第四章万向传动轴设计
万向节和传动轴设计
§4-6 中间支承结构分析与设计
1.开式：单式复式2.闭式：万向节被密封于管内，管承受驱动轴反力（独立悬架采用）
应合理选择CR，避免共振
§4-6 中间支承结构分析与设计
中间支承固有频率
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感谢阅读万向节：圆弧槽型球叉式万向节：传动夹角小于33°，磨损快，用于轻中型越野车转向驱动桥；直槽滚道型球叉式万向节：传动夹角小于20°，可以略微伸缩，用于断开式驱动桥
三、等速万向节
2.球笼式万向节：Birfield型球笼式万向节（RF节）：承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便，应用最广泛，用于独立悬架转向驱动桥靠近转向轮一侧。
一、单十字轴万向节传动
2.转矩变化若T1为常数，则
一、单十字轴万向节传动
3.附加弯曲力偶矩变化1）1=0°，180°时，则T2'= T1sinα，最大；2）1=90°，270°时，则T1'= T1tgα ，最小；因此，主、从动轴受到周期作用的附加弯曲力偶矩，其周期比主动轴转速大一倍（π），在主从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷（振动）。
三、等速万向节
2.球笼式万向节：伸缩型球笼式万向节（VL节）：外滚道为直槽，可伸缩，省去滑动花键，结构简单，效率高；用于独立悬架转向驱动桥靠近主减速器一侧。
四、挠性万向节
特点：能减小扭转振动、动载荷、噪声结构简单，不用润滑用于两轴间夹角不大（3～5°），轴向位移小的场合
四、挠性万向节
用途：轿车三万向节传动中的靠近变速器的第一节；重型汽车发动机与变速器之间；越野车变速器与分动器之间，以消除制造安装误差和车架变形对传动的影响。
二、准等速万向节
2.凸块式万向节 特点：相当于双联式万向节，工作可靠，加工简单，允许的夹角较大（50°），工作面为全滑动摩擦，效率低，易磨损，对密封和润滑要求高。 用途：多用于中型以上越野车转向驱动桥。
万向传动轴设计
压力铸造
利用高压将金属液注入模具， 适用于小型零件。
离心铸造
利用离心力进行铸造，适用于 管状和套筒类零件。
锻造工艺
自由锻造
通过锤击或压力机对金属坯料 进行塑性变形，得到所需形状
的零件。
模锻
在模具中通过压力或冲击力使 金属坯料变形，适用于批量生 产。
辗环工艺
通过辗压机对环形坯料进行连 续塑性变形，得到环形零件。
根据动态特性分析结果，对万向 传动轴的结构和材料进行优化设 计，提高其动态性能。
减振降噪
采用有效的减振降噪措施，减小 万向传动轴在工作过程中产生的 振动和噪声，提高整车的舒适性。
04
万向传动轴的制造工艺
铸造工艺
01
02
03
04
砂型铸造
利用砂型模具进行铸造，适用 于大批量生产。
熔模铸造
通过熔模制作精密铸造，适用 于高精度零件。
定期润滑
根据需要定期对万向传动 轴进行润滑，以保证其正 常运转。
定期检查与保养
检查外观
定期检查万向传动轴的外观，查 看是否有裂纹、磨损等现象。
检查紧固件
确保万向传动轴的紧固件（如螺栓、 螺母等）紧固，无松动现象。
检查润滑情况
定期检查万向传动轴的润滑情况， 确保润滑良好。
常见故障及排除方法
传动轴异响
03
万向传动轴的优化设计
轻量化设计
轻量化设计
在满足强度和刚度要求的前提下，通过优化材料、结构、工艺等方式 降低万向传动轴的质量，从而提高整车的燃油经济性和动力性。
材料选择
选用高强度轻质材料，如铝合金、钛合金等，以减小万向传动轴的质 量。
结构优化
采用先进的有限元分析方法对万向传动轴的结构进行优化设计，去除 冗余部分，减小体积和重量。
万向节和传动轴设计
10
三、等速万向节
2.球笼式万向节：
Birfield型球笼式万向节（RF节）：承载能 力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安 装方便，应用最广泛，用于独立悬架转向驱 动桥靠近转向轮一侧。
11
三、等速万向节
2.球笼式万向节：
2
三、应用
1.变速器与驱动桥间（单式、复式）；
