1.5 万向传动装置（教案）《汽车底盘构造与维修》同步精品课堂（高教版·第3版）

《汽车底盘构造与维修》教案 课 题 1.5 万向传动装置 课 型 理论课 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课的内容是关于《汽车底盘构造与维修》中模块1汽车传动系的第五节万向传动装置，要求学生掌握万向传动装置构造原理及应用知识，具备万向传动装置故障诊断与维修能力。选用的教材是由高等教育出版社出版的《汽车底盘构造与维修》（高教版 第3版）。 学情分析 知识储备：对汽车底盘和构造尚无了解。 能力水平：尚不熟悉汽车底盘维修的各项方法。 学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。 学习目标 知识目标：掌握万向传动装置构造原理及应用知识。 能力目标：具备万向传动装置故障诊断与维修能力。 情感目标：培养对汽车维修工作的兴趣和严谨细致的工作态度。 学习重难点 学习重点：掌握万向传动装置的构造、工作原理及拆装检修方法。 学习难点：理解万向传动装置在复杂行驶条件下的故障诊断与排除。 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、实物教学法 课前准备 教师准备：教学课件 学生准备：课前预习 教学媒体 多媒体教室、多媒体课件 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 课程导入 1. 回顾汽车传动系的基本构成和作用。 1. 认真听讲，回顾所学内容。 1. 帮助学生巩固旧知识，引出新课。 2. 提问：汽车在不同路况下，传动轴如何保持灵活转动？ 2. 思考并尝试回答教师的问题。 2. 激发学生兴趣，引入万向传动装置的话题。 新授课程 1、 万向传动装置的功用及组成和类型 在发动机前置后轮驱动的汽车上,变速器常与发动机、离合器连成一体支承在车架上,驱动桥则通过悬架装置与车架连接。驱动桥由于装载重量变化及路面的凸凹不平会产生上下运动,而汽车在加速或减速时,由于惯性产生前后运动,结果在变速器与主减速器之间产生轴交角与距离的变化。因此,为了能使变速器的动力传递到主减速器,需用万向节和轴向长度可自由伸缩的滑动叉(也称花键轴)--即万向传动装置。 1. 听讲并理解万向传动装置的功用。 1. 明确万向传动装置的重要性和基本构成。 1. 展示万向传动装置的图片和实物。 2. 观察图片和实物，加深理解。 2. 直观感受万向传动装置的结构。 2. 讲解万向传动装置的组成和类型。 万向传动装置一般由万向节和传动轴组成,有的还加中间轴承。 万向传动装置可分为闭式和开式两种。 闭式万向传动装置采用单万向节,传动轴被封闭在套管中,套管与车架做球铰链连接,而与驱动桥固定连接。国产广州标致505PU的万向传动装置即为闭式,其最大特点是:传动轴外壳作为推力管来传递汽车的纵向力,从而使传动轴外壳起到了悬架系统导向机构中纵向摆臂的作用,这对于其后悬架采用螺旋弹簧作为弹性元件是十分必要的。因为螺旋弹簧只能传递垂直载荷,闭式万向传动装置目前较少采用。开式万向传动装置结构简单,质量轻,现代汽车广泛采用,如解放 CA1091、EO1090汽车的开式万向传动装置应用于汽车的传动系,而一汽奥迪、上海桑塔纳、天津夏利等汽车的开式万向传动装置应用于转向驱动桥。 3. 记录并总结万向传动装置的组成和类型。 3. 掌握万向传动装置的基本知识。 2、 万向节的构造与工作原理 万向节按其在扭转方向上是否有明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节靠铰链式连接传递动力,挠性万向节靠弹性件传递动力。刚性万向节根据其速度特性又可分为不等速和等速万向节。