一、万向传动装置的功用和组成
1．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。
如图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入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1 变速器与驱动桥之间的万向传动装置
1－变速器 2－万向传动装置 3－驱动桥 4－后悬架 5－车架
2．组成
万向传动装置主要包括万向节和传动轴，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，还设置有中间支承，如图2所示。
图2 万向传动装置的组成
二、万向传动装置的应用
万向传动装置在汽车上的应用主要有以下几个方面：
1) 变速器与驱动桥之间（4×2汽车），如图3所示：一般汽车的变速器、离合器与发动机三者装合为一体装在车架上，驱动桥通过悬架与车架相连。在负荷变化及汽车在不平路面行驶时引起的跳动，会使驱动桥输入轴与变速器输出轴之间的夹角和距离发生变化。
图 变速器与驱动桥之间的万向传动装置
2) 变速器与分动器、分动器与驱动桥之间（越野汽车），如图4所示：为消除车架变形及制造、装配误差等引起的其轴线同轴度误差对动力传递的影响，须装有万向传动装置。
图4 变速器与分动器、分动器与驱动桥之间的万向传动装置
3) 转向驱动桥的内、外半轴之间，如图5所示：转向时两段半轴轴线相交且交角变化，因此要用万向节。
图5 转向驱动桥内、外半轴之间的万向传动装置
4) 断开式驱动桥的半轴之间，如图6所示：主减速器壳在车架上是固定的，桥壳上下摆动，半轴是分段的，须用万向节。
图6 断开式驱动桥半轴之间的万向传动装置
5) 转向机构的转向轴和转向器之间，如图7所示：有利于转向机构的总体布置。
图7 转向机构的转向轴和转向器之间的万向传动装置
三 万向节
在汽车上使用的万向节可以从不同的角度分类。按其刚度大小，可分为刚性万向节和柔性万向节。刚性万向节按其速度特性分为不等速万向节（常用的为十字轴式）、准等速万向节（双联式和三销轴式）和等速万向节（包括球叉式和球笼式）。目前在汽车上应用较多的是十字轴式刚性万向节和等速万向节。十字轴式刚性万向节主要用于发动机前置后轮驱动的变速器与驱动桥之间，等角速万向节主要用于发动机前置前轮驱动的内、外半轴之间。
1、十字轴式刚性万向节
十字轴式刚性万向节，如图8所示，它允许相邻两轴的最大交角为15°～20°。
图8 十字轴式刚性万向节
1－轴承盖 2、6－万向节叉 3－油嘴 4－十字轴 5－安全阀 7－油封 8－滚针 9－套筒
1．构造
十字轴式刚性万向节主要由十字轴、万向节叉等组成。万向节叉上的孔分别套在十字轴的四个轴颈上。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，且与油嘴、安全阀相通，如图9所示。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油封。安全阀的作用是当十字轴内腔润滑脂压力超过允许值时，阀打开润滑脂外溢，使油封不会因油压过高而损坏。现代汽车多采用橡胶油封，多余的润滑油从油封内圆表面与十字轴轴颈接触处溢出，故无需安装安全阀。
万向节轴承的常见定位方式，除了用盖板定位外，还有用内、外弹性卡环进行定位。
图9 润滑油道及密封装置
1－油封挡盘 2－油封 3－油封座 4－油嘴
2．拆装、检修
1) 拆卸
打开锁片的锁爪，拆下轴承盖固定螺栓，取下锁片和轴承盖。用手推出轴承套筒及滚针。
对于较紧的轴承，可用手握住传动轴或伸缩套，用锤子敲击万向节叉，使十字轴撞击轴承套筒，震出滚针。
