第四章 万向传动轴设计
第四章万向传动轴设计
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。 圆弧槽滚道型的球叉式万向节结构 较简单，可以在夹角不大于32°～33° 的条件下正常工作。
2. 冷拔（轧）无缝钢管：圆管坯→加热→穿 孔→打头→退火→酸洗→涂油（镀铜）→多 道次冷拔（冷轧）→坯管→热处理→矫直→ 水压试验（探伤）→标记→入库
传动轴不平衡度
什么是不平衡度？ 如何测试和降低不平衡度？
贯通式驱动桥
直槽滚道型球叉式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。
图4-1 球叉式万向节 a)圆弧槽滚道型 b)直槽滚道型
2．球笼式万向节
球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万 向节。Rzeppa型球笼式万向节（图4-2）是带分度杆 的，六个传力钢球2由球笼4保持在同一平面内。
传动轴的临界转速
当传动轴的工作转速接近 于其弯曲固有振动频率时，出 现弯曲共振现象，致使振幅急 剧增加而引起传动轴折断时的 转速。
微机控制汽车传动轴临界转速试验台
传 动 轴 的 加 工 工 艺 流 程
无缝钢管的加工工艺流程？ 热轧与冷拔（轧）。
1. 热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯→加热→ 穿孔→三辊斜轧、连轧或挤压→脱管→定径 （或减径）→冷却→矫直→水压试验（或探 伤）→标记→入库
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。
万向节和传动轴设计
万向节和传动轴设计
主要内容
4.1概述 4.2万向节传动的运动分析 4.3万向节设计 4.4传动轴设计 4.5中间支承
万向节和传动轴设计
万向节传动的运动分析
4.2.1单万向节传动 普通十字轴式万向节
α保持不变， 对时间求导
主动轴转矩T1 和从动轴转矩T2 之间关系
万向节和传动轴设计
万向节传动的运动分析
万向节和传动轴设计
万向节设计
弯曲应力
剪应力
滚针轴承的接触应力
万向节和传动轴设计
主要内容
4.1概述 4.2万向节传动的运动分析 4.3万向节设计 4.4传动轴设计 4.5中间支承
万向节和传动轴设计
传动轴设计
在D L 一定时空心轴d>0 的临界 转速要比实心轴d=0 的高并且节 省材料这是广泛采用空心传动轴 的重要原因之一
要使传动轴的最高转速小于0.7nk 传动轴扭转强度 传动轴花键扭转应力 传动轴花键齿侧挤压应力 传动轴的不平衡度对不同车型有不同要求 1 轿车在3000 ～6000r/min 时<1~ 2N.mm 2 货车在1000 ～4000r/min 时<10N. mm
万向节和传动轴设计
பைடு நூலகம்
主要内容
4.1概述 4.2万向节传动的运动分析 4.3万向节设计 4.4传动轴设计 4.5中间支承
万向节和传动轴设计
万向节传动的运动分析
两种通常采用的双万向 节传动方案中附加弯 矩的影响
两万向节叉所受的附加弯矩 相互平衡但造成传动轴的弹 性弯曲变形从而引起传动轴 弯曲振动
附加弯矩方向相同不能彼此 相互平衡，因此对两端的十 字轴产生大小相等方向相反 的径向力F ， F作用在滚针轴 承上并在输入轴和输出轴的 支承上引起反力此外传动轴 还要发生弹性变形
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
感谢阅读
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。
第四章 万向传动轴设计例题
设计实例后轮驱动在商用车里占有很大比例，总质量较大、轴距较长的商用车多采用多十字轴万向节传动。
下面以某商用车(总质量14t)为例介绍十字轴式万向传动轴的设计。
1. 传动轴的形式本传动轴为开式圆管状，由前后传动轴及中间支承等组成。
(1) 中间支承轴承由单列滚子轴承改为圆锥滚子轴承，可以提高寿命。
(2) 为了改善套管叉的工艺性，降低传动噪声，采用组焊的套管叉，采用防尘装置。
