第一章绪论万向传动轴一般是由万向节、传动轴和中间支承组成。

主要用于在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。

万向传动轴设计应满足如下基本要求：1.保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。

2.保证所连接两轴尽可能等速运转。

3.由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。

4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。

变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴之间普遍采用十字轴万向传动轴。

在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴。

当后驱动桥为独立的弹性，采用万向传动轴。

第二章方案分析2.1万向节分类万向节分为刚性万向节和挠性万向节。

刚性万向节可分为不等速万向节如十字轴式、准等速万向节（如双联式、凸块式、三销轴式等）和等速万向节（如球叉式、球笼式等）。

2.2不等速万向节不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零时，输出轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动的万向节。

准等速万向节是指在设计角度下工作时以等于1的瞬时角速度比传递运动，而在其它角度下工作时瞬时角速度比近似等于1的万向节。

输出轴和输入轴以等于1的瞬时角速度比传递运动的万向节，称之为等速万向节。

挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用。

典型的十字轴万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。

十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低。

但所连接的两轴夹角不宜过大，当夹角由4°增至16°时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1/4。

2.3准等速万向节双联式万向节是由两个十字轴万向节组合而成。

为了保证两万向节连接的轴工作转速趋于相等，可设有分度机构。

偏心十字轴双联式万向节取消了分度机构，也可确保输出轴与输入轴接近等速。

双联式万向节的主要优点是允许两轴间的夹角较大（一般可达50°，偏心十字轴双联式万向节可达60°），轴承密封性好，效率高，工作可靠，制造方便。

缺点是结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。

2.4等速万向节球叉式万向节按其钢球滚道形状不同可分为圆弧槽和直槽两种形式。

圆弧槽滚道型的球叉式万向节由两个万向节叉、四个传力钢球和一个定心钢球组成。

当万向节两轴绕定心钢球中心转动任何角度时，传力钢球中心始终在滚道中心两圆的交点上，从而保证输出轴与输入轴等速转动。

球叉式万向节结构较简单，可以在夹角不大于32°～33°的条件下正常工作。

两个球叉上的直槽与轴的中心线倾斜相同的角度，彼此对称。

在两球叉间的槽中装有四个钢球。

由于两球叉中的槽所处的位置是对称的，这便保证了四个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。

这种万向节加工比较容易，允许的轴间夹角不超过20°，在两叉间允许有一定量的轴间滑动。

2.5万向节选择由于传动轴的传递转矩大，承受冲击大，所连接的两轴转角不大，连接轴两轴转速相等，所以综合考虑选择双十字轴式万向节，结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低。

只要满足第一万向节两轴间的夹角与第二万向节两轴间的夹角相等；第一万向节从动叉的平面与第二万向节主动叉的平面处于同一平面内，就可以实现两轴间等角速度传动。

第三章 设计计算及校核3.1传动轴的设计计算及校核3.1.1传动轴尺寸选择 表3-1 康明斯发动机参数发动机型号 排放标准 额定功率KW转速r/min ISB6.7E3245 欧三 1802500 峰值扭矩N/m 排量L 气缸数进气方式 925 6.7 6增压空气中冷 表3-2 17XH23-00030变速箱参数档位 1 2 3 45 R 传动比 4.76 2.81 1.59 1.0 0.76 7.66 初选传动轴的长度为=c L 1450mm ，传动轴的外径为=c D 83mm ，壁厚为3.5mm ，内径为=c d 76mm 。

后悬架的静挠度cm f c 25.6=，动挠度cm f d 8=，计算可得传动轴最长距离mm L 1458max =，mm L 1442min =，夹角为 6。

表3-3 60~95mm 点焊钢管3.1.2传动轴的临界转速长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。

临界转速指传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。

临界转速为k n ，发动机转速min /2500r n w =。

m i n /47.328976.025005max r i n n w === m i n /15.6423102.12228r L d D n c c c k =+⨯= 9526.147.328915.6423max ===n n K k (0.2~2.1=K )符合条件3.1.3传动轴计算扭矩发动机的峰值扭矩=max e M 925N/m ，机械传动效率95.0=η。

