汽车万向传动轴设计
汽车万向传动轴设计技术毕业设计说明书
目录1.1 汽车万向传动轴的发展与现状 (2)1.2 万向传动轴设计技术综述 (2)2 万向传动轴结构方案确定 (4)2.1 设计已知参数 (4)2.2 万向传动轴设计思路 (6)2.3 结构方案的确定 (6)3 万向传动轴运动分析 (9)4 万向传动轴设计 (10)4.1 传动载荷计算 (10)4.2 十字轴万向节设计 (12)4.3滚针轴承设计 (13)4.4传动轴初步设计 (14)4.5 花键轴设计 (15)4.6 万向节凸缘叉连接螺栓设计 (16)4.7 万向节凸缘叉叉处断面校核 (17)5基于UG的万向传动轴三维模型构建 (18)5.1万向节凸缘叉作图方法及三维图 (18)5.2万向节十字轴总成作图方法及三维图 (21)5.3 内花键轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (25)5.4 花键、轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (2624)5.5万向传动轴总装装配方法及三维图 (27)6 万向传动装置总成的技术要求、材料及使用保养 (29)6.1普通万向传动轴总成的主要技术要求 (29)6.2万向传动轴的使用材料 (29)6.3 传动轴的使用与保养 (30)7 结论 (31)总结体会 (32)谢辞 (33)附录1外文文献翻译 (34)附录2模拟申请万向传动轴专利书 (48)【参考文献】 (52)1引言1.1 汽车万向传动轴的发展与现状万向传动装置的出现要追溯到1352年，用于教堂时钟中的万向节传动轴。
1663年英国物理学家虎克制造了一个铰接传动装置，后来被人们叫做虎克万向节，也就是十字轴式万向节，但这种万向节在单个传递动力时有不等速性。
1683年双联式虎克万向节诞生，消除了单个虎克万向节传递的不等速性，并于1901年用于汽车转向轮。
上世纪初，虎克万向节和传动轴已在机械工程和汽车工业中起到了极其重要的作用。
1908年第一个球式万向节诞生，1926年凸块式等速万向节出现，开始用于独立悬架的前轮驱动轿车和四轮驱动的军用车的前轮转向节。
万向传动轴的设计参数
万向传动轴的设计参数第一组1-1微型客车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计一、任务：1、确定传动系方案及发动机主要性能指标。
2、确定传动系的传动比。
3、设计万向节和传动轴。
4、编制设计说明书。
二、原始条件：车型微型客车驱动形式FR4X2发动机位置前置最高车速U max=110km/h最大爬坡度i max N30%汽车总质量m a=1410kg满载时前轴负荷率40%外形尺寸总长L a X 总宽B a X 总高H a=3496X 1445X 1841mm3迎风面积AF.85 B a X H a空气阻力系数CD=0.6轴距L=2200mm前轮距B1=1440mm后轮距B2=1420mm车轮半径r=300mm离合器单片十式摩擦离合器变速器两轴式、四挡第二组-1 4-1中型货车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计 1、确定传动系方案及发动机主要性能指标。
2、确定传动系的传动比。
3、设计万向节和传动轴。
4、编制设计说明书。
二、原始条件：车型 中型货车驱动形式 FR4X 2发动机位置 前置、纵置最高车速 U max =90km/h最大爬坡度 i max N 28%汽车总质量 m a =9290kg满载时前轴负荷率 25.4%外形尺寸 总长L a X 总宽B a X 总高H 轴距 L=3950mm前轮距 B 1=1810mm后轮距 B 2=1800mm迎风面积 A ^B 1X H a空气阻力系数 C D =0.9轮胎规格 9.00—20 或 9.0R20 离合器 单片十式摩擦离合器变速器 中间轴式、五挡 一、任务:=6910 X 2470 X 2455mm 3第二组-26-1中型货车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计一、任务：1、确定传动系方案及发动机主要性能指标。
2、确定传动系的传动比。
3、设计万向节和传动轴。
4、编制设计说明书。
二、原始条件：车型中型货车驱动形式FR4X2发动机位置前置、纵置最高车速U max=80km/h最大爬坡度i max N30%汽车总质量m a=9100kg，前轴2900kg，后轴6200kg外形尺寸总长L a X总宽B a X总高H a=6800X2400X2130mm3轴距L=3710mm前轮距B1=1740mm后轮距B2=1720mm迎风面积A^B1X H a空气阻力系数CD=0.9轮胎规格8.25—20或8.25R20离合器单片干式摩擦离合器变速器中间轴式、五挡第三组2-1轿车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计一、任务：1、确定传动系方案及发动机主要性能指标。
万向传动轴设计
压力铸造
利用高压将金属液注入模具， 适用于小型零件。
离心铸造
利用离心力进行铸造，适用于 管状和套筒类零件。
锻造工艺
自由锻造
通过锤击或压力机对金属坯料 进行塑性变形，得到所需形状
的零件。
模锻
在模具中通过压力或冲击力使 金属坯料变形，适用于批量生 产。
辗环工艺
通过辗压机对环形坯料进行连 续塑性变形，得到环形零件。
根据动态特性分析结果，对万向 传动轴的结构和材料进行优化设 计，提高其动态性能。