2. 设计依据(1) 发动机。
型号：EQB210直列六缸柴油机最大功率P：155kW /2500 r/minemax最大扭矩T：658N·memaxi 6.938(2) 变速器的最大传动比=maxi0.8最小传动比=min(3) 传动轴的结构参数。
①前传动轴长L：1090mm1后传动轴长L：1400～1450mm2②轴管：外径D：89 mm内径d：82mm③滚针轴承：滚针长度：24mm滚针有效工作长度：17.1mm滚针直径：3mm滚针数：28④十字轴：轴颈：24mm端面距：168mm油孔直径：6mm⑤万向节叉：端面距：86mm允许转角：20°⑥传动轴花键(矩形)：外径D：48mmh内径d：42mmh齿数n：8齿宽：12mm定心方式：齿侧满载静止时花键的啮合长度L：130mmh3. 传动轴的临界转速确定由式(4-26)可得临界转速n为c8c 21.2101.2106907n =⨯=⨯=r/min 发动机最大功率时的转速为2500p =n r/min ，故当汽车以最高速度行驶时，传动轴的最大转速min /31258.0/2500/min max r i n n p ===安全系数21.23125/6907/max ===n n K c由计算结果可以看出，安全系数大于理论规定的系数(理论值为1.2~2.0)。
4. 传动轴轴管扭转应力的校核计算根据式4-27可得传动轴轴管扭转应力为max c c 4416118[]300π()DT D d ττ===⋅-≤MPa 式中，max T 为最大扭矩(N·mm)，=⨯⨯==938.6106583max emax max i T T 4.565610⨯N·mm可见传动轴管能保证足够的扭转强度。
万向节和传动轴设计
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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
万向传动轴设计
可见，当输入轴转速很高，且输入、输出轴之间夹角较大时，由 于从动叉轴旋转的不均匀加剧所产生的惯性力矩可能会超过结构许用 值，应采取有效方法降低惯性力矩。
16
《汽车设计》电子教案
4.3 万向节传动的运动分析
• 4.3.2 双万向节传动(普通十字轴式万向节)
为克服单万向节传动代来的缺点，出现了双万向节传 动，使得处于同一个平面内的输出轴与输入轴等速旋转 。 要满足如下条件： (1) 与传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面内。 (2) 两万向节与传动轴的夹角相等
橡胶弹性中间支承
越野车传动轴中间支承
26
《汽车设计》电子教案
4.6 中间支撑
中间支承悬置质量m的固有频率 f 按下式计算
f 1 CR 1 CR g 1 CR g 2π m 2π mg 2π G
在设计中间支承时，应合理选择其弹性元件的径向刚 度 CR ，使固有频率 f 对应的临界转速 n 60 f (r/min)尽可 能低于传动轴的常用转速范围，以避免共振，保证隔振效 果好。
《汽车设计》电子教案
第4章 万向传动轴设计
1
《汽车设计》电子教案
传 动 轴 结 构 分 析 和 设 计
万 向 节 设 计
万 向 传 动 的 运 动 和 受 力 分 析
万 向 传 动 轴 的 分 类 和 工 作 原 理
本 章 重 点
2
《汽车设计》电子教案
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。 万向节按其在扭转方向是否有明显的弹性变形，可以 分为刚性万向节和柔性万向节。 对万向节传动的要求如下： (1) 当两轴的相对位置在预计的范围内变动时，能可 靠而稳定地传递动力。 (2) 保证所连接的两轴尽可能等速旋转。 (3) 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。
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 =。
第四章万向传动轴设计
