早的四轮驱动车辆之一，尽管这种布置的细节已经过时，但总体布置仍然代表着当前的做法。对于围绕这些部件的主减速器、差速器和轴壳而言，使用普通的活轴，但在其外端A，（如图30.15），驱动轴在衬套中承载，并用叉形叉成钩形万向节的一个构件。该接头的另一个轴位于B处，将驱动装置传送至车轮的轮毂盖。轮毂由短轴构件上的轴承承载，短轴构件由三件D、E和F制成，用螺栓固定在一起，如图所示。E和F部分的内球面接触轴壳端部的相应表面，以使壳体不漏油并排除泥浆和灰尘，但这些表面不承载任何负载。E和F在轴壳的突出旋转销上进行。
图30.14
在图30.14（b）所示的布置中，使用两个万向节，并相对于主销轴oo对称布置。当短轴围绕该轴转动以进行转向时，中间轴i与钢轴a以及中间轴i和半轴h之间的角度将分别保持相等，如图30.9所示，从而获得等速驱动。图30.16详细显示了这种结构的示例。这是Kirkstall锻压工程公司的设计，包括一个二级减速齿轮，它被安置在轮毂中。第二次减速是在通过花键连接到轴A端部的小齿轮和形成车轮轮毂盖并用螺栓固定到车轮轮毂的环空C之间进行的。中间小齿轮B装在支撑在构件E中的销D上。后者配合短轴的圆柱形延伸部分，键防止旋转。由于连接两个万向节的中间构件是刚性的，并且万向节的叉分别刚性连接到半轴H和轮轴A上，因此其中一个轴必须保持自由，以便轴向浮动。从图30.19中可以看出，其中整条线表示车轮处于直行位置时的位置，虚线表示短轴转向时的位置。很明显，距离x1 y1小于距离xy。这种变化通过使轴A（图30.16）自由浮动来调节。因此，它在右端的平行滚子轴承中承载，并由与左端的三个小齿轮B接触的触点支撑。左端轴承的省略确保了三个小齿轮之间驱动扭矩的均等分配。
图30.15 前进短轴的具体构造
图30.16 克里斯托转向轴
图30.14（c）所示的示例是传统的双臂式悬架，其中短轴托架C连接两个臂。驱动轴S配有万向节U1和U2。其中第一个调节短轴的转向运动，与第二个一起，允许车轮总成的垂直运动。由于万向节中心之间的距离不能保持恒定，轴S必须具有一定的轴向自由度。这通常是通过让一个万向节拨叉在其轴的花键上自由滑动来实现的。显然，u必须是一个等速万向节。
图30.17 格兰泽 斯派塞轴
在图30.14（d）所示的示例中，省略了短轴托架，短轴由臂RR直接承载，臂RR通过球笼式接头与之相连，球笼式接头可调节转向运动以及车轮的垂直运动。现在必须通过接头U
资料编号：[4475]
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