单十字万向节受力分析及结构设计
第5章 万向节与传动轴设计
3）将传动轴做成空心的（无缝钢管或1.5～3mm厚的 薄钢板卷焊）
35
提高传动轴动平衡的方法
传动轴两端点焊平衡片
❖扭转强度 应保证有足够的扭转强度, 轴管的扭转切应力应满足
c
16 DcT1
( Dc4
d
4 c
)
c
300 MPa
36
37
38
2n
按驱动轮打滑 来确定
按日常平均使 用转矩来确定
TSS1
G2m2 i0imm
rr
TSF1
Ft rr i0immn
TSS2
G1m1 rr 2i m m
TSF 2
Ft rr 2i mm n
静强度计算时, 计算载荷TS取TSe1和TSS1 （或TSe2和TSS2 ）的较小 值；
进行疲劳寿命计算时, 计算载荷TS取TSF1或TSF2。
12
十字轴万向节构造
• 万向节叉 十字轴、套筒、轴承盖
万向节叉
套筒
十字轴
13
速度特性
当叉轴1以等角速度
1旋转，A点的瞬
时线速度可求:
A= 1r=
2rcos
2> 1
当叉轴1转过900后，
B点的瞬时线速度可
求:
B= 1rcos =
2r
2<
1
不等速性
14
不等速性曲线图
15
准等速万向节
2.双联式万向节
0
1
f
d1 r
2 tan
( 25时)
❖通常约为97%～99％
30
三、球笼式万向节设计
Rzeppa型球笼式万向节设计
假定六个传力钢球均匀受载，则钢球的直径 可按下列经验公式确定:
万向传动的运动和受力分析
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当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角α 时，主动轴的角速度ω1与从动轴的角速度ω2之间存在如下关系12212cos sin 1cos ϕααωω-= (4-1)式中，φ1为主动轴转角，定义为万向节主动叉所在平面与万向节主、从动轴所在平面的夹角。
由于cos α是周期为 2π 的周期函数，所以ω2／ω1，也为同周期的周期函数。
当φ1为0、π时，ω2达最大值ω2max 。
且为ω1／cos α； 当φ1为 π／2、3π／2时， ω2有最小值ω2min 。
且为ω1 cos α。
因此，当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，此即为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可用转速不均匀系数 k 来表示 ααωωωtan sin 1min 2max 2=-=k (4-2) 如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩T 1和从动轴转矩T 2与各自相应的角速度有关系式T 1ω1= T 2ω2，这样有 11222cos cos sin 1T T αϕα-= (4-3) 显然，当ω2／ω1最小时，从动轴上的转矩为最大T 2max =T 1／cos α；当ω2／ω1最大时， 从动轴上的转矩为最小T 2min =T 1cos α。
当T l 与α一定时，T 2在其最大值与最小值之间每一转变化两次；具有夹角 α 的十字轴万向节，仅在主动轴驱动转矩和从动轴反转矩的作用下是不能平衡的。
这是因为这两个转矩作用在不同的平面内，在不计万向节惯性力矩时，它们的矢量互成一角度而不能自行封闭，此时在万向节上必然还作用有另外的力偶矩。
从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析可知，主动叉对十字轴的作用力偶矩，除主动轴驱动转矩T l ，之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩T l′。
同理，从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩T2和作用在从动叉平面的弯曲力偶矩T2′。
在这四个力矩作用下，使十字轴万向节得以平衡。
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。
单十字万向节受力分析及结构设计
单十字万向节受力分析及结构设计摘要十字万向轴广泛的应用在低终端类型的汽车中、矿用大型设备、农业机械、轧钢机器和汽车的转向系统中，汽车的十字万向节主要包含以下几个部件：十字轴、万向节、套筒等相关零部件，万向节和十字轴之间采用的是滚针结构的轴承进行的连接；单十字万向节的可以实现传动过程中角度变换，并且在变换的过程传递汽车运行时所需的扭矩。
本次毕业设计的研究对象为比亚迪SUV中的十字万向轴作为设计原型，根据整个汽车的实际运行参数以及其中发动机、变速器等主要零部件的技术参数，对汽车中的十字万向轴进行研究分析，首先分析其在运行过程中的所受扭矩是否满足使用要求，同时对十字万向轴进行结构设计；其次根据其在使用过程中的受力情况对其进行有限元强度分析，确保整体结构的刚度满足要求；最后根据有限云分析的结果对十字万向轴进行结构优化于疲劳寿命分析，确保优化后的十字万向轴满足使用要求。