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°)
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、计算题：1. 已知某型汽车传动线路如下图。
其采用了四根传动轴，即：Ⅰ变分传动轴，Ⅱ中桥传动轴，Ⅲ前桥传动轴，Ⅳ后桥传动轴。
变分传动轴长度短，无轴管。
其余 3 根传动轴为普通管式。
主要结构尺寸如下：传动轴轴管十字轴花键轴外径壁厚轴颈长度外径齿宽齿数中桥传动轴89 5 31.66 130 60 4 24变分传动轴31.66 130 60 4 24前桥传动轴89 2.5 25 108 50 5 16后桥传动轴89 2.5 25 108 50 5 16原始数据：发动机最大功率：165马力/3000n发动机最大扭矩：43kg· m/1200n分动箱速比：i =1.348 i =2.410变速箱速比：i =7.58 i =4.3i =2.45 i =1.49i =1.0 i =7.69计算：1.传动轴临界转速，（前桥传动轴最长万向节中心距110.5cm）；2. 各传动轴传递的最大扭矩；3. 中桥传动轴强度；①突缘叉螺栓；（螺栓数量n=4，分布半径R= 69mm，突缘叉法兰厚度L= 12mm）②十字轴：（见教材P186图6— 12）（r= 56mm，s= 22mm，d = 31.66mm，d = 8mm，L= 18mm，滚针数目37，滚针半径R = 1.5mm）③花键轴：（花键齿根圆直径50 ，花键轴外径60 ；花键孔内径54 ，花键齿数24 ，花键有效长度100mm ，花键齿宽4mm ）④轴管2. 已知一后置发动机大型客车满载时后车架、后悬架、后轴壳和传动轴的位置，尺寸如下图所示。
且弹簧片数n=15 ，片厚d= 15mm ，主片 3 片，卷耳半径e= 25mm ，静挠度 f = 90mm ，动挠度 f = 80mm ，满载弧高 f = 20mm ，r = 545mm ，r =515mm 。
作图校核该车传动轴跳动情况，包括：①确定传动轴上下跳动的极限位置及最大摆角；②确定空载时万向节传动的夹角；③确定传动轴长度的变化量。
4万向传动轴设计
万向传动轴设计1、十字轴万向节转速不均匀系数表达式：4难4953重点撑握编辑删除2、中间支承的固有频：中间支承的固有频率可按下式计算:式中,为中间支承的固有频率(Hz)；为中间支承橡胶元件的径向刚度(N／mm)；m为中间支承的悬置质量(h)，它等于传动轴落在中间支承上的一部分质量与中间支承轴承及其座所受质量之和。
4难4954重点撑握编辑删除一、名词解释二、填空题试题答案章节难度知识点试题要求基本操作1、万向节分为______万向节和_______万向节。
刚性,挠性4易4228了解编辑删除2、不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角______时，输出轴和输入轴之间以变化的瞬时_________传递运动的万向节。
大于零,角速度比4中4229重点撑握编辑删除3、准等速万向节是指在____________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设计角度下,14中42一般撑握编辑删除角速度比近似等于_____的万向节。
30 4、输出轴和输入轴以等于______的瞬时角速度比传递运动的万向节，称之为等速万向节。
14 易1801 一般撑握编辑 删除5、挠性万向节是靠_______传递动力的，具有________作用。
弹性零件,缓冲减振4 易4232 理解编辑 删除6、传动轴的临界转速就是当传动轴的转速接近与其弯曲固有振动频率时，即出现______现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断的转速，它决定于传动轴的_____、______及其______情况。
共振,尺寸,结构,支承4 中4233重点撑握编辑 删除7、双十字轴万向节传动输入轴与输出轴等速的条件是保证与传动轴相连的两万向节叉应布置在______平面内，且使两万向节夹角α1与α2______.同一，相等4 中4234重点撑握编辑删除三、选择题试题答案章节 难度知识点 试题要求基本操作1、十字轴式刚性万向节的十字轴轴颈一般都是( )。