减振降噪
采用有效的减振降噪措施，减小 万向传动轴在工作过程中产生的 振动和噪声，提高整车的舒适性。
04
万向传动轴的制造工艺
铸造工艺
01
02
03
04
砂型铸造
利用砂型模具进行铸造，适用 于大批量生产。
熔模铸造
通过熔模制作精密铸造，适用 于高精度零件。
定期润滑
根据需要定期对万向传动 轴进行润滑，以保证其正 常运转。
定期检查与保养
检查外观
定期检查万向传动轴的外观，查 看是否有裂纹、磨损等现象。
检查紧固件
确保万向传动轴的紧固件（如螺栓、 螺母等）紧固，无松动现象。
检查润滑情况
定期检查万向传动轴的润滑情况， 确保润滑良好。
常见故障及排除方法
传动轴异响
03
万向传动轴的优化设计
轻量化设计
轻量化设计
在满足强度和刚度要求的前提下，通过优化材料、结构、工艺等方式 降低万向传动轴的质量，从而提高整车的燃油经济性和动力性。
材料选择
选用高强度轻质材料，如铝合金、钛合金等，以减小万向传动轴的质 量。
结构优化
采用先进的有限元分析方法对万向传动轴的结构进行优化设计，去除 冗余部分，减小体积和重量。
万向传动轴设计范文
万向传动轴设计范文万向传动轴（Universal Joint Shaft）是一种能够实现两个轴线的不同角度传动的机械传动装置，广泛应用于汽车、机械设备和工业生产线等领域。
本文将详细介绍万向传动轴的设计原理、结构特点以及设计优化方法。
一、设计原理当传动输入轴转动时，中心轴通过两个交叉连接轴的连杆传递旋转力矩，并使输出轴也产生旋转。
由于交叉连接轴的特殊结构，万向传动轴能够使传动输入轴和输出轴存在不同的旋转角度，从而解决了轴线不同角度对传动的限制。
二、结构特点在设计过程中，需要考虑以下几个关键参数：1.轴间角度：指传动输入轴与输出轴之间的夹角。
该角度越大，传动轴工作时的额定转速越低，并且还会增加传动过程中的振动和噪音。
2.传动扭矩：表示输入轴传递给输出轴的力矩大小。
在设计中需要根据传动系统的需求确定传动轴的最大扭矩。
3.长度和直径：传动轴的长度和直径需要根据具体应用条件和承载要求进行确定。
三、设计优化方法在进行万向传动轴的设计时，可以采用以下几种优化方法：1.结构材料选择：传动轴的结构材料对其承载能力和耐久性具有重要影响。
可以通过优化材料选择，如选用高强度合金钢，来提高传动轴的耐久性能。
2.回转角度优化：通过合理设计传动轴的长度和交叉板角度，使得传动轴的回转角度在设计范围之内，从而提高传动效率并减少振动和噪音。
3.杆件直径优化：传动轴的杆件直径直接影响其承载能力。
可以采用有限元分析方法来优化杆件的直径，以满足传动系统的扭矩和振动要求。
4.轴承选择与布局：传动轴的轴承选择与布局对其旋转平衡性和耐久性有重要影响。
可以通过优化轴承的类型和布局，如选用角接触球轴承和双排球轴承，来提高传动轴的工作稳定性和寿命。
总之，万向传动轴作为一种重要的机械传动装置，在众多领域都有广泛应用。
其设计涉及到结构原理、材料选择、回转角度优化、杆件直径优化以及轴承选择与布局等多个方面，需要综合考虑承载能力、回转角度和振动噪音等设计要求，以实现传动系统的高效、稳定和可靠工作。
开题报告(汽车万向传动轴的设计)
本科毕业设计（论文）开题报告
机学院2017 届车辆工程班
注：⑴开题报告由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，外语专业的开题报告必须用相应的语种写作。
⑵开题报告须经指导教师审阅并签字后才能生效。
⑶本表作为毕业设计（论文）的附件材料，装入学生毕业设计（论文）袋。
⑷各学院可根据专业特点，自行拟定本表中开题报告的写作提纲，修订后报教务处备案并上传本教学单位网站以供学生下载。
⑸开题报告的写作字数、参考文献篇数以及写作格式等要求，各学院可参照兄弟院校同类专业的要求自行确定，并在本教学单位制定本科毕业设计（论文）开题报告格式模板中予以明示。
课程设计说明书--万向传动轴设计
万向传动轴设计1．车型及其相关参数1.1车型图片设计所选车型为：一汽解放赛龙中卡(CA1145PK2L2AEA80)1.2车型参数：驱动形式4*2 轴距4920m车身长度8.45m 车身宽度 2.5m车身高度 2.56m 最高车速93km/h 轮胎规格8.25-16 发动机最大输出功率103kw整车质量 5.8吨发动机最大转矩450N·m 最大总质量13.8吨最大扭矩转速1400发动机额定转速2500rpm 档数6档变速器最大输出扭矩610N·m 一档传动比 6.515后桥允许载荷8950Kg 六档传动比0.813刚性万向节安徽工程大学万向节------课程设计说明书挠性万不等速万向节准等速万向节等速万向节向节十字轴式双联式凸块式三销轴式球面滚轮式圆弧槽滚刀式球叉式直槽滚道式伸缩型球笼式Birfield型Rzeppa型图 2.1万向节的分类在方案选择时，我们考虑到它是用于变速器与驱动桥之间，并且在满足万向传动轴设计基本要求后，我们选择了十字轴万向节。
其结构如下图所示，注油嘴套筒滚针轴承座注油孔油道图 2.2十字轴结构图因为这种万向节结构简单紧凑，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低，能使不在同轴线或轴线角较大，轴向移动较大的两轴等角速连续回转，与可伸缩的传动轴搭配在一起，构成的十字轴万向传动轴被广泛采用。
十字轴万向传动可分为单十字轴和双十字轴两种。
单十字轴万向节传动，传动轴被封闭在一套管中，套管将牵引力或制动力从驱动桥传至车架或车身。