2.转向驱动轮—等角速万向节； 3.驱动轴为独立悬架，驱动桥两侧，起半轴作用； 4.变速器、离合器与分动器非一体的情况下（越 野车）；
5.转向器；
6.功率输出箱—驱动绞盘之间。 7.远距离操纵变速箱
3
三、应用
四、分类
刚性：不等速、准等速、等速
挠性
4
§4-2 万向节结构方案分析
26
§4-5 传动轴结构方案设计
一、临界转速：
D d nk 1.2 10 2 L
2 8
2
r / min
要求使用的nk/nmax=1.2~2.0，要提高nk，应减 小L，增加D、d，加中间支承
27
二、强度计算
1.扭转应力τ：
M D Jp 2
Jp
32
(D d )
4 4
18
二、双十字轴万向节传动：
tg 3 cos 2 tg1 cos 1
输入轴和输出轴平行时，当α1＝α2时，必有1 ＝ 3，输入轴和输出同步旋转；
19
二、双十字轴万向节传动：
tg 3 cos 2 tg1 cos 1
当输入轴和输出轴相交，与传动轴夹角都为α 时，作用在万向节十字叉上的附加力矩不能平 衡，使两个万向节十字轴承受大小相等方向相 反的力，使支承处也产生反力， α 越大，反力 越大。
万向传动轴设计讲座PPT
第二节 万向节结构方案分析 一、十字轴式万向节(Hooke's universal joint)
▪结构：
万向节叉(Yoke) 十字轴(Spider) 滚针(Needle roller) 、套筒(Sleeve) 、 油封(Oil seal) 、轴承盖(Bearing cap) 注油嘴(Injection nozzle)、 安全阀(溢流阀(Relief valve))
双十字轴万向节的等速传动条件（1=2）
Constant velocity requirements of double Hooke's universal joint
问题：汽车变速箱输出轴与驱动桥 主减速器输入轴的轴线相对位置是 否平行？(Is the gearbox output shaft parallel to the final drive input shaft?)
双十字轴万向节的准等速万向传动 (Quasi-constant velocity universal drive of the double Hooke's universal joint)
▪双联式准等速万向节(Dual-quasi-constant velocity universal joint)
Clutch
Transmission
Universal joint
Drive axle Differential
Axle
Propeller shaft Final drive
组成：万向节、传动轴、
中间支承
Components : Universal joints, Propeller shaft, Intermediate support
第四章万向节和传动轴设计
第四章万向节和传动轴设计一、引言万向节和传动轴是机械传动系统中重要的组成部分，它们的设计对于传动系统的正常运行和高效性能起着决定性的作用。
本章将从万向节和传动轴的基本原理、设计要点以及选材等方面进行探讨。
二、万向节的基本原理和分类万向节是将两个或多个轴相互连接并能够进行相对转动的装置。
它主要通过万向节的柔性连接来解决传动系统中因轴间相对偏斜而引起的传递不平稳、受力不均等问题。
万向节一般由内外球面、轴承和套筒等组成，常见的万向节分类有钢球万向节、十字接头万向节和常温万向节等。
钢球万向节广泛应用于工程机械和汽车等领域。
它通过钢球与内外球面的接触来实现传递扭矩，具有承载能力强、传动平稳等特点。
十字接头万向节主要应用于船舶、起重机等场合，它通过两个十字绞杆的连接来实现传递扭矩，具有承载能力大、传动效率高等特点。
而常温万向节则主要应用于高速高温场合，它通过金属软管的连接来实现传递扭矩，具有抗高温、耐腐蚀等特点。
三、万向节的设计要点（一）轴间角度设定轴间角度是万向节设计的重要参数，它直接影响万向节的传动性能。
在设计时需要根据实际需求和传动方式来确定轴间角度，通常轴间角度在5°~35°之间。
（二）轴间相对偏斜轴间相对偏斜是万向节设计中需要重点考虑的问题。
在实际应用中，轴间的相对偏斜会导致万向节产生额外的旋转变形、较大的径向力和不平稳传动等问题。
因此，在设计时需要合理控制轴间相对偏斜，通常限制在1°以内。