A ．中空的B ．实心的C ．无所谓D ．A ，B ，C 均不正确A4 中5180 重点撑握编辑 删除2、十字轴式万向节的损坏是以( )的磨损为标志的。
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
第四章万向节传动轴设计汽车设计A,武汉理工大学,汽车学院详解
传
分析和受力分析
动 轴
单十字轴万向节传动
5 传动轴的设计
附加弯矩
设 计
双万向节传动 多万向节传动
4 万向节设计计算
5 传动轴设计
临界转速
6 中间支撑设计
万向传动轴的应用 • 变速器与驱动桥的主减速器之间
十字轴万向节
• 车轮和差速器之间
等速万向节（球笼式、球叉式）
• 驱动桥
• 多轴驱动
• 方向盘和转向器
保证所连接的两轴尽可能 等速旋转，使得由于万向 节夹角而产生的附加载荷、 振动和噪声应在允许范围 内，不产生共振现象
传动效率高、使用 寿命长、结构简单、 容易维修
第 1 概述
四 2 万向节的结构形式
章
不等速万向节
万
准等速万向节
向
等速万向节
节
与 3 万向节传动的运动
传
分析和受力分析
动 轴
单十字轴万向节传动
多万向节传动
4 万向节设计计算
5 传动轴设计
临界转速
6 中间支撑设计
2.2 准等速万向节 （双联式万向节 三销轴式万向节） 准等速万向节是根据双万向节可以实现等速传动的原理设计的
万向节叉
十字轴 油封
万向节叉
双联式万向节实际上是由两个 十字轴万向节组合而成
优点： 允许两轴间的夹角较大（可达 50°） 轴承密封性能好、效率高、 工作可靠、不需特殊的工艺设备
第 1 概述
四 2 万向节的结构形式
章
不等速万向节
万
准等速万向节
向
等速万向节
节
与 3 万向节传动的运动
传
分析和受力分析
动 轴
单十字轴万向节传动
万向节和传动轴设计
第一节 概述 第二节 万向节结构方案分析 第三节 万向节传动的运动分析和受力分析 第四节 万向节设计 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
1
§4-1 概述
一、万向节功用:在工作位置不断改变的两根轴之 间传递动力
二、设计要求:
（1）保证所连接的两轴相对位置在预定范围内变动 时，能可靠的传递动力
h
16M
d h 3
dh花键根径，安全系数n=2~3
29
二、强度计算
3.花键处挤压应力σj：j NhomakorabeaD1
D2
MK D1 D2
ZL
4
2
L—工作长度 D1—外径 D2—内径 ［σj］=25~50 MPa 滑动花键 ［σj］=50~100 MPa 不滑动花键
Z—齿数
30
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
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：
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）。
18
二、双十字轴万向节传动：
tg3 cos2 tg1 cos1
Fs
d
4 2
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第四章 万向传动轴设计
概述 万向节结构方案分析 万向传动的运动和受力分析 万向节的设计计算 传动轴结构分析与设计 中间支承结构分析和受力分析
第一节 概 述
1、组成：万向节、中间支承、传动轴 2、功用：在相交且相对位置常变化的两转 轴间传递动力 3、应用场合： • 变速器与驱动桥间 • 变速器与分动器间 • 转向驱动桥中的主减速器与转向驱动轮之间 • 转向系统中的转向柱和转向器之间
准等速万向节——双联式 双联式万向节
定义：传动轴缩至最小的双万向节等速传动装置
结构： 见（图）
优点：允许较大的轴间夹角、结构简单、制造方
便、工作可靠,具有准等速性
准等速万向节——双联式
准等速万向节——双联式
