1. 球叉式萬向節(jié)
球叉式萬向節(jié)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(jié)(圖4—6a)由兩個萬向節(jié)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(jié)中心O的距離相等。當萬向節(jié)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(jié)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(jié)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(fā)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(jié)(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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)作為轉向驅動橋的傳力構件時,萬向節(jié)旋轉軸線應與車橋的軸線相重合,以避免發(fā)生萬向節(jié)的擺動現(xiàn)象。為了不至于在萬向節(jié)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(jié)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(jié)中心應位于轉向主銷軸線上。另外,應保證在萬向節(jié)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(jié)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(jié)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(chǎn)生過載現(xiàn)象。
2.球籠式萬向節(jié)
球籠式萬向節(jié)是目前應用最為廣泛的等速萬向節(jié)。早期的Rzeppa型球籠式萬向節(jié)(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(jié)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(jīng)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(jié)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(jié)(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(jié)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(qū)。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(jié)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(huán)油潤滑。另外,萬向節(jié)的密封裝置應保證潤滑劑不漏出,根據(jù)傳動角度的大小采取不同形式的密封裝置。這種萬向節(jié)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(jié)(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(xiàn)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(jié)允許的工作最大夾角為20°。
Rzeppa型球籠式萬向節(jié)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(jié)和伸縮型球籠式萬向節(jié)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(jié),靠近差速器一側則采用伸縮型球籠式萬向節(jié),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(jié)還被廣泛地應用到斷開式驅動橋中。