（三）轴向长度万向节的轴向长度是指万向节两个连接轴之间的距离。
轴向长度的设计需要考虑到传递扭矩的大小、工作环境的限制以及安装方式等因素。
四、传动轴的设计要点（一）强度和刚度传动轴的设计需要满足一定的强度和刚度要求，以保证传递扭矩时不会产生过大的变形和振动。
根据传动轴的传动功率和转速等参数，可以通过强度校核和刚度计算等方法来确定传动轴的尺寸和材料。
（二）传动性能传动轴的传动性能包括传动效率、噪声和振动等方面的考虑。
汽车设计 第6版 第4章 万向传动设计
尺寸大，零件多，结构较复杂，传递转矩有限
当应用于转向驱动桥中，由于轴向尺寸大，为 使主销轴线的延长线与地面交点到轮胎的印迹 中心偏离不大，需要较大的主销内倾角
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
四、等速万向节
1.球笼式万向节
（1）固定型球笼式万向节
星形套7以内花键与主动轴1相连，其外表面设置有 6条凹槽（形成内滚道）。球形壳8的内表面设置有 对应的6条凹槽（形成外滚道）。6个钢球分别嵌装 在6条滚道中，并由保持架4使之保持在同一平面内。 动力由主动轴1经过钢球6、球形壳8输出。
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
二、十字轴式万向节
滚针轴承的润滑和密封
毛毡油封：因防漏油、防水、防尘效果差，已淘汰 双刃口复合油封：防漏油、防水、防尘效果好。在 灰尘较多的环境中万向节寿命显著提高。 多刃口油封：防漏油、防水、防尘效果更好。
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
四、等速万向节
2.三枢轴式万向节
三枢轴式万向节能允许最大轴间交角为43°
万向节安装位置或相连接总成
离合器-变速器；变速器-分动器 （相连接总成均安装在车架上）
驱动桥 传动轴
汽车满载 静止夹角
行驶中的 极限夹角
一般汽车 越野汽车 一般汽车 越野汽车
α不大于
1°~3°
6° 12° 15°~20° 30°
第四章 万向传动设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析
三、双联式万向节
汽车工程系
汽车总体设计—第四章
第4章万向传动轴设计教学提示：万向节传动用于不同轴线的两轴间或在工作过程中相对位置不断变化的两轴间的动力传递。
本章主要讲解万向节的分类、工作原理，万向传动的运动和受力分析、万向节设计、传动轴结构分析与设计等基本内容，还介绍了万向传动轴的设计实例。
教学要求：了解等速万向节、准等速万向节和不等速万向节的结构方案，传动轴的中间支承结构，熟练掌握十字轴万向节的设计计算、传动轴的设计计算。
通过设计实例深入理解和掌握万向传动轴的设计过程。
4.1 概述汽车上的万向传动轴，由万向节、轴管及其伸缩花键等组成。
在工作过程中，在汽车上有些轴之间的相对位置不断发生变化，例如，变速器输出轴和驱动桥输入轴之间。
为解决这些轴之间的动力传动问题，就需要使用万向传动装置。
对于长轴距的汽车，还需要加装中间支承。
万向传动装置的布置方案如下：(1) 驱动桥与变速器之间距离不大时，常采用两个万向节和一根传动轴的结构。
(2) 当驱动桥与变速器相距较远时，常将传动轴断开成两根(或三根)，万向节用三个(或四个)，如图4.1(a)所示。
此时，必须在中间传动轴上加设中间支承。
缩短传动轴长度的目的主要是提高传动轴的临界转速，以免工作时发生共振。
(3) 越野车的万向传动装置(不包括转向驱动桥上的等角速万向节)如图4.1(b)所示。
万向节所连两轴之间的夹角范围：一般货车≤15°～20°；4×4越野车≤30°。
(4) 转向驱动桥常采用球叉式和球笼式等速万向节，如图4.1(c)所示，其最大夹角(相应为车轮最大转角)可达30°～42°。
(5) 后驱动桥为独立悬架结构时，也必须采用万向节传动，如图4.1(d)所示。
(6) 变速器与离合器(或分动器)不直接相连时，它们之间也需要采用万向节传动，如图4.1(b)所示。
这是为了避免因安装不准确和车架变形在传动机构中引起附加载荷。
此时多采用普通十字轴万向节或柔性万向节，其工作转角范围一般不大于2°～3°。
第四章 万向传动轴设计.
