一、萬向傳動裝置的功用和組成
1．功用
萬向傳動裝置在汽車上有很多應用，結構也稍有不同，但其功用都是一樣的，即在軸線相交且相互位置經常發生變化的兩轉軸之間傳遞動力。
如圖1所示為在汽車中最常見的應用，位於變速器與驅動橋之間的萬向傳動裝置。由於汽車佈置、設計等原因，變速器輸出軸和驅動橋輸入軸不可能在同一軸線上，並且變速器雖然是安裝在車架（車身）上，可以認為位置是不動的，但驅動橋會由於懸架的變形而引起其位置經常發生變化，所以在變速器和驅動橋之間裝有萬向傳動裝置正好可以滿足這些使用、設計的要求。
圖1 變速器與驅動橋之間的萬向傳動裝置
1－變速器 2－萬向傳動裝置 3－驅動橋 4－後懸架 5－車架
2．組成
萬向傳動裝置主要包括萬向節和傳動軸，對於傳動距離較遠的分段式傳動軸，為了提高傳動軸的剛度，還設置有中間支承，如圖2所示。
圖2 萬向傳動裝置的組成
二、萬向傳動裝置的應用
萬向傳動裝置在汽車上的應用主要有以下幾個方面：
1) 變速器與驅動橋之間（4×2汽車），如圖3所示：一般汽車的變速器、離合器與發動機三者裝合為一體裝在車架上，驅動橋通過懸架與車架相連。在負荷變化及汽車在不平路面行駛時引起的跳動，會使驅動橋輸入軸與變速器輸出軸之間的夾角和距離發生變化。
圖 變速器與驅動橋之間的萬向傳動裝置
2) 變速器與分動器、分動器與驅動橋之間（越野汽車），如圖4所示：為消除車架變形及製造、裝配誤差等引起的其軸線同軸度誤差對動力傳遞的影響，須裝有萬向傳動裝置。
圖4 變速器與分動器、分動器與驅動橋之間的萬向傳動裝置
3) 轉向驅動橋的內、外半軸之間，如圖5所示：轉向時兩段半軸軸線相交且交角變化，因此要用萬向節。
圖5 轉向驅動橋內、外半軸之間的萬向傳動裝置
4) 斷開式驅動橋的半軸之間，如圖6所示：主減速器殼在車架上是固定的，橋殼上下襬動，半軸是分段的，須用萬向節。
圖6 斷開式驅動橋半軸之間的萬向傳動裝置
5) 轉向機構的轉向軸和轉向器之間，如圖7所示：有利於轉向機構的總體佈置。
圖7 轉向機構的轉向軸和轉向器之間的萬向傳動裝置
三 萬向節
在汽車上使用的萬向節可以從不同的角度分類。按其剛度大小，可分為剛性萬向節和柔性萬向節。剛性萬向節按其速度特性分為不等速萬向節（常用的為十字軸式）、準等速萬向節（雙聯式和三銷軸式）和等速萬向節（包括球叉式和球籠式）。目前在汽車上應用較多的是十字軸式剛性萬向節和等速萬向節。十字軸式剛性萬向節主要用於發動機前置後輪驅動的變速器與驅動橋之間，等角速萬向節主要用於發動機前置前輪驅動的內、外半軸之間。
1、十字軸式剛性萬向節
十字軸式剛性萬向節，如圖8所示，它允許相鄰兩軸的最大交角為15°～20°。
圖8 十字軸式剛性萬向節
1－軸承蓋 2、6－萬向節叉 3－油嘴 4－十字軸 5－安全閥 7－油封 8－滾針 9－套筒
1．構造
十字軸式剛性萬向節主要由十字軸、萬向節叉等組成。萬向節叉上的孔分別套在十字軸的四個軸頸上。在十字軸軸頸與萬向節叉孔之間裝有滾針和套筒，用帶有鎖片的螺釘和軸承蓋來使之軸向定位。為了潤滑軸承，十字軸內鑽有油道，且與油嘴、安全閥相通，如圖9所示。為避免潤滑油流出及塵垢進入軸承，十字軸軸頸的內端套裝著油封。安全閥的作用是當十字軸內腔潤滑脂壓力超過允許值時，閥打開潤滑脂外溢，使油封不會因油壓過高而損壞。現代汽車多采用橡膠油封，多餘的潤滑油從油封內圓表面與十字軸軸頸接觸處溢出，故無需安裝安全閥。
萬向節軸承的常見定位方式，除了用蓋板定位外，還有用內、外彈性卡環進行定位。
圖9 潤滑油道及密封裝置
1－油封擋盤 2－油封 3－油封座 4－油嘴
2．拆裝、檢修
1) 拆卸
打開鎖片的鎖爪，拆下軸承蓋固定螺栓，取下鎖片和軸承蓋。用手推出軸承套筒及滾針。