不等速万向节为十字轴式万向节,等速万向节有双联式万向节、三销轴式万向节、球叉式万向节和球笼式万向节。 1. 讲解十字轴刚性万向节的构造和工作原理。 1. 理解十字轴刚性万向节的结构和工作方式。 1. 展示十字轴刚性万向节的模型或动画。 汽车传动系中广泛应用十字轴刚性万向节,它允许相邻两轴的最大交角为15°~20° 图 1-123 所示为十字轴式刚性万向节。它由万向节叉、十字轴、滚针轴承、油封和油嘴等组成。2个万向节叉通过其上的孔分别活套在十字轴的两对轴颈上,并在十字轴颈和万向节叉孔间装有由滚针和套筒组成的滚针轴承,然后用螺栓和轴承盖将套筒固定在万向节叉上,并 用锁片锁紧,以防止套筒在叉孔内转动和运转中由于离心力作用被甩出。为了润渭轴承,十字轴轴颈做成中空的油道并与轴颈安全阀相通,润滑油从油嘴注人十字轴内腔。安全阀装在十字轴中部,为了避免润滑油的流出及尘垢进人轴承,在十字轴的轴颈上套着装在金属座圈内的毛毡油封。十字轴上的安全阀可自动控制油道内的油压,如油压过高,安全阀被顶开,使润滑油外溢,以保证油封不致因油压过高而损坏。 (2)刚性十字轴万向节的速度特性 上述刚性万向节结构简单,传动效率高,因此,在现代汽车上被广泛采用。但这种刚性万向节,单个使用在两轴之间有夹角的情况下,其两轴的角速度是不相等的,即主动轴等速转一周时,从动轴会出现两次周期性的超越或滞后变化,两轴夹角越大,角速度变化幅度也越大。下面以单个万向节传动情况来分析其不等速性。如图1-124所示,设主动叉轴以等角速度。旋转,两又轴夹角为α,当主动叉轴转至图 1-124a所示位置时,十字轴上A点在该瞬间的圆周速度可从主动叉轴和从动叉轴两方面求出:即"=ω,r=@,rcos α,此时 ω,>ω,。当主动叉轴转至图 1-124b位置时,十字轴B点该瞬时圆周速度也可从主、从动叉轴两方面求出:即"w,rcos α=∞,,此时 ω,<ω,。从上述分析可见,当主动又轴等角速旋转时,从动又轴是不等角速的。从图1-124a转到图1-124b的位置,从动轴的角速度由最大值。,/cosa变到最小值w,cos α,主动叉轴再转过 90°,从动叉轴的角速度又由最小值变到最大值,从动又轴的角速度变化周期为 180”,即在一圈内有两快两慢。显然,从动又轴出现两次超越和滞后,而不等速的程度随α角增大而增大。但两轴的平均转速是相等的,即主动轴转一圈,从动轴也转一圈。 (3) 十字轴万向节等角速传动的条件单个万向节的不等速性,将使从动轴及与其相连的传动部件产生扭转振动,而振动所产生的交变载荷会影响部件的使用寿命。为避免这一缺陷,汽车上均采用双万向节传动。如图1-125所示,用传动轴将2个万向节连接起来,从而实现两轴间的等角速传动。但要保证主、从动轴瞬间角速度相等,必须具备两个条件:①传动轴与主动轴之间的夹角α,等于传动轴与从动轴之间的夹角 α,,即 α,=α,;②第一万向节的从动叉与第二万向节的主动又处于同一平面内。由图 1-125 可知,中间轴传动的角速度。,与主动轴角速度 ,、从动轴角速度 ,的关系为 因此,只要 α,=α,,那么 ω,=ω₂。而使α,=α,,在实际传动轴与万向节连接中,有两种连接情况,一种是主动轴与从动轴轴线平行的平行排列,另一种是主动轴与从动轴轴线形成等腰三角形的两个腰的等腰排列。 2. 观察模型或动画，加深理解。 2. 直观感受十字轴刚性万向节的运动特性。 2. 讲解等角速万向节的构造和工作原理。 在独立悬架的转向驱动桥中，由于受轴向尺寸的限制及要求偏转角大等原因,普通万向节已不能适应其要求,所以广泛采用了多种类型的等角速万向节,常见的等角速万向节有双联式、三销轴式、球叉式和球笼式。 (1)双联式万向节 双联式万向节从工作原理上看,实际是一套传动轴长度减缩至最小的双刚性十字轴万向节的等速传动装置。如图1-126所示,双联叉相当于两个在同一平面上的万向节叉,欲使主动轴和从动轴的角速度相等,应保证α =α,。