关键字：十字万向轴；有限元分析；拓扑优化；疲劳分析ABSTRACTCross universal shaft is widely used in low terminal type of automobile, large mining equipment, agricultural machinery, steel rolling machine and automobile steering system. The cross universal joint of automobile mainly includes the following parts: cross shaft, universal joint, sleeve and other related parts. The bearing of needle rolling structure is used to connect the universal joint and cross shaft; The single cross universal joint can realize the angle transformation in the process of transmission, and transfer the torque required by the car in the process of transformation. The research object of this graduation project is the cross universal shaft of BYD SUV as the design prototype. According to the actual operation parameters of the whole car and the technical parameters of the engine, transmission and other main parts, the cross universal shaft of the car is studied and analyzed. Firstly, whether the torque in the operation process meets the use requirements is analyzed, At the same time, the structure of the cross universal shaft is designed; Secondly, the finite element strength analysis is carried out according to the stress situation in the process of use to ensure that the stiffness of the whole structure meets the requirements; Finally, according to the results of the finite cloud analysis, the structure of the cross universal shaft is optimized and the fatigue life is analyzed to ensure that the optimized cross universal shaft meets the use requirements.Keywords：Cross universal shaft; Finite element analysis; Topology optimization; Fatigue analysis目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录.............................................................................. 错误!未定义书签。
第四章 万向节设计
第四节 万向节设计 一 、计算载荷Ts
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 用于转向驱动桥
k d Te max ki1i f k d Te max ki1i f i 0 Tse1 Tse 2 n 2n
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
研究运动学的目的： 求得保证所连接的两轴能够均匀等速运转的条件 是什么？
由机械原理可知： tg1 tg 2 cos （1） 由（1）式得： tg1 2 arctg （2） cos 假设： α=常数 将（2）式对时间求导数，得到角速度ω： d 2 d1 cos 2 2 dt 1 sin cos 1 dt d1 1 ——主动轴角速度 dt
1 与1 2 和 关系如下图所示：
图中表明： 1 2 为负值，即从动轴比主动 1) 1 从0～90 时， 轴转的快； 1 2 为正值，即从动轴比主动 180 时， 90 ～ 2) 1 从 轴转的慢； 3) 主动轴转一周，从动轴有两次比它快，两次比它 慢； 4） 角愈大，在同一个 1 值时，其 1 2 之差也 愈大。
2. 保证所连接的两轴能均匀运转； 3. 由于万向节夹角的存在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，制造维修容易。
二、万向传动轴的组成
万向传动轴由三部分组成
分 类 不等速 刚 性 万 向 节 准等速 万向节 等速 万向节 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，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。
利用CATIA进行十字万向节力矩传递分析