最大扭矩:mm N i M M e /4182850100095.076.49251max max =⨯⨯⨯==η平均计算扭矩:M =321max K K K M e α=2157.17N/m2.158.15.1321===K K K查《汽车设计丛书传动轴与万向节》图1-23得：扭转利用系数 82.0=α3.1.4传动轴扭转强度校核由于传动轴只承受扭转应力而不承受弯曲应力，所以只需校核扭转强度。

根据公式有[]M P a M P a d D M D c c c c c 30050.125)7683(14.341828508316)(164444max =≤=-⨯⨯⨯=-=τπτ []M P ac 300=τ为许用扭转应力 由上计算可知所选的传动轴尺寸符合要求。

3.2花键的设计计算与校核3.2.1有效工作长度计算传动轴传递的最大的扭矩m N M /85.4182max =,花键参数如表3-4所示： L-花键的有效工作长度（mm ）n-花键的齿数 n=16D-花键外径（mm ） D=50d-花键内径（mm ） d=43K-花键扭转分布不均匀系数， K=1.3m a x M -花键轴承受的扭矩n d D d D K M L 压σ)2)(4(max -+⨯=（2/5.2mm kgf ≤压σ） 解得：mm L 45.163≥取花键的长度为180mm 。

表3-4 推荐的十字轴万向节及花键尺寸序号 最大扭矩M N/m 十字轴总成 花键十字轴及轴承碗 滚针 b d D n ⨯⨯-11 D d h H d0 l Z1 539 25 14.8 60 67 2.0 14 26 10-30x26x42 882 28 17.6 76 88 2.5 14 26 10-32x26x43 1323 32 20.0 80 89 2.5 16 28 16-35x35x3.54 1960 36 23.1 90 98 2.5 16 32 16-38x33x3.55 2940 40 25.5 108 118 2.5 18 35 16-50x43x56 4410 45 29.5 120 130 2.5 22 40 16-50x43x57 6615 50 33.5 145 156 3.0 24 38 16-60x52x58 9800 56 38.2 158 170 3.0 27 44 16-65x56x59 14700 63 44.0 158 170 3.0 27 49 16-72x62x610 21560 71 50.6 200 214 3.0 30 56 20-92x82x63.2.2花键齿上的平均工作压力 =-+=Ln d D d D M )2)(4(σ 3.2.3花键轴的扭转强度通常以花键轴的底径作为计算花键轴扭转应力的依据，如下所示3163≤=dM πτ 3316πM d ≥= 3.3十字轴万向节设计计算及校核3.3.1十字万向节尺寸的确定十字轴万向节的承载能力主要取决于s l d ⨯⨯。

危险断面大都发生十字轴轴颈根部。

因此，通常都是计算轴颈根部的弯曲应力和轴颈上的平均单位压力。

轴颈的弯曲应力按下式计算：)(32404d d dPl -=πσ= 式中：σ-弯曲应力d-十字轴轴颈0d -十字轴油孔直径l -平均作用力作用点到校核应力处的距离P-作用在十字轴轴颈上的力r M P 2/max =其中r-十字轴轴颈的中点到十字轴中心的距离十字轴轴颈上的平均单位压力计算如下:r d lM p 2= 3.3.2十字轴万向节的轴承设计及校核万向节的轴承可以认为是由滚针、密封及轴承套所组成。

万向节轴承常用的滚动体是滚针，当轴承套的尺寸一定时，应选小直径滚针配用较粗的轴颈，同时增加滚针数目，以降低滚针与轴颈间的接触应力。

但滚针直径不得小于1.6mm ，以免压碎。

理论上滚针越长，万向节的承载能力较高，但滚针过长时其歪斜带来的不良影响亦越大，故其长度不宜超过十字轴轴颈。

滚针沿十字轴轴颈圆周布置，必须保证一定的周向间隙。