图1-127 为双联式万向节的结构图。 (2)三销轴式万向节 三销轴式万向节是由双联式万向节演变而来的。图1-128所示为转向驱动桥中的三销轴式万向节,主要由2个偏心轴叉、2个三销轴以及6个轴承、密封件等组成。主动叉与从动叉分别与转向驱动桥的内、外半轴制成一体。主从动又都是偏心叉,叉孔中心线与叉轴中心线互相垂直但不相交。两又由2个三销轴连接。三销轴的大端有一穿通的轴承孔,其中心线与小端轴颈中心线重合,靠近大端两侧有2个轴颈,其中心线与小端轴颈中心线垂直而不相交装合时,每一偏心轴叉的两叉孔与1个三销轴的大端两轴颈配合,而后2个三销轴的小端互相插入对方大端的轴承孔内。这样形成了三根轴线:Q,-Q'、Q,-Q,和R-R'。与主动叉相连的三销轴的2个轴颈端面和轴承座之间装有推力垫片,而其余各轴颈端面无推力垫片,且在端面与轴承座之间留有较大空隙,保证装合后Q,-0,有少量的轴向运动,这样转向时不致使三销万向节发生运动干涉现象。传动时,扭矩由主动轴经主动偏心叉轴 Q,-0’、轴 R-R'、轴Q,Q,、从动偏心叉传给车轮。 三销轴万向节的最大特点是允许相邻两轴有较大交角,最大值可达45°,故在越野汽车上得到广泛应用。其缺点是所占空间较大。 (3)球叉式等速万向节 等角速万向节的基本原理是从结构上保证万向节在工作过程中,其传力点永远位于两轴交角的平分面上。这个原理可以通过一对大小相同的锥齿轮传动来说明。如图1-129所示两齿轮的接触点P位于两齿轮轴线交角《的平分面上,由P点到两轴轴线的垂直距离都等于r。在P点处两齿轮的圆周速度是相等的,因而两个齿轮旋转的角速度也相等。与此相似,若万向节的传力点在其交角变化时,始终位于角平分面上,则可使2个万向节叉保持等角速关系。球叉式、球笼式万向节均依据这一原理制成。图1-130为球叉式万向节的构造,主动叉和从动叉上各有4个曲面凹槽,装合后形成2个相交的环形槽,作为钢球的滚道,4个传动钢球放在凹槽中,中心钢球放在两又中心的凹槽内用以定心。 球笼式万向节 球笼式万向节结构如图1-132所示,它由星形套、钢球、保持架(球笼)、球形壳等组成星形套以内花键与主动轴相连,其外表面有凹槽形成内滚道;球形壳内表面也有相应的凹槽形成外滚道。6个钢球分别装在各条凹槽中,并由保持架保持在一个平面内。由于这种结构设计,使得外半轴外环的内球面中心A与内环的外球面中心B分别位于交点0两侧。因 0A=OB,CA=CB,OC为公共边,所以AAOC≌ABOC,于是LAOC=LOBC。因此主动轴与从动轴的交点0总是处在每个钢球中心点的连线上,结果保证了主动轴的转速总等于从动轴的转速,如图 1-133 所示。 3. 记录并总结等角速万向节的特点。 3. 掌握等角速万向节的基本知识。 3. 讲解万向传动装置的布置形式。 万向传动装置的布置形式常见汽车万向传动装置的布置形式如图1-122所示。 图1-122c、d、e为越野汽车万向传动装置的布置形式,其中图1-122c为三桥式的轴驱动的越野汽车布置形式 图1-122d、e为三桥式的布置形式 图1-122d为贯通式结构 图1-122e为非贯通式结构,非贯通式传动轴必须采用中间支承,并将其固定在桥壳上。 4. 理解万向传动装置的布置原则。 4. 了解万向传动装置在不同车型中的布置方式。 4. 讲解传动轴和中间支承的构造和作用。 传动轴是连接变速器(或分动器)与驱动桥的部件。其作用是将变速器(分动器)传来的扭矩传给驱动桥。传动轴有空心轴和实心轴两种,多数是做成空心的,一般由厚薄均匀的薄钢板卷焊而成,对于超重型货车,采用无缝钢管制成,而对于转向驱动桥、断开式驱动桥或微型汽车的传动轴,通常制成实心的。在传动轴的两端分别焊有带花键的轴头和万向节叉(图1-135)。由于传动轴是高速旋转件,因此在传动轴和万向节装配后,要经过动平衡试验,并装配平衡片。