利用CATIA进行十字万向节力矩传递分析殷腾蛟;甘林【摘要】以十字万向节力矩传递分析为例,利用CATIA软件的运动分析功能来获取零部件之间的位置关系数据,然后计算出输出力矩,最后使用《汽车底盘设计》的计算结果来检验说明分析方法的可靠性.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(044)007【总页数】3页(P57-59)【关键词】DMU;CATIA;十字万向节;力矩分析【作者】殷腾蛟;甘林【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230022;安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230022【正文语种】中文【中图分类】U467前言利用CATIA软件的运动分析功能，可以模拟出任意时刻输入轴、输出轴、十字轴的位置关系，利用位置关系数据，可以直接计算出输入轴与输出轴之间的力矩关系。
1 十字万向节力矩传递分析1.1 任意时刻下力矩分析1.1.1 十字万向节传动机构任意时刻时，十字万向节传动机构如下图1所示：图1 十字万向节传动机构其中：1、基座；2、输入轴；3、十字轴；4、输出轴。
输入轴与输出轴交点为O。
1.1.2 输入轴对十字轴作用力分析输入轴对十字轴受力分析如下图2所示：图2 输入轴对十字轴受力分析D1、D1’为力的作用点。
轴线 Z1与输入轴轴线重合，通过 D1与 Z1做平面 P1，过 D1做 3条正交直线 F1、F2、F3表示3个方向的力，F1与轴线平行，F3为P1的法线。
D1上的力未知，可以用 F1、F2、F3三个方向的力表示。
D1’按照D1的方式处理。
D1、D1’的合力对十字轴产生的力矩如下图 3所示：图3 D1、D1’的合力对十字轴产生的力矩T1与轴线Z1平行，T1’为P1的法线方向，T1、T1’垂直。
根据作用力与反作用力的关系，十字轴对输入轴轴线方向的力矩大小同 T1，因输入轴力矩平衡，所以 T1大小等于输入力矩大小。
1.1.3 输出轴对十字轴作用力分析输出轴对十字轴受力分析如下图4所示：图4 输出轴对十字轴受力分析分析方法同输入轴对十字轴的受力分析，其中Z2为输出轴轴线，D2、D2’为输出轴对十字轴力的作用点，平面 P2通过D2、D2’与Z2。
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
单十字轴式万向节不等速性分析及球笼式、球叉式等速万向节结构拆装_汽车底盘构造作业(四)
汽车底盘构造作业（四）
一、 单十字轴式万向节不等速性分析
（2）当主动叉平面在水平位置，且十字轴平面与从动轴轴 线垂直时：
w1 vb
w2 va’
va’’ va va’
主动叉与十字轴连接点a的线速度va在平行于从动叉的 平面内，并且垂直于主动轴。
线速度va可分解为在十字轴平面内的速度va’和垂直 于十字轴平面的速度va’’。
汽车底盘构造作业（四）
一、 单十字轴式万向节不等速性分析
（2）当主动叉平面在水平位置，且十字轴平面与从动轴轴 线垂直时：
w1
vb
w2 va’
va’’ va va’
根据与上述同样的道理，在数值上，va>va’，而va’=vb。
因此，va>vb，即当主、从叉转到所述位置时，从动 轴的转速小于主动轴的转速。
点b的线速度vb可分解为在十字轴平面内的速度vb’和 垂直于十字轴平面的速度vb’’。
汽车底盘构造作业（四）
一Hale Waihona Puke 单十字轴式万向节不等速性分析（1）当主动叉平面在垂直位置，且十字轴平面与主动轴轴
线垂直时：
va
w1
w2
vb
vb’
vb’
vb’’
由速度直角三角形可以看出，在数值上, vb >vb’。
当万向节传动时，十字轴绕O点转动。由于十字轴各 轴颈长度相等，即oa=ob 。
汽车底盘构造作业（四）
2017级车辆工程01班 (姓名) （学号） 2019年10月18日
一、 单十字轴式万向节不等速性分析
（1）当主动叉平面在垂直位置，且十字轴平面与主动轴轴
线垂直时：
va
w1
w2
vb
各种万向节的结构分析
第二节万向节结构方案分析一、十字轴万向节单个普通十字轴万向节是一种不等速万向节，其特点是当主动轴与从动轴之间有夹角时，不能进行等速传递，使主、从动轴的角速度周期性地不相等，而合理采用双十字轴万向节传动的设计方案可以实现等速传递；主、从动轴的角速度在两轴之间的夹角变动时仍然相等的万向节，称为等角速度万向节或等速万向节；准等速万向节是一种近似等速万向节，可以通过分度机构等部件实现主、从动轴之间的近似等速传递。
1、普通十字轴式万向节如图2-1所示，普通十字轴式万向节一般由两个万向节叉及与它们相连的十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和油封等组成。
十字轴轴颈通过与滚针轴承配合安装在万向节叉的孔中。
为了防止滚针轴承轴向窜动，在进行结构方案设计时，要采取轴承轴向定位措施。
目前，常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式、卡环式、塑料环定位式和瓦盖固定式等。
图2-1 十字轴式刚性万向节1-轴承盖；2、6-万向节叉；3-油嘴；4-十字轴；5-安全阀；7、11-油封；8-滚针；9-套筒；10-油封挡盘；12-油封座；13-注油嘴普通盖板式轴承轴向定位方式一般采用螺栓和盖板将套筒固定在万向节叉上，并用锁片将螺栓锁紧。
这种方式的优点是工作可靠、拆装方便，但零件数目较多。