對於較緊的軸承，可用手握住傳動軸或伸縮套，用錘子敲擊萬向節叉，使十字軸撞擊軸承套筒，震出滾針。
2) 裝配
按與拆卸相反的順序進行。
3) 檢修
萬向節分解完成後，需要用汽油清洗各零件，以便暴露出零件的損傷、磨損情況，而且應按以下要求檢查和修復。
a. 檢查滾針軸承，如果滾針斷裂、油封失效，應更換新件。
b. 檢查十字軸軸頸磨損、壓痕剝落等情況。十字軸軸頸輕微磨損、輕微壓痕或剝落，仍可繼續使用，如果軸頸磨損過甚、嚴重壓痕(深度超過0.1mm)或嚴重剝落時，應予以更換。
c. 檢查萬向節叉不得有裂紋或其他嚴重損傷，否則更換新件。
d. 萬向節裝配完畢後，可用手扳動十字軸進行檢驗，以轉動自如沒有松曠感覺為合適。若裝配過緊或過鬆，應查明原因，必要時應拆檢及重新裝配。
2．十字軸式剛性萬向節的速度特性
單個十字軸式剛性萬向節在主動軸和從動軸之間有夾角的情況下，當主動叉等角速轉動時，從動叉是不等角速的，這稱為十字軸式剛性萬向節的不等速特性。且兩轉軸之間的夾角α越大，不等速性就越大，如圖10所示。
圖10 十字軸式剛性萬向節的不等速特性
十字軸式剛性萬向節的不等速特性，將使從動軸及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，影響部件壽命。
所以可以採用如圖5－11所示的雙十字軸剛性萬向節的傳動方式，第一萬向節的不等速特性可以被第二萬向節的不等速特性所抵消，從而實現兩軸間的等角速傳動。具體條件是：a)第一萬向節兩軸間夾角α1與第二萬向節兩軸間夾角α2相等；b)第一萬向節的從動叉與第二萬向節的主動叉處於同一平面。
圖11 雙十字軸剛性萬向節等速傳動佈置圖
1、3－主動叉 2、4－從動叉
由於懸架的振動，不可能在任何時候都保證α1＝α2，因此這種雙十字軸剛性萬向節的傳動只能近似地解決等速傳動問題，且由於兩軸夾角最大隻能是20°，因此使用上受到限制。
四、等速萬向節
等速萬向節的基本原理是傳力點永遠位於兩軸交點的平分面上。如圖12所示為等速萬向節的工作原理圖。一對大小相同錐齒輪的接觸點P位於兩齒輪軸線交角的平分面上，由P點到兩軸的垂直距離都等於r。P點處兩齒輪的圓周速度相等，兩齒輪的角速度也相等。可見，若萬向節的傳力點在其交角變化時，始終位於兩軸夾角的平分面上，就能保證等速傳動。
圖12 等速萬向節的工作原理
等速萬向節的常見結構形式有球籠式和球叉式。
1．球籠式等速萬向節
1) 結構
如圖13所示，球籠式萬向節由六個鋼球、星形套、球形殼和保持架等組成。萬向節星形套與主動軸用花鍵固接在一起，星形套外表面有六條弧形凹槽滾道，球形殼的內表面有相應的六條凹槽，六個鋼球分別裝在各條凹槽中，由球籠使其保持在同一平面內。動力由主動軸、鋼球、球形殼輸出。
圖13 球籠式萬向節
1－主動軸 2、5－鋼帶箍 3－外罩 4－保持架(球籠) 6－鋼球 7－星形套(內滾道) 8－球形殼(外滾道) 9－卡環
球籠式萬向節工作時六個鋼球都參與傳力，故承載能力強、磨損小、壽命長。它被廣泛應用於各種型號的轉向驅動橋和獨立懸架的驅動橋。
2) 檢修
以桑塔納2000轎車為例，主要是檢查內、外等速萬向節中各部件的磨損情況和裝配間隙。一般外等速萬向節酌情單件更換。內等角速萬向節，如某部件磨損嚴重，則應整體更換。
外等速萬向節的6顆鋼球要求有一定的配合公差，並與星形套一起組成配合件。檢查軸、球籠、星形套與鋼球有無凹陷與磨損，若萬向節間隙過大，需更換萬向節。
內等速萬向節的檢修要檢查球形殼、星形套、球籠及鋼球有無凹陷與磨損，如磨損嚴重則應更換。內等速萬向節只能整體調換，不可單個更換。
防塵罩及卡箍、彈簧擋圈等損壞時，應予以更換。
2．球叉式等速萬向節
