画法几何学在汽车传动系统中的应用——普通万向节的速度特性分析王水提金
第22卷第4期
2005年7月
河北工业科技
HebeiJournalofIndustrialScienceandTechnology
V o1.22.NO.4
xoy2July2005
文章编号:1008—1534(2005)04—0225—03
画法几何学在汽车传动系统中的应用
——
普通万向节的速度特性分析
孟凡洁
(河北交通职业技术学院汽车工程系，河北石家庄050091)
摘要：万向节在汽车传动系统中的应用非常普遍，它用以连接不在同一直线上的2根轴并传递动
力.利用画法几何学的理论和方法，通过分析普通万向节连接的主，从动轴之间的转角关系，得出 普通万向节的速度特性，即传动的不等速性，为汽车传动系统的故障分析与维修提供了相应的理论
依据.
关键词：普通万向节；速度特性；主动轴；从动轴
中图分类号:TH181文献标识码:A Applicationofdescriptivegeometryintheautomobiletransmission: analysisofspedcharalteristicofuniversaljoint
MENGFan-jie
(AutomobileEngineeringDepartment,HebeiJiaotongV ocationalandTechnicalCollege,S
hijiazhuangHebei050091,China)
Abstract:Theuniversaljoint,whichconnectstwoshaftslocatedinintersectingaxisfortransm ittingpower.iswidelyusedin
automobiletransmissiongearing.Withthetheoryandmethodofdescriptivegeometry,thispa perelicitsthespeedcharacteristic ofcommonuniversaljointbyanalyzingrotatingrelationbetweendrivingshaftanddrivensha ft.Itprovidestheoreticbasisfor malfunctiondiagnosisandservicesofautomobiletransmissiongearing.
Keywords:universaljoint;speedcharacteristic;drivingshaft;drivenshaft
在现代汽车的变速器和驱动桥之间都是利用万
向传动装置(由万向节和传动轴组成)来传递转矩
的[1]，见图1.这是因为在设计时，变速器的输出轴
与驱动桥的输入轴二者的轴线布置得难以重合，因
而使得传动轴与两端被连接的输出轴和输入轴之间
存在着一个夹角),，而且在汽车行驶过程中，这个夹
角以及两端的距离还会随着连接驱动桥与车架的弹
性悬架的弹性变形而变化.在这样2根轴线不重合
且其相对位置还经常发生变化的2根轴之间传递动
力，用1根两端刚性连接的整体传动轴显然是不行
的，故必须采用万向传动装置.
1一变速器:2一万向节;3一传动轴
4一驱动桥;5一车架;6一弹性悬架
图1变速器与驱动桥之间的万向传动装置
Fig.1Universaldevicebetweentransmission
anddrivingaxle
收稿日期;20o4_l0_26；修回日期;20o5_l01普通万向节的结构和运动特点
隔磁片
奏堡妻雯要,,..仆.+.万向节是万向传动装置中的主要部件.目前汽作者简介；盂凡洁(1950一)，女，河北涿州人，高级讲师，主要从事……～…,…一'…一………
lc谐振放大器
汽车检测与故障诊断，工程图学理论与应用方面的研究.车传动系中应用最广的是
普通十字轴式刚性万向
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节，它允许在轴间夹角为15.～2O.的2根轴之间传递动力.
图2是这种万向节的示意图，与主动轴和从动
网邻
轴固连的万向节主动叉和从动又上的孔，分别活套在十字轴的2对轴颈上，这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动. 4一从动叉;5一从动轴
图2万向节工作示意图
Fig.2Sketchmapofuniversaljointoperating
2普通万向节的速度特性
2.1主，从动轴的转角关系
这种普通万向节具有传动的不等速性，即当主
动轴以等角速度旋转时，从动轴作不等角速度转动, 如果主动轴转过1个角度Ot，则在同一时间内从动轴转过1个角度，这2个转角之间的关系可用画
法几何学的理论和方法进行分析.
如图3所示，主动轴1和从动轴2,2根轴夹角为),.设想将十字轴拆离，并取主动又上的A点和
从动叉上的c点进行分析.在传动过程中，此2点(以及B点,D点)均在以0为球心，以十字轴半轴
AO=CO为半径的球面上运动.设运动的初始位置
是主动叉所在的平面平行于V面，从动又所在的平面垂直于V面.
当主动轴1绕自身轴线旋转a角时，主动叉上
的点A旋转至A，其旋转轨迹为平行于侧面的圆弧，侧面投影反映旋转角的真实大小，由此确定A
的侧面投影a，由a求得正面投影a.
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主动叉轴1和又轴2的转动，驱动从动叉上的
点C绕从动轴旋转至点C，由于从动轴平行于V
面，所以点C旋转轨迹的正面投影应在从动轴的垂
线01上；又由于OA平行于面,OC垂直于
OA，所以c点的侧面投影应在0a的垂线1
上引.
将C点所在的直线01绕0y轴旋转平行于
面，求出01的实长(图上为1)，在此实长上截
取OC实长,OC=OA—2，由实长02反求投影
oc，再由求出C；此时,11"0～C反映出COC
的大小，即C点的旋转角度为].
由图弛tanot
一一
O务=OS，所以,l4Cy
主，从动轴的转角关系为
tanOt—tan卢cos),.(1)
李\,/.\./f
,=,I.:/
..
/\\\三.
1\,
1一主动轴;2一主动叉I3一从动轴;4一从动叉
图3主，从动轴的转角关系分析
Fig.3Analysisofrotatingrelationbetweendrivingshaftanddrivenshaft 2.2普通万向节的速度特性
图4为利用公式(1)得出的)，角分别为1O.和
2O.时，主动轴与从动轴的转角之差Ot一卢随主动轴
转角而变化的关系曲线Ⅲ.
由图4可知:1)当主动轴以等角速转动时，从动
轴转速时快时慢，呈180.周期性变化，此即普通十
字轴万向节传动的不等速性.而所谓"不等速性",
是指从动轴在1周中角速度不匀而言.而主，从动
第4期盂凡洁画法几何学在汽车传动系统中的应用——普通万向节的速度特性分析227
轴的平均转速是相等的，即主动轴转过1周，从动轴
也转过l周.2)主动轴，从动轴夹角愈大，转角差
a一胞大，即万向节传动的不等速性愈严重.
a0
1
2
图4普通万向节角速度
变化关系曲线
Fig.4Roatingspeedvariabilitycurve
ofcommonuniversaljoint
3结语
普通万向节传动的不等速性，将使从动轴及与
其相连的传动部件产生扭转振动，从而产生附加交
变载荷，加剧部件的损坏.
2
卜输入轴(主动轴);2--输出轴(从动轴);3一伸缩节
图5双万向节的等速排列
Fig.5Equalrotatingspeedarrangement
oftWOuniversaljoints
为了实现等角速传动，在汽车传动系中常采用
2个方向节串连安装，见图5.实践和理论分析证
驴驴驴驴驴驴驴
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