采用弹性盖板的结构方案是将弹性盖板点焊于轴承座底部，装配后，弹性盖板对轴承座底部有一定的预压力，以免高速转动时由于离心力作用，在十字轴端面与轴承座底之间出现间隙而引起十字轴轴向窜动，从而可以避免由于这种窜动造成传动轴动平衡的破坏。
卡环式具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点，可分为外卡式和内卡式两种。
塑料环定位结构是在轴承碗外圆和万向节叉的轴承孔中部开一环形槽。
当滚针轴承动配合装入万向节叉到正确位置时，将塑料经万向节叉上的小孔压注到环槽中，待万向节叉上另一与环槽垂直的小孔有塑料溢出时，表明塑料已充满环槽。
这种结构轴向定位可靠，十字轴轴向窜动小，但拆装不方便。
为了防止十字轴轴向窜动和发热，保证在任何工况下十字轴的端隙始终为零，有的结构在十字轴轴端与轴承碗之间加装端面止推滚针或滚柱轴承。
十字轴万向节
汽车设计（基于UG的十字轴万向节设计）学院：交通运输与物流学院专业：交通运输班级： 12级交通运输*班姓名：学号： 2012*** 指导教师：李恩颖2015 年 6 月目录一、背景介绍┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1二、基本理论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄31、万向节传动的基本理论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3 （1）十字轴式万向节工作原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 （2）十字轴式万向节传动的不等速特性┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 5 （3）十字轴式万向节传动的等速条件┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 62、十字轴万向传动轴的设计与计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7 （1）传动载荷计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7 （2）十字轴万向节设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 10 （3）设计结论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11三、基于UG的十字轴设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13四、结论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄26一、背景介绍万向节即万向接头，英文名称universal joint，是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的“关节”部件。
万向节与传动轴组合，称为万向节传动装置。
在前置发动机后轮驱动的车辆上，万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间；而前置发动机前轮驱动的车辆省略了传动轴，万向节安装在既负责驱动又负责转向的前桥半轴与车轮之间。
万向节的结构和作用有点像人体四肢上的关节，它允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化。
为满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化，前驱动汽车的驱动桥，半轴与轮轴之间常用万向节相连。
但由于受轴向尺寸的限制，要求偏角又比较大，单个的万向节不能使输出轴与轴入轴的瞬时角速度相等，容易造成振动，加剧部件的损坏，并产生很大的噪音，所以广泛采用各式各样的等速万向节。
十字轴万向节建模及有限元分析
十字轴三维建模1.建立直径57高87的圆柱1）单击圆柱命令，指定矢量（+Z），和起始点（0，-43.5,0）2）输出直径57，高度872. 在已有圆柱体的上下端面，建立直径51,高9圆柱体3.在上述阶梯轴的上下端面，建立直径45高30的圆柱体，得到如下模型4.插入-关联复制-实例特征-圆形阵列，选择所有已经建成的特征，确定，按图示设定阵列参数,确定，选择‘点和轴’，选择X轴，确定，得到如下模型5.倒斜角，4x46.倒圆角R25选择交叉的4条边，输出如图参数7.单击“孔命令，选择任意两个不平行端面圆的圆心，按图示设定参数后，确定8.对每个孔倒斜角，1x1，得到最后的十字轴模型万向节叉三维建模1.建立地面圆柱体直径165高20指定点为坐标原点，指定矢量为+Z2.拉伸耳环主体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的YZ平面，进入草绘环境。
按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数后，单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图3.切除部分实体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。