但其结构笨重，增加了非悬挂部分的重量。
而且，由于这种结构中只用了一个十字轴万向节传动，因此不能保证主减速器主动轴与变速器第二轴的转速恒等，引起了工作不均匀性，这种万向节应用很少。
目前应用最广泛的是双十字轴万向节。
双十字轴万向节直接用两个简单十字轴万向节和一根传动轴连接。
另外双十字轴万向节的重量轻，对载重汽车而言通常只占 1.0~1.4%。
所以我们选了双十字轴万向节。
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
HGC1050万向传动轴结构设计(机械CAD图纸)
摘要万向传动装置是汽车传动系统中的重要组成部分，万向传动装置位于变速箱和驱动桥之间，一般由万向节、传动轴和中间支承组成。
万向节能实现变角度动力传递；传动轴把变速器的转矩传递到驱动桥上；中间支承能补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差和车辆行驶过程中由于发动机窜动或车架等变形所引起的位移。
万向传动装置的功用是在汽车行驶过程中，在轴间夹角及相互位置经常发生变化的两个转轴之间传递动力。
本文主要是对汽车的十字轴式万向传动装置进行设计。
根据车辆使用条件和车辆参数，按照传动系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：十字轴、万向节、传动轴、中间支承的参数确定，并进行了总成设计主要为：十字轴的设计，万向节的设计、传动轴的设计以及中间支承的设计等。
并通过Pro/E 建模和有限元ANSYS软件对设计万向传动装置进行结构分析，根据分析结果对万向传动装置进行改进设计得出合理的设计方案。
关键词：万向传动装置；十字轴；万向节；传动轴；有限元分析ABSTRACTThe automobile universal transmission device is in the automobile transmission system important constituent,is located between the gear box and the driving axle . Generally by the universal joint, the drive shaft and the middle supporting is composed. The universal joint energy conservation realization changes the angle power transmission;Transmit the torque of the gear box to the transaxle with drive shaft;The middle supporting can compensate the drive shaft axial and the angle direction in the wiring error and the vehicles travel process because the engine flees moves the displacement which or distortions and so on frame causes. The rotary transmission device function is in the automobile travel process, the included angle and the mutual position changes between the revolution axis in the axis between to transmit the power frequently.This article mainly is carries on the design to the automobile cross shaft type rotary transmission device. According to vehicles exploitation conditions and vehicles parameter, according to transmission system design procedure and request, Mainly has carried on following work:Mainly has carried on following work choice correlation design variable mainly is: Cross axle, universal joint, drive shaft, middle supporting parameter determination, and has carried on the unit design mainly is: Cross axle design, universal joint design, drive shaft design as well as middle supporting design and so on. And to designs the rotary transmission device through the finite element Pro/E and ANSYS software to carry on the structure analysis, Carries on the improvement