双万向节传动轴
4.3.2双十字轴万向节传动
对于一个万向节传动轴，主动轴等速转动，则从动 轴不等速转动，且α愈大，转动的不等速性愈大。
双万向节传动轴
若要使输入轴和输出轴等速旋转，需满足以下条件： A 传动轴两端的万向节叉位于同一平面内； B 两万向节夹角相等，即α1= α2。
4.4 万向节的设计计算
4.3.1单十字轴万向节传动
B 不等速分析
2 cos A 主、从动叉角速度关系 2 2 1 1 sin cos 1
1)1 0,180
2 1 1 cos
C 从动叉轴转矩
即2max
假设主动轴等速转动 2) 90,270 1 当主动轴以等角速度转动时， 2 cos 从动轴时快时慢，这就是十 1
Tse 2
k d Te max ki1i f i0 2n
rr G2m2 TSS 1 i 0 i m m F t rr TSF 1 i 0 i m m n
T SS 2
T SF 2
G 1 m 1 rr 2 im m F t rr 2 i m m n
Ft (Ga G挂） ( fR fH f j ) 4.4 万向节的设计计算 Ga—汽车满载总重 fR—道路滚动阻力系数 fH—汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数 fj—性能系数 4.4.1 计算载荷
用于转向驱动桥
T se 1
k d T e m ax ki1 i f n
Tse 2
k d Te max ki1i f i0 2n
rr G2m2 TSS 1 i 0 i m m F t rr TSF 1 i 0 i m m n
T SS 2
T SF 2
第四章 万向传动轴设计
第四章•万向传动轴设计24.1.1 万向传动轴概述¾功能用于在工作过程中相对位置不断改变的两根轴之间传递转矩和旋转运动¾组成：万向节、传动轴，有时加装中间支承¾设计基本要求两轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠传递动力 尽可能使所连接两轴同步（等速）运转传动效率高、使用寿命长、结构简单、制造和维修方便3发动机前置后轮或全轮驱动的汽车上，变速器或分动器输出轴和驱动桥输入轴之间转向驱动桥中，内、外半轴之间后驱动桥为独立悬架结构时采用4.1.2 万向传动轴在汽车中的应用4¾刚性万向节不等速万向节：十字轴式准等速万向节：双联式、凸块式、三销轴式等 等速万向节：球叉式、球笼式等¾挠性万向节4.2 万向节分类54.3 十字轴万向节Ö单十字轴万向节传动Ö双十字轴万向节传动Ö多十字轴万向节传动64.3.1 单十字轴万向节传动αϕϕcos tan tan 21=转角关系7转速关系12212cos sin 1cos ϕααωω−=αωωcos /1max 2=αωωcos 1min 2=ααωωωtan sin 1min2max 2=−=k 12/ωω是周期为π的周期函数当为0、π、2π、…时1ϕ当为π/2、3π/2、…时1ϕ传动的不等速性！8转矩关系2211ωωT T =11222cos cos sin 1T T αϕα−=αcos /1max 2T T =αcos 1min 2T T =当为0、π、2π、…时1ϕ当为π/2、3π/2、…时1ϕ9附加弯矩0'1=T αsin 1'2T T =αtan 1'1T T =0'2=T 0≠α1T 2T 与作用于不同的平面如何平衡呢？