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。
十字轴万向节轴向定位方式
弹 性 盖 板 式 瓦盖固定式 塑料 环定 位式 外卡式 内卡式
普通盖板式
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
※
盖板式 普通型 多 复杂 大 方便 可靠 简单 有 没有 弹性
卡环式 外卡式 少 简单 小 方便 可靠 简单 很小 内卡式 少 简单 小 方便 可靠 简单 很小
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
cos
1
当1＝/2,3/2时，2为最小值， 2min＝1 cos
T2 max T1 / cos 从动轴的转矩：
万向节叉与十字轴之间的约束关系分析 主动叉对十字轴的作用力偶矩：主动轴的驱动转 矩T1及弯曲力偶矩T1 ； 从动叉对十字轴的作用力偶矩：从动轴的从动反 转矩T2及弯曲力偶矩T2
VL型广泛应用于断开式驱动桥中
当两轴夹角为零时，钢球中心、行星套中心、 球形壳的夹角≤33° 滚道的横截面应为椭圆形
挠性万向节
定义：依靠弹性间的弹性变形来保证在相交
两轴间传动时不发生机械干涉的万向节
优点：可消除制造安装误差和车架变形对传
动的影响，吸收冲击，衰减振动，结构简单， 无需润滑。
应用：轴间夹角不大或只有微量轴移传动场
＝ 1 1 sin 2 cos2 1
1:主动轴的角速度 2:从动轴的角速度 ：主动轴与从动轴的夹角 1:主动叉所在的平面与主、从动轴所在平面的 夹角
万向传动的运动及受力分析
2 也为同周期的 cos1 是周期为 2 的周期函数， 1 周期函数。 1 ＝ •当1＝0,时，2达最大值；2max cos 2min＝1 cos •当1＝/2,3/2时，2达最小值： 当主动轴以等角速度转动时，从动轴的转动时快 时慢，即普通十字轴万向节传动的不等速性。 十字轴万向节传动的不等速性用速度不均匀系数 2 max 1min k表示： k sin tg 1
1 主动轴 2 星形套（内滚道） 3 保持架（球笼） 4 筒形套（外滚道）
5 钢球
两轴间的夹角20~25度，(大于十字轴小于球叉)
适合于用在转向驱动桥的主减速器侧
固定型和伸缩型球笼式万向节的应用
Birfield（Rf）球笼式和伸缩型球笼式（ VL） 万向节广泛应用于具有独立悬架的转向驱动桥 靠近转向轮一侧用 Birfield，靠近差速器的一 侧用 VL 型，以补偿由于前轮跳动及载荷变化而 引起的轮距变化
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。
盖板式
万向 节叉
十字 轴
万向 节叉
十字轴万向节密封方式
单 刃 口 油 封
毛毡油封：漏油，防水、防尘效果差。 橡胶油封：单刃口、双刃口、多刃口。 装配时封入润滑油：双刃口、多刃口 需要定期注入润滑油（单刃口反装，利于陈油和摩擦物排 出） 双 刃 口 油 封
寿命短，钢球与凹槽的磨损快。
采用压力装配的球叉式等速万向节的拆卸
不便。
等速万向节——球叉式万向节
球叉式：钢球滚道形状：圆弧槽、直槽
圆 弧 滚 道 形
圆弧槽：两个万向节叉、四个传力钢球、一个定位钢球。 特点：四个钢球在单向传动时只有两个传递动力，单位压 力多大，磨损严重；只有在传力钢球与滚道之间具有一定 的预紧力时，才能保证等角速传动。
第二节 万向节结构方案分析
十 字 轴 刚 性 万 向 节
结构简单、零部件少、工作可靠、效率高，
允许两轴之间的转角15~20度。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。
十字轴刚性万向节
组成： 十字轴、滚针轴承、主动叉、从动叉及轴上定位件和橡胶 密封件 轴向定位的方式： 盖板式、卡环式、瓦盖固定式，塑料环定位式
直 槽 滚 道 形
直槽：轴向相对滑动 用在转向驱动桥，可补偿半轴长度变化， 省去滑移齿轮
等速万向节——球笼式万向节 固定型：
等速万向节——球笼式万向节
等速万向节——球笼式万向节
向固 节定 型 球 笼 式 等 速 万 (RF)
等速万向节——球笼式万向节