design according to the analysis result to the rotary transmission device to obtain the reasonable design proposal.Keywords:U niversal Transmission Device; Cross Axle; Universal Joint; Transmission shaft; Finite Element Analysis目录摘要 (I)Abstract ..................................................................................I I 第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2汽车传动轴的国内外研究现状 (2)1.3研究汽车万向传动轴的目的和意义 (3)1.3.1研究汽车万向传动轴的目的 (3)1.3.2研究汽车传动轴的意义 (3)1.4 万向传动轴的结构特点及基本要求 (4)1.5本课题研究的主要内容 (5)第2章汽车传动轴的结构方案分析与选择 (7)2.1汽车传动轴的结构方案概述 (7)2.1.1万向节与传动轴的结构型式 (7)2.1.2传动轴管、伸缩花键及中间支承结构型式 (7)2.1.3万向节类型 (10)2.2传动轴设计方案 (12)2.3本章小结 (13)第3章万向传动轴的设计 (14)3.1HGC1050汽车的主要技术参数 (14)3.2传动轴总成设计计算及校核 (15)3.2.1传动轴计算载荷的确定 (15)3.2.2传动轴轴管的选择及校核 (16)3.2.3中间支承的结构设计 (21)3.3十字轴总成的设计计算及校核 (24)3.3.1万向节的受力分析 (24)3.3.2十字轴万向节的设计及校核 (26)3.3.3十字轴滚针轴承的校核 (27)3.3.4万向节叉的设计及校核 (28)第4章传动轴总成建模与装配 (30)4.1 Pro/ENGINEER软件简介 (30)4.2利用Pro／ENGINEER软件进行三维实体建模 (31)4.2.1十字轴的创建 (31)4.2.2凸缘叉的创建 (31)4.2.3轴承差的创建 (32)4.2.4传动轴管的创建 (32)4.2.5带花键的传动轴管的创建 (33)第5章万向传动装置的有限元静力学分析 (34)5.1 ANSYS软件简介 (34)5.2Pro/E与ANSYS接口的创建 (34)5.3利用ANSYS对望向传动装置进行有限元受力分析 (36)5.3.1十字轴有限元受力分析 (36)5.3.2凸缘叉有限元受力分析 (40)5.3.3传动轴有限元受力分析 (41)5.4本章小结 (42)结论 (43)参考文献 (44)致谢 (45)附录：传动轴简介第1章绪论1.1 概述万向节传动用于在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力。
毕业设计 汽车万向传动轴的设计
目录1.1 汽车万向传动轴的发展与现状 (2)1.2 万向传动轴设计技术综述 (2)2 万向传动轴结构方案确定 (4)2.1 设计已知参数 (4)2.2 万向传动轴设计思路 (6)2.3 结构方案的确定 (7)3 万向传动轴运动分析 (10)4 万向传动轴设计 (11)4.1 传动载荷计算 (11)4.2 十字轴万向节设计 (12)4.3滚针轴承设计 (14)4.4传动轴初步设计 (15)4.5 花键轴设计 (16)4.6 万向节凸缘叉连接螺栓设计 (17)4.7 万向节凸缘叉叉处断面校核 (17)5基于UG的万向传动轴三维模型构建 (19)5.1万向节凸缘叉作图方法及三维图 (19)5.2万向节十字轴总成作图方法及三维图 (21)5.3 内花键轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (25)5.4 花键、轴管与万向节叉总成作图方法及三维图 (2625)5.5万向传动轴总装装配方法及三维图 (27)6 万向传动装置总成的技术要求、材料及使用保养 (29)6.1普通万向传动轴总成的主要技术要求 (29)6.2万向传动轴的使用材料 (29)6.3 传动轴的使用与保养 (30)7 结论 (31)总结体会 (32)谢辞 (33)附录1外文文献翻译 (34)附录2模拟申请万向传动轴专利书 (48)【参考文献】 (52)1.1 汽车万向传动轴的发展与现状万向传动装置的出现要追溯到1352年，用于教堂时钟中的万向节传动轴。
1663年英国物理学家虎克制造了一个铰接传动装置，后来被人们叫做虎克万向节，也就是十字轴式万向节，但这种万向节在单个传递动力时有不等速性。
1683年双联式虎克万向节诞生，消除了单个虎克万向节传递的不等速性，并于1901年用于汽车转向轮。
上世纪初，虎克万向节和传动轴已在机械工程和汽车工业中起到了极其重要的作用。
1908年第一个球式万向节诞生，1926年凸块式等速万向节出现，开始用于独立悬架的前轮驱动轿车和四轮驱动的军用车的前轮转向节。
汽车设计五(万向传动轴设计)
速度有关系式
，这样有
T2
1 sin 2 cos2 1 cos
T1
（4-3）
显然，当
最小时，从动轴上的转矩为最大
；当
最大时，从动轴上的转矩为最小
值与最小值之间每一转变化两次。
。T1与
第十页，共十八页。
一定时，T2在其最大
附加(fùjiā)弯曲力偶矩的分析
具有夹角 的十字轴万向节，仅在主动轴驱