球叉式萬向節如圖14所示，它是由主動叉、從動叉、四個傳動鋼球、中心鋼球、定位銷、鎖止銷組成。主動叉與從動叉分別與內、外半軸製成一體。在主、從動叉上，分別有四個曲面凹槽，裝配後，則形成兩個相交的環形槽，作為鋼球滾道。四個傳動鋼球放在槽中，中心鋼球放在兩叉中心的凹槽內，以定中心。
圖14 球叉式萬向節
1－從動叉 2－鎖止銷 3－定位銷 4－傳動鋼球 5－主動叉 6－中心鋼球
球叉式萬向節在工作的時候，只有兩個鋼球傳力，磨損快，影響使用壽命，現在應用越來越少。
五 傳動軸和中間支承
一）傳動軸
1．功用
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車輪。
2．構造
傳動軸有實心軸和空心軸之分。為了減輕傳動軸的質量，節省材料，提高軸的強度、剛度，傳動軸多為空心軸，一般用厚度為1. 5~3.0mm的薄鋼板卷焊而成，超重型貨車則直接採用無縫鋼管。
轉向驅動橋、斷開式驅動橋或微型汽車的傳動軸通常製成實心軸。
如圖5－15所示為解放CA1092汽車的萬向傳動裝置，因傳動軸過長時，自振頻率降低，易產生共振，故將其分成兩段並加中間支承，中間傳動軸前端焊有萬向節叉，後端焊有花鍵軸，其上套裝帶內花鍵的凸緣盤；主傳動曲前端焊有花鍵軸，其上套裝滑動叉並在花鍵軸上可軸向滑動，適應變速器與驅動橋相對位置的變化，滑動部位用潤滑脂潤滑，並用油封 (即橡膠伸縮套)防漏、防水、防塵，滑動叉前端裝有帶小孔的堵蓋，保證花鍵部位伸縮自由。
圖15 解放CA1092汽車的萬向傳動裝置
1－凸緣叉 2－萬向節十字軸 3－平衡片 4－中間傳動軸 5、15－中間支承油封 6－中間支承前蓋 7－橡膠墊片 8－中間支承後蓋 9－雙列圓錐滾子軸承 10、14－油嘴 1l－支架 12－堵蓋 13－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
傳動軸兩端的連接件裝好後，應進行動平衡試驗。在質量輕的一側補焊平衡片，使其不平衡量不超過規定值。為防止裝錯位置和破壞平衡，滑動叉、軸管上都應刻有帶箭頭的記號。為保持平衡，油封15上兩個帶箍的開口銷應裝在間隔180°位置上，萬向節的螺釘、墊片等零件不應隨意改換規格。為加註潤滑脂方便，萬向傳動裝置的油嘴應在一條直線上，且萬向節上的油嘴應朝向傳動軸。
二）檢修
1) 目視檢查傳動軸軸管，不得有裂紋及嚴重的凹癟。
2) 檢查傳動軸軸管全長上的徑向圓跳動，如圖16所示，應符合表1的規定。
圖16 檢查傳動軸徑向圓跳動
表1 傳動軸軸管的徑向圓跳動公差(mm)
軸 長
小於600
600～1000
大於1000
徑向圓跳動
0.6
0.8
1.0
轎車傳動軸徑向圓跳動應比表4－1的值相應減小0.2mm。中間傳動軸支承軸頸的徑向圓跳動為0.10mm。當傳動軸軸管的徑向圓跳動超過表4－1的規定時，應對傳動軸進行校正或更換。
3) 檢查傳動軸花鍵與滑動叉花鍵、凸緣叉與所配合花鍵的側隙：轎車應不大於0.15mm，其他類型的汽車應不大於0.30mm，裝配後應能滑動自如。
三）中間支承
1．功用
傳動軸分段時需加中間支承，中間支承通常裝在車架橫樑上，能補償傳動軸軸向和角度方向的安裝誤差，以及汽車行駛過程中因發動機竄動或車架變形等引起的位移。
2．結構
中間支承常用彈性元件來滿足上述功用，如圖5－15所示的中間支承是由支架和軸承等組成，雙列錐軸承固定在中間傳動軸後部的軸頸上。帶油封的支承蓋之間裝有彈性元件橡膠墊環，用三個螺栓緊固。緊固時，橡膠墊環會徑向擴張，其外圓被擠緊於支架的內孔。
東風EQ1090汽車的中間支承如圖17所示。軸承可在軸承座內軸向滑動，軸承座裝在蜂窩形橡膠墊內，通過U形支架固定在車架橫樑上。
圖17 東風EQ1090汽車的中間支承