按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图4. 切除部分实体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。
按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图5.切除棱角1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的耳环端面，进入草绘环境。
按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘无’），单击‘确定’，完成棱角主体的拉伸，如图3）镜像棱角插入-关联复制-镜像特征，选择建立的棱角特征，选择镜像平面为YZ平面，单击确定，如图4）布尔差，在耳环主体上切除两个棱角单击‘求差’命令，目标体为耳环主体，到具体为两个棱角体，单击确定6.建立法兰孔1）单击‘孔’命令，‘位置’-单击‘绘制截面’进入草绘环境，按二位图纸绘制八个孔的中心位置，在中心位置放置一个点，完成草绘。
传动轴系万向节十字头磨损原因分析及预防措施探索
张成茂瞿建忠( 宝山钢铁股份有限公司 2 0 1 9 0 0)摘要:传动轴系中作为动力输出的十字头出现较严重磨损故障很少见,目前在日常运行管理中通常未予重视,也没有很好的措施进行状态跟踪。
本文就传动轴系十字头出现的磨损情况,结合十字头工作环境进行分析并根据分析出的原因制定运行状态跟踪措施和十字头维护保养措施进行讨论。
关键词: 传动轴十字头原因分析预防措施前言传动轴中使用的万向节无论在工程机械、汽车、皮带传送、其他动力输出等领域使用都较为常见,主要用于不在同一直线上的动力传输。
一次对传动轴点检中发现左ZP 输入万向节前端下方出现“干碳粉”,进一步检查发现“碳粉”中存在金属成分。
通过磁铁检验, 证实了金属的存在。
通过左ZP 输入万向节前端十字头组件解体检查:十字头的四个头销之一的销承组件磨损严重、并伴有大量“干碳粉(图1);被磨损的十字头的同轴向对应销承组件润滑良好但出现滚柱断裂及滚柱表面金属剥落情况(图3)。
十字头油道检查结果: 除磨损十字头端面油道口向十字头中心方向存在端面为黑色粉状附合、长约15 ～20mm、后端为不规则的凹凸并附着硬度逐渐下降直至为正常油脂的圆柱形黑色硬块外,其他3 个头销油道无异物、油脂均正常。
硬块捅出很容易, 略有手感。
因及时发现和修复, 避免了可能发生的严重机损事故和由此引发的连带设备及设施损坏。
种情况:①最初润滑良好。
后期因油道阻塞或未补充油脂,导致磨损。
根据现场拆检, 这个因素不成立,具体将在以下“十字头销端面油道存在直径等于油道内径、长15～20mm黑色硬块分析”中描述。
②最初润滑缺陷。
这个原因也不成立。
在最近的检修中已进行解体检查万向节,十字头及花键组件均检查清洁并在重新装配前敷了油脂。
最初润滑缺陷可理解为最初就没有油脂存在,显然头销与销承必然产生强烈干磨擦,在无润滑油脂情况下其磨损速率也必然非常快, 其磨擦产物在最初阶段因销承承口还具有密封作用时会因十字头的旋转产生的交变摆动和轴向移动而被“泵入”十字头油道并堵塞油道口。
十字轴式单万向联轴器的运动分析
十字轴式单万向联轴器的运动分析]2[2.3.1单万向联轴节十字轴式万向联轴器的结构原理如（图2）所示，主、从动轴上的叉形件(轴叉)1、3与中间的十字轴2分别以铰链联接，当两轴有角位移时，轴叉1、3绕各自固定轴线回转，而十字轴则作空间运动。
（图.2）十字万向联轴器的结构简图 1，3——轴叉 2——十字轴当两轴的轴间角不等于零时，任一瞬时主动轴转角与从动轴转角如（图3）所示。
图.3 十字万向联轴器的传动关系图在垂直主动轴1的平面上投影，主动轴叉上A 点的轨迹为一实际大小的圆，从动轴叉上B 点的轨迹为一椭圆。
由于OB 垂直于OA ，因此，当主动轴叉转过角ϕ1，在投影面上0A 点转至'A 点，而0B 点转至'1B 点，'1'B O 与'1'A O 仍保持垂直关系，即1'1'0ϕ=∠B O B 。
而从动轴叉上B 点实际转角ϕ2，可将1OB 所在平面转过角α使与OA 所在平面重合，此时1OB ，成为''1OB ，''1B 点所对中心角''1'0B O B ∠即为从动轴转角2ϕ，由几何关系可得：2112tan /tan cos cos /tan tan ϕϕϕϕ==a a 或 （1）式中 α——两轴的轴间角1ϕ,2ϕ——主、从动轴的转角由上式可知主、从动轴的转角之比与轴间角α有关。
两轴的转角差Δϕ可用下式表示Δϕ=ϕ1-2ϕ=a acos tan 2sin tan 2arctan 1221+ϕϕ （2） 通常两轴间角α<15°，故可将上式改写成Δϕ=)2sin 4arctan(12ϕa （3） 当主动轴转角1ϕ=45°时，两轴的转角差达到最大值，近似地可用下式表示 Δ4/2max a =ϕ rad （4）由式（1）可得出主，从动轴之间的角速度关系式 11222cos sin 1cos ωϕωa a -= rad/s （5） 主，从动轴角速度比值与主动轴转角的关系见（图4）。
万向节
16 Dc Ts ≤ [τ c ] π ( Dc4 d c4 )
(4-5)
]为许用扭转切应力,为300Mpa;其余符号同前. 式中,[ τ c 传动轴动画演示
ba式万向节 4-4
Rzeppa型球笼式万向节主要应用于转向驱动桥中,目前应用较少. Birfield型球笼式万向节和伸缩型球笼式万向节被广泛地应用在具有独立 悬架的转向驱动桥中,在靠近转向轮一侧采用Birfield型万向节,靠近差 速器一侧则采用伸缩型球笼式万向节.伸缩型万向节还被广泛地应用到 断开式驱动桥中.