平衡后的传动轴总成在叉轴上标有记号,以便拆装时保持两者的相对位置。为适应传动轴工作时长度的变化,通常采用伸缩花键。为了润滑花键齿,须定期加注润滑油。(2)中间支承 传动轴分段时,应加中间支承,通常中间支承安装在车架横梁上,它具有补偿传动轴轴向和角度方向变化或由于车架变形等所引起的位移的功能(图1-136)。解放CA1091型汽车传动轴如图1-137所示,传动轴分两段,由3个十字轴万向节相连接,中间传动轴用双列圆锥滚子轴承支承装在车架横梁下。主动轴带有滑动花键,可以伸缩以改变传动轴的长度。 5. 记录并总结传动轴和中间支承的知识。 5. 掌握传动轴和中间支承的基本知识。 3、 万向传动装置的维护 1.十字轴刚性万向节使用中应注意的问题 ①检查传动轴十字轴轴承及中间支承有无松旷,如轴承损松旷应及时更换 ②检查各叉型凸缘螺母的紧固情况,并紧固螺栓或螺母及凸缘连接螺栓。 ③定期向万向传动装置的轴承加注润滑脂浸润。 2.球笼式等角速万向节使用中应注意的问题 ① 应经常检査球笼式万向节的防尘罩,因一旦进入灰尘,将引起万向节磨损失效,发现防尘罩破损应立即更换。 ②)维护时应检查球笼式万向节的钢球和滚道有无损松旷、卡滞、生锈或损坏,如有应予更换新件。 ③装配球笼式万向节时,应加注润滑脂,并更换防尘罩 1. 讲解万向传动装置的维护方法和注意事项。 1. 理解并掌握万向传动装置的维护要点。 4、 万向传动装置的故障诊断和排除 传动轴在万向节轴承和各连接部位的磨损松旷以及传动轴弯曲、动平衡不良等均会引起万向传动装置出现故障,常见故障有传动轴的摆振和发响。 1.传动轴的摆振 (1)故障现象 汽车起步时,有响声,并伴有振动的感觉,变换车速时,响声明显。 (2)诊断方法 将汽车后轮架起,起动发动机并使传动轴高速旋转,在收油门时察看传动轴振摆情况。若摆振明显,则检查传动轴是否弯曲或平衡片是否脱落。如无异常,应检查伸缩管的花键齿配合间隙是否因磨损过度而松旷。若汽车在起步和行驶时都有响声并伴有振动的感觉,说明中间轴承松动。若制动时产生沉闷的金属敲击声,可能是后桥骑马螺栓松动。若响声随车速增高而增大,脱挡滑行时声音清晰,多为中间轴承损坏或歪斜。 (3)故障原因和排除 ① 传动轴不平衡量偏大 由于传动轴不平衡,其不平衡质量会使传动轴的质心偏离其旋转中心线而产生振抖。 ②传动轴弯曲、径向圆跳动过大 当传动轴出现振动时,可将汽车顶起,用百分表检查传动轴的径向圆跳动,如传动轴圆跳动超过标准极限值,应对传动轴进行校正或更换。 ③万向节凸缘叉与花键发卡,应更换万向节。 ④传动轴上平衡片脱落,应焊补平衡片。 ⑤中间轴承松动歪斜或损坏,应调整或更换中间轴承，2.传动轴发响 (1)故障现象 汽车行驶中底部发出不正常响声。 (2)诊断方法 检查传动轴是否弯曲或平衡片脱落。如无异常,拉紧手制动器,用手握住传动轴晃动,若感觉晃动量大,即为传动叉花键齿磨损松旷或万向节轴承磨损松旷;若不晃动,放松手制动器再用手握传动轴晃动,发现手制动盘(或毂)晃动,说明变速器输出轴花键与凸缘花键槽磨损过甚。 (3)故障原因和排除 ①万向节十字轴及滚针轴承磨损或滚针裂碎,应更换滚针轴承。 ②传动轴花键轴与花键套的花键及花键槽磨损,应更换。 ③万向节凸缘叉紧固螺母松动,予以紧固。 4变速器输出轴花键与凸缘花键槽磨损过甚,应更换新件。 ⑤传动轴中间支承发响:中间轴承磨损过大所致,应更换中间轴承。 ⑥中间轴承支架螺栓或中间凸缘螺栓松动,应紧固。 ⑦减速器主动齿轮的锁紧螺母松动,应紧固。 1. 讲解常见故障及其诊断方法。 1. 掌握万向传动装置故障诊断的基本技能。 5、 万向转动装置主要零件的检修 1.万向节的检修 (1)万向节的分解 解放 CA1091型汽车万向节分解时,首先将轴承锁片盖板螺栓及盖板取下,再用手推出十字轴滚针轴承壳,取下十字轴,然后从十字轴上取下轴承滚针、油封等。