1－車架橫樑 2－軸承座 3－軸承 4－油嘴 5 蜂窩形橡膠 6－U形支架 7－油封
3．檢修
1) 檢查中間支承的橡膠墊環是否開裂、油封磨損是否過甚而失效、軸承松曠或內孔磨損是否嚴重，如圖5－18所示，如果是，均應更換新的中間支承。
圖5－18 檢查中間支承
2) 中間支承軸承經使用磨損後，需及時檢查和調整，以恢復其良好的技術狀況。以解放CAl092型汽車為例，其傳動系中間支承為雙列圓錐滾子軸承，有兩個內圈和一個外圈，兩內圈中間有一個隔套，供調整軸向間隙用。
磨損使中間支承軸向間隙超過0.30mm時，將引起中間支承發響和傳動軸嚴重振動，導致各傳力部件早期損壞。
調整方法：拆下凸緣和中間軸承，將調整隔板適當磨薄，傳動軸承在不受軸向力的自由狀態下，軸向間隙在0.15~0.25mm之間，裝配好後用195~245N·m的扭矩擰緊凸緣螺母，保證軸承軸向間隙在0.05mm左右，即轉動軸承外圈而無明顯的軸向遊隙為宜，最後從油嘴注入足夠的潤滑脂，以減小磨損。
六 萬向傳動裝置的故障診斷
萬向傳動裝置由於經常受汽車在複雜道路上行駛的影響，使傳動軸在其角度和長度不斷變化情況下傳遞轉矩，因此常出現傳動軸動不平衡、萬向節與中間支承松曠、發響等故障。
一）傳動軸動不平衡
1．現象
在萬向節和伸縮叉技術狀況良好時，汽車行駛中發出週期性的響聲；速度越高響聲越大，甚至伴隨有車身振動，握轉向盤的手感覺麻木。
2．原因
①傳動軸上的平衡塊脫落；
②傳動軸彎曲或傳動軸管凹陷；
③傳動軸管與萬向節叉焊接不正或傳動軸未進行過動平衡試驗和校準；
④伸縮叉安裝錯位，造成傳動軸兩端的萬向節叉不在同一平面內，不滿足等速傳動條件。
3．故障診斷與排除方法
①檢查傳動軸管是否凹陷：有凹陷，則故障由此引起；無凹陷，則繼續檢查。
②檢查傳動軸管上的平衡片是否脫落，如脫落，則故障由此引起；否則繼續檢查。
③檢查伸縮叉安裝是否正確，不正確，則故障由此引起；否則繼續檢查。
④拆下傳動軸進行動平衡試驗，動不平衡，則應校準以消除故障。彎曲應校直。
二）萬向節松曠
1．現象
在汽車起步或突然改變車速時，傳動軸發出“抗”的響聲；在汽車緩行時，發出“咣噹、咣噹”的響聲。
2．原因
①凸緣盤連接螺栓鬆動；
②萬向節主、從動部分遊動角度太大；
③萬向節十字軸磨損嚴重。
3．故障診斷與排除方法
①用榔頭輕輕敲擊各萬向節凸緣盤連接處，檢查其鬆緊度。太鬆曠則故障由連接螺栓鬆動引起，否則繼續檢查。
②用雙手分別握住萬向節主、從動部分轉動，檢查遊動角度。遊動角度太大，則故障由此引起。
三）中間支承松曠
1．現象
汽車運行中出現一種連續的“嗚嗚”響聲，車速越高響聲越大。
2．原因
①滾動軸承缺油燒蝕或磨損嚴重；
②中間支承安裝方法不當，造成附加載荷而產生異常磨損；
③橡膠圓環損壞；
④車架變形，造成前後連接部分的軸線在水平面內的投影不同線而產生異常磨損。
3．故障診斷與排除方法
①給中間支承軸承加註潤滑脂，響聲消失，則故障由缺油引起；否則繼續檢查。
②鬆開夾緊橡膠圓環的所有螺釘，待傳動軸轉動數圈後再擰緊，若響聲消失，則故障由中間支承安裝方法不當引起。否則故障可能是：橡膠圓環損壞；或滾動軸承技術狀況不佳；或車架變形等引起。
四）傳動軸異響
1．現象
汽車行駛中傳動裝置發出週期性的響聲；車速越高響聲越大，嚴重時伴隨有車身振抖。
2．原因
主要原因是傳動軸動不平衡；由於傳動軸變形或平衡塊脫落等，其次是中間支承吊架固定螺栓鬆動或萬向節凸緣盤連接螺栓鬆動，使傳動軸偏斜。
3．故障診斷與排除
除“傳動軸動不平衡”診斷方法外，再檢查中間支承吊架固定螺栓和萬向節凸緣盤連接螺栓是否鬆動，若有鬆動，則異響由此引起。
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