固定型球笼式万向节
Birfield（Rf）：当轴 夹角为零时，子午滚道 的交叉也能将钢球定在 正确位置。
1＝0, 1＝ 1＝/2, 1＝3/2 图4-9 十字轴万向节的力偶矩
万向节叉与十字轴之间的约束关系分析
1＝0, 1＝ 1＝/2, 1＝3/2
图4-9 十字轴万向节的力偶矩 当主动叉处于0,位置时： T1作用在十字轴平面内，T1 ＝0； T2的作用平面与十字轴不共 平面，T20， 从动叉的附加力矩
传递转矩时六个钢球同时参加工作，承载能力 和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方 便，但滚道的制造精度高，成本高。
伸缩型球笼式万向节
伸缩型球笼式万向节
伸缩型球笼式（VL）： 外滚道为直槽 在传递转矩时，行星套 与筒型壳可沿轴向相对 移动 省去万向传动中的滑动 花键 传动效率高
伸缩型球笼式万向节
十字轴双万向节传动的等速条件
为使处于同一平面的输出轴与输入轴等速旋转， 可采用双万向节传动，但必须满足如下条件：
A、两轴间夹角相等 B、两主动叉在同一平面
附加弯矩对传动轴的影响
4-10a输入轴与输出轴平行时， 直接连接传动轴的两万向节叉 所受的附加弯矩彼此平衡，传 动轴发生的弹性变形如图410b； 输入轴与输出轴相交时，传动 轴的两万向节叉所受的附加弯 矩方向相同，不能互相平衡， 对两端的十字轴产生大小相等、 方向相反的径向力。传动轴发 生的变形如图4-10d。
合
挠性万向节
挠性万向节
挠性万向节
靠弹性元件（橡胶盘、橡胶金属套筒、铰接块、六角环 形橡胶圈的弹性变形保证相交两轴间传动时不干涉
结构方案分析
形式 十字轴 双联式万 万向节 向节 向节 特点 结构 简单 复杂 简单 少，形 多，形 零件 少 多 状复 状复杂 杂 夹角 小
①
准等速万向节 凸块 式万 三销轴 式万向 圆弧槽式 节 复杂 简单
等速万向节 球叉式万向节 球笼式万向节 Birfield 型 简单，紧凑 多 少，形状复杂 形状复 杂 大 形状简 单
直槽式
伸缩型
大
50°~60°
大
≯32° ~33°
50°
低
②
45°
≯20°
42°
高
20°
高
效率
高
（0.97～0.99）
高
寿命 尺寸 对密封 性要求 对润滑 要求
长 小 可靠 良好
长 大 可靠 良好
较短
②
长 大 可靠 良好
短 较小 可靠 良好 较小 可靠 良好 要求 精度 高 可靠
较大 可靠 良好
制造 工作可 靠性
容易
容易
容易
难
难
容 易
③
可靠
可靠
可靠
可靠
不可靠
万向传动的运动及受力分析
单十字轴万向节传动 当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定的夹 角时，主动轴的角速度1与从动轴的角速度2 具有下列关系： 2 cos
准等速万向节——三销轴式
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， 零件形状较复杂，毛坯需要精确模锻；由于工作中三销轴间有相 对轴向滑动，万向节的两轴受有附加弯矩和轴向力，所以主动轴 一侧需装轴向推力轴承。 用于个别中、重型越野车的转向驱动桥。
万向传动的运动及受力分析
不计摩擦损失，主动轴转矩T1与相应的角速度1 与从动轴转矩T2与相应的角速度 2具有下列关系 1 sin 2 cos2 1 式： T T T T
1 1 2 2
2
当1＝0,时，2达最大值，
T2 min T1 cos 从动轴的转矩；
1 2max＝ cos
缺点：结构较复杂，外形尺寸较大，零件数目多。
准等速万向节——凸块式
由两个万向节叉1和4及两个特 殊形状的凸块2和3组成。 结构工作可靠，加工简单，允 许的万向节夹角较大(可达 50°)。 工作面全为滑动摩擦，效率低， 摩擦表面易磨损，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。
准等速万向节——三销轴式
组成： （EQ2080驱动桥中的三销轴万向 节） 偏心轴叉、三销轴、轴承、密封件 优点：允许两轴夹角较大（可达45度） 转弯半径小，机动性好 缺点：占空间大