传动轴两端的万向节叉位于同一平面内； 两万向节夹角相等，即α1= α2。
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第四节 万向节的设计计算 一、计算载荷
位置
计算方法
按 Te max , i1
来确定
按驱动轮打滑 来确定
按日常平均使 用转矩来确定
用于变速器与 驱动桥之间
Tse1

kdTemax ki1i f
n
计算载荷应用：
静强度计算时，计算载荷TS取TSe1和TSS1 （或TSe2和TSS2 ）较小值 进行疲劳寿命计算时，计算载荷TS取TSF1或TSF2
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第四节 万向节的设计计算 二、十字轴万向节设计
1.损坏方式
十字轴轴颈、滚针轴承磨损； 十字轴轴颈、滚针轴承碗表面出现压痕和剥落； 十字轴轴颈根部断裂。
汽车工程系
第四章 万向传动轴设计
第一节 概述 第二节 万向节结构方案分析 第三节 万向传动的运动和受力分析 第四节 万向节的设计计算 第五节 传动轴结构分析与设计 第六节 中间支承结构分析与设计
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第一节 概述
功用：
相对位置变化的轴间传递转矩、旋转运动
设计要求
1. 保证所连接的两轴在一定的轴间夹角变化范 围内，能可靠地传递动力; 2. 保证所连接的两轴尽可能等速运转; 3. 万向节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 维修容易。
第四章 万向传动轴设计
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
1.组成
主、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件、 橡胶密封件
2.滚针轴承的轴向定位方式
第四章 万向传动轴设计
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
2.滚针轴承的轴向定位方式
定位方式 特点
零件数 结构 质量 拆装
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析 一、结构方案分析
寿命 尺寸 对密封 性要求 对润滑 要求
长 小 可靠
良好
制造
容易
工作可 靠性
可靠
长 大
可靠
较短② 较大
可靠
长 大
可靠
短 较小
可靠
较小 可靠
良好 容易 可靠
良好 容易 可靠
良好 难
可靠
良好
良好
要求
容
难
精度
易
高
不可靠③
可靠
比传递运动；但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。
万向节的扭转方向有弹性的万向节。
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第二节 万向节结构方案分析 一、结构方案分析
形式
准等速万向节
等速万向节
特点
十字轴 万向节
双联式万 向节
凸块 式万 向节
最大时，T2达到最小，T2min
T1 cos。
当T1与α一定时， T2在最大值与最小值之间每转变化两次。
减少α角或采用挠性万向节可以减小T2的振幅。
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第三节 万向传动的运动和受力分析
二、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。 对于双万向节传动轴，若要使输入轴和输出轴等速旋转， 需满足以下条件：
d
3
T1 2.110 4
式中d为传力钢球直径（mm），T1计算转矩（N.mm）； 计算钢球直径应圆整并取最接近国家标准的直径。
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第四节 万向节的设计计算
三、球笼式万向节设计
1.Rzeppa型球笼式万向节设计
当钢球的直径d确定后，其中的球笼、星形套等零件 及有关结构尺寸，可参考图4-15并按如下关系确定。
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第四节 万向节的设计计算
二、十字轴万向节设计
2.轴颈根部强度计算
作用于十字轴轴颈中点的力：F

2r
T1 cos
T1为计算转矩； 为主、从动叉轴的最大夹角。
轴颈根部的弯曲应力:
w


32d1Fs (d14 d24
)
[ w ]
=
250~350MPa
轴颈根部的剪切应力:
第四章 万向传动轴设计
第一节 概述
万向节的应用
(a）变速器与驱动桥之间 (b) 多轴驱动的汽车的分动器与驱动 桥之间或驱动桥与驱动桥之间 (c)发动机与变速器之间（由于车架 的变形造成轴线间相互位置变化的 两传动部件） (d)采用独立悬架的汽车差速器之间 (e)转向驱动车桥的差速器与车轮之 间 (f) 汽车的动力输出装置和转向操纵 机构中
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第三节 万向传动的运动和受力分析 一、单十字轴万向节传动
1.转速关系
2
cos
1 1 sin 2 cos2 1
第四章 万向传动轴设计
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第三节 万向传动的运动和受力分析
一、单十字轴万向节传动
2.不等速分析
假设主动轴等速转动
1)当1 0,180,360 时
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第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第一节 概述 万向节的分类
分类
不等速 刚 万向节 性 万 准等速 向 万向节 节
等速 万向节 挠性万向节
定
义
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，但
平均角速度比为 1 的万向节。
在设计角度下工作时，以等于 1 的瞬时角速度
当传动轴分段时，需要加设中间支承。
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第六节 中间支承结构分析与设计
中间支承的位置
通常安装在车架横梁上或车身底架上，以补偿传动轴轴 向和角度方向的安装误差以及汽车行驶过程中由于发动 机窜动或车架变形等所引起的位移。
中间支承的典型结构形式
橡胶弹性中间支承，中间采用单列滚珠轴承 橡胶元件能吸收振动、降低噪声。 橡胶中间支承不能传递轴向力，主要承受传动轴不平衡、 偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所 引起的径向力。
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第三节 万向传动的运动和受力分析
一、单十字轴万向节传动
3.从动轴转矩
若忽略摩擦损失，则输入、输出轴上的功应相等
T11 T22
即 T1 2 T2 1
假设输入轴转矩T1不变，则：
当 2 1
最小时，T2达到最大，T2max

T1
cos
;
当 2 1
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第五节 传动轴结构分析与设计
传动轴临界转速
当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 引起传动轴有折断危险的转速，它决定于传动 轴的尺寸、结构及支承情况。
n k 1.2 108
D
2 c

d
2 c
L2c
K nk nmax 1.2 ~ 2.0
2 1 1 cos
即2 max

1
cos
1
2)当1 90,270时
2 1
cos
即2min cos 1
当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，这就是十字轴
万向节传动的不等速性。
用转速不均匀系数K来表示（ a 越大，K越大，转动越不均匀）
K 2max 2min sin tg 1
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第四节 万向节的设计计算
四、球笼式万向节设计
2.Birfield型球笼式万向节设计
Birfield型球笼万向节系列数据（表4-4）
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第四节 万向节的设计计算
四、球笼式万向节设计
3.挠性万向节设计
盘式挠性万向节橡胶盘的拉应力和挤压应力应满足
万向节叉在与十字轴联接处，产生支承反力；
与十字轴轴孔中心线成45ºB-B截面处为危险截面；
弯曲应力
w

F.e W

w
=
50~80MPa
扭转应力
F.a = 80～160MPa
Wt
第四章 万向传动轴设计
汽车工程系
第四节 万向节的设计计算 二、十字轴万向节设计
5.万向节的传动效率
制造工艺 十字轴轴向窜动※
盖板式
普通型
弹性
多
复杂
大
方便
可靠
简单
有
没有
卡环式
外卡式 内卡式
少
少
简单 简单
小
小
方便 方便
可靠 可靠
简单 简单
很小 很小
瓦盖固 定式 多 复杂 大 方便 可靠 复杂 有
塑料环定 位式 少 简单 小
不方便 可靠 简单 很小
※有轴向窜动将使传动轴的动平衡状态遭受破坏。
第四章 万向传动轴设计
三销轴 式万向
节
球叉式万向节 圆弧槽式 直槽式
球笼式万向节
Birfield 伸缩型
型
结构
简单
复杂
简单
复杂
简单
简单，紧凑
零件
少
少，形
多
多，形
多
状复
少，形状复杂
形状复 形状简
状复杂
杂
杂