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 (图4-1a)由两个万向节叉,四个传 力钢球和一个定心钢球组成.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. 当万向节两轴绕定心钢球中心O 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.
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.当万向 节两轴之间的夹角变化时,靠比 例合适的分度杆6拨动导向盘5, 并带动球笼4使六个钢球2处于轴 间夹角的平分面上. 经验表明,当轴间夹角较小时,分度杆是必要的;当轴间夹角 大于11°时,仅靠球形壳和星形套上的子午滚道的交叉也可将钢球 定在正确位置.这种等速万向节可在两轴之间的夹角达到35°～ 37°的情况下工作.
图4-5 十字轴万向节的力偶矩
各类型万向节结构和工作原理
各类型万向节结构和工作原理万向节是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置。
万向节的分类按万向节在扭转方向上是否有明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向节。
刚性万向节又可分为不等速万向节（常用的为十字轴式）、准等速万向节（如双联式万向节）和等速万向节（如球笼式万向节）三种。
不等速万向节十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为15゜～20゜。
图D－C4－2所示的十字轴式万向节由一个十字轴，两个万向节叉和四个滚针轴承等组成。
两万向节叉1和3上的孔分别套在十字轴2的两对轴颈上。
这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可绕十字轴中心在任意方向摆动。
在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有滚针轴承5，滚针轴承外圈靠卡环轴向定位。
为了润滑轴承，十字轴上一般安有注油嘴并有油路通向轴颈。
润滑油可从注油嘴注到十字轴轴颈的滚针轴承处。
图D－C4－2 十字轴万向节结构（12-2）1- 套筒；2-十字轴；3-传动轴叉；4-卡环；5-轴承外圈；6-套筒叉十字轴式刚性万向节具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角α不为零的情况下，不能传递等角速转动。
设主动叉由图D－C4－1(a)所示初始位置转过φ1角，从动叉相应转过φ2角，由机械原理分析可以得出如下关系式：tgφ1=tgφ2·cosα图D－C4－3 十字轴式刚性万向节示意图以主动叉转角φ1为横坐标，主动叉转角和从动叉转角之差φ1－φ2为纵坐标，可以画出φ1－φ2随φ1变化曲线图（见图D－C4－1(b)，图中画出了α＝10゜，α＝20゜，α＝30゜的情况）。
从这张图可以看出：图D－C4－4 十字轴刚性万向节不等速特性曲线如果主动叉匀速转了180゜，那么从动叉就经历了：比主动叉转得快→比主动叉转得慢→又比主动叉转得快这样一个过程。
但总起来讲，当主动叉转过90゜时，从动叉也转过90゜；当主动叉转过180゜时，从动叉也转过180゜。
传动轴角度
单十字轴万向节传动的运动和受力分析
• 十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数 k 来表示
k
2 max 1max sin tan 1
• 如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩T1和从动轴转矩T2与各自 相应的角速度有关系式 T11 T2 T1 cos 显然，当ω2／ω1最小时，从动轴上的转矩为最大T2max=T1／ cosα；当ω2／ω1最大时；从动轴上的转矩为最小T2min=T1cosα。 当Tl与α一定时，T2在其最大值与最小值之间每一转变化两次；