2'21'1=+++T T T T vv v v 10附加弯矩引起的径向载荷αsin 1'2T T =21222sin L T L T F j α=′=αtan 1'1T T =αααcos tan cos 21212L T L T F c =′=呈周期性变化11惯性力矩222εJ T G =212212212)cos sin 1(2sin sin cos ϕαϕααωε−−=124.3.2 双十字轴万向节传动21αα=获得等速传动的条件1）2）同传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面内13附加弯矩的影响双万向节传动中附加弯矩产生的径向力可由轴承反力平衡两万向节叉所受附加弯矩彼此平衡，传动轴弯曲振动两万向节叉所受附加弯矩方向相同，从而对两端的十字轴产生大小相同、方向相反的径向力，在两轴的支承上引起反力144.3.3 多十字轴万向节传动()θϕαϕ+=Δ122sin 4e L±±±=232221ααααe 多万向节传动设计要求1）当量夹角尽量小，空载和满载时小于最大许用角2）角加速度幅值应小于许用值e α212ωαe 15多十字轴万向节传动实例o o o 5.4,5.3,5.1321===αααmin/30001r n =比较某货车的两种传动方案，其中16o o 5.5)5.45.35.1(222=−−=e α2212/909s rad e =ωαo o 4.2)5.45.35.1(222=−+=e α2212/173s rad e =ωα917¾万向传动轴在汽车中的典型应用 变速器与驱动桥之间 转向驱动桥中¾确定传动系计算载荷的主要方法按发动机最大转矩和一档传动比来确定 按驱动轮打滑来确定 按日常平均使用转矩来确定4.4 万向节设计184.4.1 万向传动轴计算载荷ni ki T k T f e d se η1max 1=n i i ki T k T f e d se 201max 2η=mm r ss i i r m G T ηϕ0'221=mm r ss i r m G T ηϕ2'112=ni i r F T m m r t sf η01=ni r F T m m r t sf η22=按日常平均使用转矩按驱动轮打滑按发动机最大转矩和一挡传动比转向驱动桥中变速器与驱动桥之间19计算驱动桥数和分动器传动比选取326×6214×4高低挡传动比关系车型2fd fg i i >2fd fg i i <32fd fgi i >32fd fg i i <f i nfg i fd i fg i fdi 20载荷选择参考静强度计算疲劳寿命计算],min[11ss se s T T T =],min[22ss se s T T T =此时，安全系数取2.5～3.0s T 取或1sf T 2sf T 214.4.2 十字轴万向节设计¾主要的失效形式十字轴轴颈和滚针轴承的磨损十字轴轴颈和滚针轴承碗表面出现压痕和剥落 十字轴轴颈根部断裂22十字轴强度校核αcos 2r T F s=][)(3242411w w d d Fsd σπσ≤−=][)(42221τπτ≤−=d d F],min[ss se s T T T =23bnj L F d d )11(27201+=σiZF F n 6.4=滚针轴承的接触应力24十字轴万向节的传动效率παηtan 2)(110r d f −=o 25≤α当时通常情况下，约为97％～99％25¾传动轴总成的组成传动轴、两端焊接的花键轴、万向节叉等¾传动轴设计时应首先考虑的问题 长度变化范围 夹角变化范围4.5 传动轴结构分析与设计264.5.1 传动轴的临界转速2228102.1cc c k Ld D n +×=0.22.1/max ～==n n K k 27][)(1644c c c sc cd D T D τπτ≤−=][163h