万向节十字轴滚针轴承壳用手推不出来时,可用手锤敲打焊接叉,将滚针轴承震出,便可取下十字轴(图1-138)。 (2)万向节的检修 万向节拆卸后应将零件进行清洗,擦干后进行检查。万向节十字轴不得有裂纹,当出现十字轴各轴颈表面严重拉伤、金属剥落、压痕滚针碎裂、轴承外圈与万向节叉的轴承配合过松、十字轴颈与滚针轴承配合间隙超过 0.25mm、轴承外圈有裂纹等,应更换新件。轴承与十字轴颈配合间隙的检测如图 1-139所示。 万向节轴承盖板,轴承盖上的止动突起部分应完整无损,否则应予修复或更换 2.传动轴的检修 (1)拆卸传动轴 ①拆卸传动轴前应将汽车前后轮楔住。 ②)先拆下传动轴万向节与后桥主减速器凸缘相接的4个螺栓并使其分离,再拆下传动轴前端凸缘叉与中间传动轴凸缘叉相连接的4个螺栓。用手托住滑动叉,用手锤向后轻敲滑动叉即可拆下传动轴。 ③拆下中间传动轴与变速器输出轴凸缘的连接螺母,再拆下中间传动轴承支架与车架中横梁连接的2个螺栓,然后将中间传动轴连同中间支承一起拆下。 (2)传动轴的检修 ①传动轴花键齿与滑动叉配合间隙的检查 如图 1-140所示,最大间隙不得超过 0.4 mm,若间隙过大则应更换新件 ②传动轴径向圆跳动的检查 如图 1-141所示,最大圆跳动量不大于0.8mm,当超过极限值时,应在压床上进行冷压校正。 (3)传动轴中间支承的检修当传动轴中间支承轴承的轴向间隙大于0.3 mm时,应对中间支承总成解体(图1-137)。解体前检查橡胶垫环有无老化、中间支架有无裂损、橡胶垫环与中间支架配合是否松动,有问题应更换橡胶垫环及修复中间支架。解体后,检查轴承内外圈的滚道及滚子表面不应出现损坏及疲劳剥落及烧蚀等现象,否则应更换新件。测量中间轴承径向和轴向游隙,如图 1-142a、b所示,如超过标准极限值时应更换新件。 1. 讲解主要零件的检修方法和标准。 1. 掌握万向传动装置主要零件的检修技能。 6、 桑塔纳乘用车万向传动装置的拆卸与检修 1. 万向节的拆卸 2. 万向传动装置零件的检修 1. 展示桑塔纳乘用车万向传动装置的拆卸过程。 1. 观察并理解桑塔纳乘用车万向传动装置的拆卸方法。 2. 讲解检修步骤和注意事项。 2. 记录并总结检修步骤和注意事项。 2. 掌握桑塔纳乘用车万向传动装置的检修技能。 七、万向传动装置的装配 1. 讲解装配步骤和注意事项。 1. 理解并掌握万向传动装置的装配方法。 课堂小结 1. 总结本节课的重点知识。 1. 回顾并记录本节课的重点知识。 1. 帮助学生巩固所学知识，形成知识体系。 作业布置 分析并解释在实际应用中，万向传动装置可能出现的故障现象及其可能的原因，并提出相应的故障诊断与排除方法。 要求： 列举至少三种万向传动装置可能出现的故障现象，如异响、传动效率下降、振动等。 针对每种故障现象，分析其可能的原因，包括部件磨损、损坏、安装不当等。 提出针对每种故障现象的故障诊断与排除方法，包括检查步骤、维修或更换部件等。 完成练习题，准备下节课的预习。 1. 巩固所学知识。 板书设计 三、万向传动装置的维护 四、万向传动装置的故障诊断和排除 五、万向转动装置主要零件的检修 六、桑塔纳乘用车万向传动装置的拆卸与检修 七、万向传动装置的装配 一、万向传动装置的功用及组成和类型 二、万向节的构造与工作原理 1.十字轴刚性万向节 2.等角速万向节 3.万向传动装置的布置形式 4.传动轴和中间支承 教学反思 通过该模块的学习，学生基本掌握了万向传动装置的构造、工作原理及故障诊断方法，但在实际操作中，对于复杂故障的识别与排除能力仍有待提高。未来教学中，应增加更多实践案例，强化学生的动手能力，同时注重培养其逻辑思维和问题解决能力。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$