动(qū dònɡ)转矩和从动轴反转矩的作用下是不能 平衡的。从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析
第三页，共十八页。
第二节 万向节结构方案(fāng àn)分析
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）。
不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零时，输出(shūchū)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。
第九页，共十八页。
第三节 万向传动的运动(yùndòng)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 与从动轴的角速度 之间存在如下的关系
2 cos 由于cos 是周期为2 的周期1函数sin，2 所c以os2 1
（4-1） 也为同周期的周期函数。当
第四章
万向传动轴设计(shèjì)
第一页，共十八页。
第四章 万向传动轴设计(shèjì)
• 第一节 概述
•
第二节 万向节结构方案(fāng àn)分析
• 第三节 万向传动的运动和受力分析
• 第四节 传动轴结构分析与设计
第二页，共十八页。
万向传动轴的设计参数
万向传动轴的设计参数第一组1-1 微型客车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计一、任务：1、确定传动系方案及发动机主要性能指标。
2、确定传动系的传动比。
3、设计万向节和传动轴。
4、编制设计说明书。
二、原始条件：车型微型客车驱动形式FR4×2发动机位置前置最高车速U max=110km/h最大爬坡度i max≥30%汽车总质量m a=1410kg满载时前轴负荷率40%外形尺寸总长L a×总宽B a×总高H a=3496×1445×1841mm3迎风面积A≈0.85 B a×H a空气阻力系数C D=0.6轴距L=2200mm前轮距B1=1440mm后轮距B2=1420mm车轮半径r=300mm离合器单片干式摩擦离合器变速器两轴式、四挡第二组-14-1 中型货车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计一、任务：1、确定传动系方案及发动机主要性能指标。
2、确定传动系的传动比。
3、设计万向节和传动轴。
4、编制设计说明书。
二、原始条件：车型中型货车驱动形式FR4×2发动机位置前置、纵置最高车速U max=90km/h最大爬坡度i max≥28%汽车总质量m a=9290kg满载时前轴负荷率25.4%外形尺寸总长L a×总宽B a×总高H a=6910×2470×2455mm3轴距L=3950mm前轮距B1=1810mm后轮距B2=1800mm迎风面积A≈B1×H a空气阻力系数C D=0.9轮胎规格9.00—20或9.0R20离合器单片干式摩擦离合器变速器中间轴式、五挡第二组-26-1 中型货车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计一、任务：1、确定传动系方案及发动机主要性能指标。
2、确定传动系的传动比。
3、设计万向节和传动轴。
4、编制设计说明书。
二、原始条件：车型中型货车驱动形式FR4×2发动机位置前置、纵置最高车速U max=80km/h最大爬坡度i max≥30%汽车总质量m a=9100kg，前轴2900kg，后轴6200kg外形尺寸总长L a×总宽B a×总高H a=6800×2400×2130mm3轴距L=3710mm前轮距B1=1740mm后轮距B2=1720mm迎风面积A≈B1×H a空气阻力系数C D=0.9轮胎规格8.25—20或8.25R20离合器单片干式摩擦离合器变速器中间轴式、五挡第三组2-1 轿车传动系总体方案设计及万向传动轴的设计一、任务：1、确定传动系方案及发动机主要性能指标。
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 =。
汽车设计讲稿-第四章 万向传动轴设计
第四章万向传动轴设计§4-1 概述一、功用：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二、设计要求：1）保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化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运转。
且由于夹角存在而引起的附加载荷、振动、噪声均在允许范围内，在使用车速范围不应产生共振3） 高，寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等三、应用1、前置后驱动汽车上（∵悬架变形，变速器输出轴与主减速器输入轴间经常有相对运动）－可伸缩的十字轴万向传动轴2、转向驱动桥（∵驱动轮又是转向轮，左右半轴间夹角随行驶需要而变）－等速万向传动轴3、离合器与变速器，变速器与分动器不直接连接而离开一定距离（为避免因安装不准确和车架变形在传动机构中引起附加载荷）－十字万向传动轴或挠性万向传动轴。
四、分类：挠性万向节：靠弹性另件传递动力按扭转方向是否有明显弹性不等速：瞬时角速度变化，平均角速度相等一十字轴刚性等速：瞬时角速度相等一球叉式、球笼式准等速：设计角度下，瞬时角速度相等一双联式、凸块、三销轴式、球面滚轮§4-2万向节结构方案分析一、十字轴万向节A.构造：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。