hsh d T τπτ≤=4.5.2 传动轴其它校核¾轴管扭转强度¾花键轴扭转强度¾花键的齿侧挤压强度][)2)(4(0y h h h h h s y n L d D d D K T σσ≤−+′=284.5.3 传动轴的平衡¾传动轴总成不平衡传动系弯曲振动的一个激励源 高速旋转时将产生明显的振动和噪声¾不平衡的主要来源万向节中十字轴的轴向窜动 传动轴滑动花键的间隙传动轴总成两端连接处的定心精度 高速回转时传动轴的弹性变形点焊平衡片的热影响（应在冷却后进行动平衡检验）¾对传动轴不平衡度的要求29¾中间支承的作用提高传动轴临界转速，减小万向节夹角（长轴距汽车） 提高传动系的弯曲刚度，减振降噪（轿车）¾中间支承的设计要求适应安装面的实时变化 不发生共振¾轴承的选择不传递轴向力，主要承受径向力单列滚珠轴承需要承受轴向力两个滚锥轴承4.6 中间支承结构分析与设计30mC f R π210=中间支承的固有频率60f n =。
汽车设计——第四章 万向传动轴设计
第五节 传动轴设计
传动轴设计时的主要考虑因素： 花键的轴向阻力 实心轴与空心轴 传动轴管的制作 传动轴的长度和夹角及变化范围 临界转速 轴管扭转强度
2.双万向节传动(普通十字轴式万向节) 1）等速传动条件 与传动轴相连的两个万向节叉布置在同 一平面内。 两万向节与传动轴的夹角相等 2）附பைடு நூலகம்弯矩的作用
第三节 万向节传动的运动分析
3.多万向节传动（普通十字轴式万向节） 当量夹角 角加速度幅值 多万向节传动计算
另一种方法
第四节 万向节的设计计算
能可靠而稳定地传递动力。 保证所连接的两轴尽可能等速旋转。 由万向节传动引起的振动、噪音以及附加载
荷在允许范围内。 传动效率高，使用寿命长。 结构简单、制造方便、维修容易。 4.万向节分类
第二节 万向节结构方案分析
1.十字轴式万向节
2.准等速万向节 双联式万向节 凸块式万向节 三销轴式万向节 球面滚轮式万向节
传动轴花键轴扭转应力 传动轴花键齿侧挤压应力
第六节 中 间 支 承
在长轴距汽车上，常常将传动轴分段(两段或三段)， 目的主要是缩短每一段的长度，提高刚度，从而 提高传动轴的临界转速。在乘用车中，有时为了 提高传动系的弯曲刚度、改善传动系弯曲振动特 性，减少噪音，也将传动轴分成两段。当传动轴 分段时，需要加中间支承。
第二节 万向节结构方案分析
3.等速万向节 球叉式万向节 球笼式万向节 Rzeppa型等速万向节 Birfield型球笼等速万向节 伸缩型球笼万向节 4.挠性万向节
第三节 万向节传动的运动分析
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f
j
=
1 100
(16 -
0.195 ma g ) Te m a x
0
当0.195 ma g 16时 Te m a x
当0.195 ma g 16时 Te m a x
k—液力变矩器变矩系数； k = [(k0 -1) / 2] 1 k0为最大变矩系数
—发动机到万向传动轴之间的传动效率；
iⅠ—变速器一挡传动比；
点： 力强，效率较高，尺寸紧凑，安装方
便，精度要求高，成本较高
目前应用最为广泛的等速万向节！
伸缩型 结构简单，滚动阻力小，传动效率高
伸缩型球笼式万向节
四、挠性万向节
特 能减小传动系的扭转振动、 点：动允载许荷a=和°噪~声5°，及结很构小简轴单,
向位移,使用中不需要润滑
应用：常用作轿车三万向节传
主动轴 T1
a T2 从动轴
T2
a
T1 T2'
此时：T1'=T1sina
（T1的最大值）
当1=9 °时 ，T作用于十字轴平面，T2’必为零.