单十字轴万向节传动的运动和受力分析
分析可知，附加弯矩的大小是在零与上 述两最大值之间变化，其变化周期为 π ， 即每一转变化两次。附加弯矩可引起与万 向节相连零部件的弯曲振动，可在万向节 主、从动轴支承上引起周期性变化的径向 载荷，从而激起支承处的振动。因此，为 了控制附加弯矩，应避免两轴之间的夹角 过大。
按照前面介绍的方法获取万向节当量角度，如果大于3°，和下面的图表对照
任何万向节的当量角度大于3°都会降低十字轴寿命并且产生振动。。。
消除复合角度，减少振动
保证角度相等
偏移小
小于3°
偏移小
青汽提供的总成布置角度示意图
俯视图
侧视图
1.5° 4.17° 4.01° 传动轴两端的当量夹角超过3°，且驱动桥输入轴线 和变速箱输出轴线、中间轴都不平行
青州服务站院内一辆卡车传动轴布置侧视图
中间支撑轴线和中间轴轴线不平行
排气管离中间支撑较近
左图为济宁润泰服务站返回轴路试时拍的照片，中间支撑轴线和中间轴 轴线不平行，使中间支撑内部的深沟球轴承受到额外的轴向力； 右图为青汽服务科院内照的照片，排气管离中间支撑较近； 济宁润泰的轴路试约10分钟，返回青汽院内后用手感觉中间支撑外壳微 热，凸缘、轴承座、油封位置温度较高，约50度
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单十字万向节受力分析及结构设计单十字万向节是机械传动中常见的一种连接件，其主要用于传递转
角运动和轴向运动。
本文将进行单十字万向节的受力分析及结构设计
的探讨。
一、单十字万向节的结构简介
单十字万向节由两个对称的单十字轴承组成，每个轴承由内圈、外圈、滚珠和保持架组成。
内圈和外圈分别与输入轴和输出轴相连，滚
珠则在内圈和外圈之间以球形滚动方式传递力矩和转角运动。
保持架
用于保持滚珠的位置，同时使其能够自由滚动，并保证轴承的稳定性。
二、单十字万向节的受力分析
在实际应用中，单十字万向节承受着很大的受力。
首先，单十字万
向节在传递转角运动时，内圈和外圈之间会存在一定的摩擦力，此时
滚珠所受的力包括径向力和轴向力。
其次，单十字万向节在传递轴向
运动时，滚珠所受的力主要是轴向力。
因此，要保证单十字万向节的
使用寿命和传动效率，需对其受力情况进行准确的分析。
对于单十字万向节的受力分析，主要从以下几个方面进行考虑：
1. 轴向力分析：轴向力主要由输入轴和输出轴在传递轴向运动时所
受的力引起。
根据材料力学的原理，我们可以通过力的平衡方程来计
算轴向力大小。
2. 径向力分析：径向力主要由滚珠在内圈和外圈之间的摩擦力引起。
摩擦力大小与滚珠与保持架之间的接触压力有关，可以通过接触压力
和材料力学性质计算得到。
3. 结构分析：单十字万向节的结构设计需要考虑受力情况，并选用
合适的材料和适当的尺寸。
结构分析可以通过有限元分析等方法进行，以保证单十字万向节的受力均匀，不易发生破坏。
三、单十字万向节的结构设计
在进行单十字万向节的结构设计时，需要根据受力分析的结果，选
择合适的材料和尺寸，以满足其使用寿命和传动效率的要求。
1. 材料选择：材料的选择需考虑强度、硬度、耐磨性等因素。
常见
的材料有钢、铁、铝合金等，根据不同的工况选择不同的材料。
2. 尺寸设计：尺寸设计需要满足受力分析中计算得到的轴向力和径
向力大小，同时要合理设计滚珠的数量和尺寸，以保证受力均匀分布。
3. 疲劳寿命估算：在结构设计过程中，还需要进行疲劳寿命估算，
以确定单十字万向节的使用寿命。
通过考虑材料的疲劳极限和工作载荷，可以预测单十字万向节的使用寿命。
四、结语
通过对单十字万向节的受力分析及结构设计的探讨，可以明确了解
和把握单十字万向节的工作原理和受力情况。
在实际应用中，合理的
结构设计和材料选择将确保单十字万向节的使用寿命和传动效率。
同
时，在进行受力分析和结构设计时，需要综合考虑各种因素，确保单十字万向节的性能和安全可靠性。
以上就是关于单十字万向节受力分析及结构设计的详细讨论，希望对您有所帮助。