2) 装配
按与拆卸相反的顺序进行。
3) 检修
万向节分解完成后，需要用汽油清洗各零件，以便暴露出零件的损伤、磨损情况，而且应按以下要求检查和修复。
a. 检查滚针轴承，如果滚针断裂、油封失效，应更换新件。
b. 检查十字轴轴颈磨损、压痕剥落等情况。十字轴轴颈轻微磨损、轻微压痕或剥落，仍可继续使用，如果轴颈磨损过甚、严重压痕(深度超过0.1mm)或严重剥落时，应予以更换。
c. 检查万向节叉不得有裂纹或其他严重损伤，否则更换新件。
d. 万向节装配完毕后，可用手扳动十字轴进行检验，以转动自如没有松旷感觉为合适。若装配过紧或过松，应查明原因，必要时应拆检及重新装配。
2．十字轴式刚性万向节的速度特性
单个十字轴式刚性万向节在主动轴和从动轴之间有夹角的情况下，当主动叉等角速转动时，从动叉是不等角速的，这称为十字轴式刚性万向节的不等速特性。且两转轴之间的夹角α越大，不等速性就越大，如图10所示。
图10 十字轴式刚性万向节的不等速特性
十字轴式刚性万向节的不等速特性，将使从动轴及其相连的传动部件产生扭转振动，从而产生附加的交变载荷，影响部件寿命。
所以可以采用如图5－11所示的双十字轴刚性万向节的传动方式，第一万向节的不等速特性可以被第二万向节的不等速特性所抵消，从而实现两轴间的等角速传动。具体条件是：a)第一万向节两轴间夹角α1与第二万向节两轴间夹角α2相等；b)第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉处于同一平面。
图11 双十字轴刚性万向节等速传动布置图
1、3－主动叉 2、4－从动叉
由于悬架的振动，不可能在任何时候都保证α1＝α2，因此这种双十字轴刚性万向节的传动只能近似地解决等速传动问题，且由于两轴夹角最大只能是20°，因此使用上受到限制。
四、等速万向节
等速万向节的基本原理是传力点永远位于两轴交点的平分面上。如图12所示为等速万向节的工作原理图。一对大小相同锥齿轮的接触点P位于两齿轮轴线交角的平分面上，由P点到两轴的垂直距离都等于r。P点处两齿轮的圆周速度相等，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，就能保证等速传动。
图12 等速万向节的工作原理
等速万向节的常见结构形式有球笼式和球叉式。
1．球笼式等速万向节
1) 结构
如图13所示，球笼式万向节由六个钢球、星形套、球形壳和保持架等组成。万向节星形套与主动轴用花键固接在一起，星形套外表面有六条弧形凹槽滚道，球形壳的内表面有相应的六条凹槽，六个钢球分别装在各条凹槽中，由球笼使其保持在同一平面内。动力由主动轴、钢球、球形壳输出。
图13 球笼式万向节
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
球笼式万向节工作时六个钢球都参与传力，故承载能力强、磨损小、寿命长。它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) 检修
以桑塔纳2000轿车为例，主要是检查内、外等速万向节中各部件的磨损情况和装配间隙。一般外等速万向节酌情单件更换。内等角速万向节，如某部件磨损严重，则应整体更换。
外等速万向节的6颗钢球要求有一定的配合公差，并与星形套一起组成配合件。检查轴、球笼、星形套与钢球有无凹陷与磨损，若万向节间隙过大，需更换万向节。
内等速万向节的检修要检查球形壳、星形套、球笼及钢球有无凹陷与磨损，如磨损严重则应更换。内等速万向节只能整体调换，不可单个更换。
防尘罩及卡箍、弹簧挡圈等损坏时，应予以更换。
2．球叉式等速万向节