主动轴
特点：
a 从动轴
a T1
T2
T1'
此时：T1'=T1tana
（T’1的最大值）
附加弯矩值每转半转就在上述最大值与零之间变
化一次（周期为180°）
危害： 附加弯矩可引起与万向节相连机件的弯曲振动，
效率高，工作可靠，制造方便。
双联式万向节
缺点：结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。 应用： 中吨位以上的越野车
凸块式万向节
组成：主要由两个万向节叉和两个凸块组成
优点：
工作可靠，加工简单，允许所联两 轴夹角较大(可达50°)
凸块式万向节
缺点： 采用滑动摩擦,效率低,易磨损,对密封和润滑要求高
应用：中型以上越野车的转向驱动桥
当a1=a2时，必有3=1，即Ⅲ轴与Ⅰ轴等速转动！
三、多十字轴万向节传动
❖ 1. 转角关系 = max sin 21
式中：—万向节从动叉相对主动叉的转角差； = 2 -1
max—转角差最大值；由万向节夹角a确定
返 回
max
=
a2
4
因：2=1+ 2 = 1 max sin 21
从动轴角速度为： 2 = 1 2max cos 21
回
一般： = 97%~99%
三、滚针轴承
➢接触应力：
j = 272
( 1 1 ) Fn d1 d0 Lb
钢
套： [ 挤压 ] = 15MPa
青铜套：
[ 挤压 ]
=
8
~
8.5MPa
十字轴万向节力学模型
❖5. 拉应力
拉 =
2F A
(5 -10)
F
F'
2F
F'
F
❖6. 传动效率
式中：
0
=1-
f
d1 r
2 tana p
(5 -11)
f—轴颈与万向节叉的摩擦因数
返
滑动轴承：f=0.15~0.20 滚针轴承：f=0.05~0.10
三销轴式万向节
组成：由两个偏心轴叉，两个三 销轴和六个滚针轴承组成
三销轴式万向节
特 允许所联两轴夹角较大(可达45°)，易于密封； 点：外形尺寸较大，零件形状较复杂，所联两轴受
附加弯矩和轴向力
应用： 个别中、重型越野车的转向驱动桥
返
回
三、等速万向节
球叉式万向节 圆弧槽型
组 由两个万向节叉、四个传力 成 钢球和一个定位钢球组成
a)圆弧槽滚道型 b)直槽滚道型
特点 结构较简单,在a°~°下正常工作,但钢
球所受单位压力较大，磨损较快
应用： 轻、中型越野车的转向驱动桥
直槽型
特点： 加工较容易，允许夹角a°，两轴
叉间允许有一定量的轴向滑动
应用：
主要为断开式驱动桥，可补偿半轴在摆 动时的长度变化
返回
球笼式万向节
Rzeppa型球笼式 万向节
可在万向节主、从动轴支承上引起周期性变化的
径向载荷，激起支承处的振动
二、双十字轴万向节传动
❖ 要求
必须保证同传动轴相连的两万向节叉布置在同 一平面内，且使a1与a2相等
❖ 原因分析
转角关系： tan1 = tan2 cosa1
tan3 = tan2 cosa2
tan 1 tan 3
= cosa1 cosa 2
F'
d1
d0
d2
T
Ts=min[Tse,Tss]；
a—万向传动最大夹角；
r—合力F作用线到十字轴中心的距离； 十字轴万向节力学模型
F'
F
❖3. 应力计算
➢轴颈弯曲：
=
F s W
=
32d1F s
p
(d14
-
d
4 2
)
[ w ]
(5 - 7)
式中： d1—十字轴轴颈直径；
[w]=250~350MPa
结论： 1.φ1=0°、180 ° 、360 °时,则
此时 2 为最大
2 1
=
1
cosa
- sin 2
a
=
1
cosa
1
2.φ1=90°、270 ° 时,则
2 = cosa 此时 2 为最小
1
1
不等速性！
不均匀系数k
k = 2max - 2min = sin a tana 1
(5 - 2)
返
回
❖2. 力矩关系
结 从动轴受到的是周期作用的转矩，每转半转，T2
论：
在T1seca与T1cosa之间变化一次，其振幅依赖a 不同而变化，当a愈大时，这种波动也愈大！
返
回
❖3. 转矩的平衡问题
作用在主动叉平面内的弯矩
一般情况下：
T1 T1'T2 T2 ' = 0
讨论：
作用在从动叉平面内的弯矩
当1= °时 ，T1作用于十字轴平面，T1’必为零.
