汽车设计▲4【第四章】 万向传动轴设计
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一、十字轴式万向节
1. 组成
第二节 万向节结构方案分析
一、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
第二节 万向节结构方案分析
一、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 工作
制造工艺 十字轴轴向窜动※
Northeast Forestry University
汽车设计
第四章 万向传动轴设计
交通学院 《汽车设计》教研组
Northeast Forestry University
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
3.特点
优点：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。
缺点：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。
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
1. 双联式万向节 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。
第二节 万向节结构方案分析
三、等速万向节
1.球叉式万向节
（1）圆弧槽滚道型
第二节 万向节结构方案分析
三、等速万向节
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
2. 凸块式万向节
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
3.三销轴式万向节
它主要由两个偏心 轴叉、两个三销轴和六 个滚针轴承组成。允许 所连接的两轴最大夹角 为45°，易于密封。
外形尺寸较大，零 件形状复杂，毛坯需精 确模锻。主动轴一侧需 装轴向推力轴承。
维修容易。
第一节 概述
万向节的应用
(1) 变速器与驱动桥之间 (2) 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 (3)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） (4)采用独立悬架的汽车差速器之间 (5)转向驱动车桥的差速器与车轮之 间 (6) 汽车的动力输出装置和转向操纵 机构中
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
2. 凸块式万向节
就运动副来看也是一种双联式万向节。主要由两个万向 节叉以及两个特殊形状的凸块组成。这种结构工作可靠，加 工简单，允许的万向节夹角较大（可达50°）。但是由于工 作面全为滑动摩擦，所以效率低，摩擦表面易磨损，且对密 封和润滑要求较高。
主要用于中型以上越野车的转向驱动桥。
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。
第二节 万向节结构方案分析
一、十字轴式万向节
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
第二节 万向节结构方案分析
一、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。
第二节 万向节结构方案分析
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
1. 双联式万向节
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
1. 双联式万向节 主要优点：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：结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。
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。
第二节 万向节结构方案分析
• 结构方案分析
形式
准等速万向节
பைடு நூலகம்
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
三销轴
球叉式万向节
球笼式万向节
式万向 节
圆弧槽式 直槽式
Birfield 型
第二节 万向节结构方案分析
三、等速万向节
1.球叉式万向节
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。
（1）圆弧槽滚道型 两球叉上的圆弧槽中心 线是以O1和O2为圆心而半 径相等的圆，O1和O2到万 向节中心O的距离相等。 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。
目录 Contents
第一节 概述
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
伸缩型
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
单
夹角
小①
大 50°~60°
大 50°
大 45°
≯32° ~33°
≯20°
42°
20°
效率
高
（0.97～0.99）
高
低②
高
高
第二节 万向节结构方案分析
• 结构方案分析
寿命 尺寸 对密封 性要求 对润滑 要求
主要用于总质量交 大的越野车的转向驱动 桥。
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
4.球面滚轮式万向节
球面滚轮式万向节是应用较广泛地准等速万向节。
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
4.球面滚轮式万向节
第二节 万向节结构方案分析 三、等速万向节
等角速万向节的基本原理： 万向节在工作过程中其传力点始终位于两轴交点的平分面上。
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
比传递运动；但在其它角度下工作时，瞬时角
1. 组成
第二节 万向节结构方案分析
一、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
第二节 万向节结构方案分析
一、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 工作
制造工艺 十字轴轴向窜动※
Northeast Forestry University
汽车设计
第四章 万向传动轴设计
交通学院 《汽车设计》教研组
Northeast Forestry University
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
3.特点
优点：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。
缺点：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。
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
1. 双联式万向节 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。
第二节 万向节结构方案分析
三、等速万向节
1.球叉式万向节
（1）圆弧槽滚道型
第二节 万向节结构方案分析
三、等速万向节
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
2. 凸块式万向节
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
3.三销轴式万向节
它主要由两个偏心 轴叉、两个三销轴和六 个滚针轴承组成。允许 所连接的两轴最大夹角 为45°，易于密封。
外形尺寸较大，零 件形状复杂，毛坯需精 确模锻。主动轴一侧需 装轴向推力轴承。
维修容易。
第一节 概述
万向节的应用
(1) 变速器与驱动桥之间 (2) 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 (3)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） (4)采用独立悬架的汽车差速器之间 (5)转向驱动车桥的差速器与车轮之 间 (6) 汽车的动力输出装置和转向操纵 机构中
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
2. 凸块式万向节
就运动副来看也是一种双联式万向节。主要由两个万向 节叉以及两个特殊形状的凸块组成。这种结构工作可靠，加 工简单，允许的万向节夹角较大（可达50°）。但是由于工 作面全为滑动摩擦，所以效率低，摩擦表面易磨损，且对密 封和润滑要求较高。
主要用于中型以上越野车的转向驱动桥。
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。
第二节 万向节结构方案分析
一、十字轴式万向节
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
第二节 万向节结构方案分析
一、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。
第二节 万向节结构方案分析
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
1. 双联式万向节
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
1. 双联式万向节 主要优点：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：结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目较多。
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。
第二节 万向节结构方案分析
• 结构方案分析
形式
准等速万向节
பைடு நூலகம்
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
三销轴
球叉式万向节
球笼式万向节
式万向 节
圆弧槽式 直槽式
Birfield 型
第二节 万向节结构方案分析
三、等速万向节
1.球叉式万向节
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。
（1）圆弧槽滚道型 两球叉上的圆弧槽中心 线是以O1和O2为圆心而半 径相等的圆，O1和O2到万 向节中心O的距离相等。 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。
目录 Contents
第一节 概述
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
伸缩型
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
单
夹角
小①
大 50°~60°
大 50°
大 45°
≯32° ~33°
≯20°
42°
20°
效率
高
（0.97～0.99）
高
低②
高
高
第二节 万向节结构方案分析
• 结构方案分析
寿命 尺寸 对密封 性要求 对润滑 要求
主要用于总质量交 大的越野车的转向驱动 桥。
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
4.球面滚轮式万向节
球面滚轮式万向节是应用较广泛地准等速万向节。
第二节 万向节结构方案分析
二、准等速万向节
4.球面滚轮式万向节
第二节 万向节结构方案分析 三、等速万向节
等角速万向节的基本原理： 万向节在工作过程中其传力点始终位于两轴交点的平分面上。
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
比传递运动；但在其它角度下工作时，瞬时角