球叉式万向节如图14所示，它是由主动叉、从动叉、四个传动钢球、中心钢球、定位销、锁止销组成。主动叉与从动叉分别与内、外半轴制成一体。在主、从动叉上，分别有四个曲面凹槽，装配后，则形成两个相交的环形槽，作为钢球滚道。四个传动钢球放在槽中，中心钢球放在两叉中心的凹槽内，以定中心。
图14 球叉式万向节
1－从动叉 2－锁止销 3－定位销 4－传动钢球 5－主动叉 6－中心钢球
球叉式万向节在工作的时候，只有两个钢球传力，磨损快，影响使用寿命，现在应用越来越少。
五 传动轴和中间支承
一）传动轴
1．功用
传动轴是万向传动装置中的主要传力部件。通常用来连接变速器(或分动器)和驱动桥，在转向驱动桥和断开式驱动桥中，则用来连接差速器和驱动车轮。
2．构造
传动轴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，一般用厚度为1. 5~3.0mm的薄钢板卷焊而成，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。
如图5－15所示为解放CA1092汽车的万向传动装置，因传动轴过长时，自振频率降低，易产生共振，故将其分成两段并加中间支承，中间传动轴前端焊有万向节叉，后端焊有花键轴，其上套装带内花键的凸缘盘；主传动曲前端焊有花键轴，其上套装滑动叉并在花键轴上可轴向滑动，适应变速器与驱动桥相对位置的变化，滑动部位用润滑脂润滑，并用油封 (即橡胶伸缩套)防漏、防水、防尘，滑动叉前端装有带小孔的堵盖，保证花键部位伸缩自由。
图15 解放CA1092汽车的万向传动装置
1－凸缘叉 2－万向节十字轴 3－平衡片 4－中间传动轴 5、15－中间支承油封 6－中间支承前盖 7－橡胶垫片 8－中间支承后盖 9－双列圆锥滚子轴承 10、14－油嘴 1l－支架 12－堵盖 13－滑动叉 16－主传动轴 17－锁片 18－滚针轴承油封 19－万向节滚针轴承 20－滚针轴承轴承盖 21－装配位置标记
传动轴两端的连接件装好后，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。为防止装错位置和破坏平衡，滑动叉、轴管上都应刻有带箭头的记号。为保持平衡，油封15上两个带箍的开口销应装在间隔180°位置上，万向节的螺钉、垫片等零件不应随意改换规格。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。
二）检修
1) 目视检查传动轴轴管，不得有裂纹及严重的凹瘪。
2) 检查传动轴轴管全长上的径向圆跳动，如图16所示，应符合表1的规定。
图16 检查传动轴径向圆跳动
表1 传动轴轴管的径向圆跳动公差(mm)
轴 长
小于600
600～1000
大于1000
径向圆跳动
0.6
0.8
1.0
轿车传动轴径向圆跳动应比表4－1的值相应减小0.2mm。中间传动轴支承轴颈的径向圆跳动为0.10mm。当传动轴轴管的径向圆跳动超过表4－1的规定时，应对传动轴进行校正或更换。
3) 检查传动轴花键与滑动叉花键、凸缘叉与所配合花键的侧隙：轿车应不大于0.15mm，其他类型的汽车应不大于0.30mm，装配后应能滑动自如。
三）中间支承
1．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。
2．结构
中间支承常用弹性元件来满足上述功用，如图5－15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。带油封的支承盖之间装有弹性元件橡胶垫环，用三个螺栓紧固。紧固时，橡胶垫环会径向扩张，其外圆被挤紧于支架的内孔。
东风EQ1090汽车的中间支承如图17所示。轴承可在轴承座内轴向滑动，轴承座装在蜂窝形橡胶垫内，通过U形支架固定在车架横梁上。
图17 东风EQ1090汽车的中间支承