Tsf 1
=
Ft rr
i0imm
n
Tse 2
=
kdTe maxk i1i f i0
2n
Tss 2
=
G1m'1 rr 2imm
Tsf 2
=
Ft rr
2imm
n
式中：kd—动载系数；对高性能赛车： kd=3，对f j=0的汽车(货、矿用
车、越野车) kd=1，对f j>0的汽车kd=2或由经验选定
性能系数计算公式：
优点： 万向节被封闭在管内，管子承受驱动轴反作用力
缺点： 结构笨重，非悬挂质量增加，只能布置一个万向节
❖2. 万向节
不等速万向节（十字轴式）
刚性
准等速万向节
（双联式、凸块式、三销轴式）
等角速万向节（球笼式、球叉式）
挠性 用于轴的夹角相差不大的地方(3°~5°)
特点： 结构简单，不必润滑，缓冲减振，噪声较低
1-球型壳 2-球笼 3-
星型套 4-钢球 5-
导向盘 6-支承座 7分度杆 8-弹簧
Birfield型球笼式万向节
O-万向节中心 A-球形壳滚道中心 B-星
星套滚道中心 -万向节轴间夹角a-钢球
中心到万向节主、从动轴线间的距离
Birfield型
特
钢球全都参与工作，允许的工作角较 大(amax=42°),承载能力和耐冲击能
d2—十字轴油道孔直径；
➢轴颈剪切：
=
p
4
F (d12 -
d
2 2
)
[ ]
(5-8) []=80~120MPa
❖4. 十字轴挤压应力
a
挤压
=
F d1 Lb
[ 挤压 ]
(5 - 9)
式中：
X
X
Lb—滚针工作长度；
b r
Lb
F
截面积 S 设为A
F'
d1
d0
d2
2F F'
F
T
滚针轴承：[ 挤压 ] = 40MPa
离合器-变速器；变速器-分动器 （相联两总成均装在车架上）
1°~3°
汽车满载
一般汽车
6°
驱动桥
静止时
越野汽车
12 °
传动轴
行驶中的
一般汽车
15 °~20 °
极限夹角 短轴距越野汽车
30 °
二、准等速万向节
双联式万向节 组成：由两个十字轴万向节组合而成
优点：允偏许心所式联可两达轴60夹°角)，较轴大承(可密达封5性0°好，，
由功率相等 T2 = 1 T1 2
T2
=
T1
1- sin2 a cos2 cosa
1
讨论： 设T1=常数，则T2随1/变化：
(5 - 3)
T2 m a x
=
T1
c osa
T2min = T1 cosa
（φ1=90°、270 ° 时） （φ1=0°、180 ° 、360 °时）
一般：
cosa T2 1 T1 cosa
2
2 1
=
cos2 2 cos2 1
1
cosa
代入 得运动关系：
2 =
cosa
1 1- sin 2 a cos2 1
(5 -1)
讨论：假定a不变，则/1仅与cos2φ1有关！
当φ1=0°、180 ° 、360 °时,cos φ1=1 当φ1=90°、270 ° 时,cos φ1=0 ∴ /1是周期为180 ° 的函数！ 若 1=常数，则每转一圈变化次！