1－车架横梁 2－轴承座 3－轴承 4－油嘴 5 蜂窝形橡胶 6－U形支架 7－油封
3．检修
1) 检查中间支承的橡胶垫环是否开裂、油封磨损是否过甚而失效、轴承松旷或内孔磨损是否严重，如图5－18所示，如果是，均应更换新的中间支承。
图5－18 检查中间支承
2) 中间支承轴承经使用磨损后，需及时检查和调整，以恢复其良好的技术状况。以解放CAl092型汽车为例，其传动系中间支承为双列圆锥滚子轴承，有两个内圈和一个外圈，两内圈中间有一个隔套，供调整轴向间隙用。
磨损使中间支承轴向间隙超过0.30mm时，将引起中间支承发响和传动轴严重振动，导致各传力部件早期损坏。
调整方法：拆下凸缘和中间轴承，将调整隔板适当磨薄，传动轴承在不受轴向力的自由状态下，轴向间隙在0.15~0.25mm之间，装配好后用195~245N·m的扭矩拧紧凸缘螺母，保证轴承轴向间隙在0.05mm左右，即转动轴承外圈而无明显的轴向游隙为宜，最后从油嘴注入足够的润滑脂，以减小磨损。
六 万向传动装置的故障诊断
万向传动装置由于经常受汽车在复杂道路上行驶的影响，使传动轴在其角度和长度不断变化情况下传递转矩，因此常出现传动轴动不平衡、万向节与中间支承松旷、发响等故障。
一）传动轴动不平衡
1．现象
在万向节和伸缩叉技术状况良好时，汽车行驶中发出周期性的响声；速度越高响声越大，甚至伴随有车身振动，握转向盘的手感觉麻木。
2．原因
①传动轴上的平衡块脱落；
②传动轴弯曲或传动轴管凹陷；
③传动轴管与万向节叉焊接不正或传动轴未进行过动平衡试验和校准；
④伸缩叉安装错位，造成传动轴两端的万向节叉不在同一平面内，不满足等速传动条件。
3．故障诊断与排除方法
①检查传动轴管是否凹陷：有凹陷，则故障由此引起；无凹陷，则继续检查。
②检查传动轴管上的平衡片是否脱落，如脱落，则故障由此引起；否则继续检查。
③检查伸缩叉安装是否正确，不正确，则故障由此引起；否则继续检查。
④拆下传动轴进行动平衡试验，动不平衡，则应校准以消除故障。弯曲应校直。
二）万向节松旷
1．现象
在汽车起步或突然改变车速时，传动轴发出“抗”的响声；在汽车缓行时，发出“咣当、咣当”的响声。
2．原因
①凸缘盘连接螺栓松动；
②万向节主、从动部分游动角度太大；
③万向节十字轴磨损严重。
3．故障诊断与排除方法
①用榔头轻轻敲击各万向节凸缘盘连接处，检查其松紧度。太松旷则故障由连接螺栓松动引起，否则继续检查。
②用双手分别握住万向节主、从动部分转动，检查游动角度。游动角度太大，则故障由此引起。
三）中间支承松旷
1．现象
汽车运行中出现一种连续的“呜呜”响声，车速越高响声越大。
2．原因
①滚动轴承缺油烧蚀或磨损严重；
②中间支承安装方法不当，造成附加载荷而产生异常磨损；
③橡胶圆环损坏；
④车架变形，造成前后连接部分的轴线在水平面内的投影不同线而产生异常磨损。
3．故障诊断与排除方法
①给中间支承轴承加注润滑脂，响声消失，则故障由缺油引起；否则继续检查。
②松开夹紧橡胶圆环的所有螺钉，待传动轴转动数圈后再拧紧，若响声消失，则故障由中间支承安装方法不当引起。否则故障可能是：橡胶圆环损坏；或滚动轴承技术状况不佳；或车架变形等引起。
四）传动轴异响
1．现象
汽车行驶中传动装置发出周期性的响声；车速越高响声越大，严重时伴随有车身振抖。
2．原因
主要原因是传动轴动不平衡；由于传动轴变形或平衡块脱落等，其次是中间支承吊架固定螺栓松动或万向节凸缘盘连接螺栓松动，使传动轴偏斜。
3．故障诊断与排除
除“传动轴动不平衡”诊断方法外，再检查中间支承吊架固定螺栓和万向节凸缘盘连接螺栓是否松动，若有松动，则异响由此引起。
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