B.优缺：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。
C.最大夹角，不宜过大D.应用：广泛二、准等速万向节（近似等速）1、双联式A.构造：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。
B.优缺：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。
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
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1、套筒2、十字轴
3、万向节叉4、卡环5、滚针轴承6、万向节叉
图3-1 十字轴式万向节
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。
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，在两轴夹角α不为零的情况下，不能传递等角速转动。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。
第三章万向节结构方案分析
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“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。
图2-1 万向传动装置在汽车传动系统中的应用与布置
万向传动轴在汽车上的应用比较广泛。发动机前置后轮或全轮驱动汽车行驶时，由于悬架不断变形，变速器或分动器的输出轴与驱动器输入轴轴线之间的相对位置经常变化，因普遍采用可伸缩的十字轴万向传动轴；某些汽车根据总布置要求需将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一段距离，考虑到它们之间很难保证轴与轴同心及车架的变形，所以常采用十字轴万向
第一章万向传动轴的结构特点及基本要求
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节组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化，并实现两轴的等角速传动。
传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。传动轴的长度和夹角及它们的变化范围由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；而在长度处在最小时不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。在长度一定时，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。
图1-1变速器与驱动桥之间的万向传动装置
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
第二章万向传动轴的应用
在现代汽车的总体布置中，发动机、离合器和变速箱连成一体固装在车架上，而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接。由此可见，变速器输出轴轴线与驱动桥的输入轴轴线不在同一平面上。当汽车行驶时，车轮的跳动会造成驱动桥与变速器的相对位置(距离、夹角)不断变化，故变速器的输出轴与驱动桥的输入轴不可能刚性连接，必须安装有万向传动装置。
传动轴或挠性万向传动轴；对于转向驱动桥，左、右驱动轮需要随汽车行驶轨迹变化而改变方向，这时多采用等速万向传动轴。此外，由于越野汽车的前轮既是转向轮又是驱动轮。作为转向轮，要求在转向时可以在规定范围内偏转一定角度；作为驱动轮，则要求半轴在车轮偏转过程中不间断地把动力从主减速器传到车轮。因此，半轴不能制成整体而必须分段，中间用等角速万向节相连。
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。
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。多用于军用越野转向驱动桥。
万向节的结构和作用有点象人体四肢上的关节，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，加剧机件的损坏，产生很大的噪音，所以广泛采用各式各样的等速万向节。在前驱动汽车上，每个半轴用两个等速万向节，靠近变速驱动桥的万向节是半轴内侧万向节，靠近车轴的是半轴外侧万向节。在后驱动汽车上，发动机、离合器与变速器作为一个整体安装在车架上，而驱动桥通过弹性悬挂与车架连接，两者之间有一个距离，需要进行连接。汽车运行中路面不平产生跳动，负荷变化或者两个总成安装的位差等，都会使得变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的夹角和距离发生变化，因此在后驱动汽车的万向节传动形式都采用双万向节，就是传动轴两端各有一个万向节，其作用是使传动轴两端的夹角相等，保证输出轴与轴入轴的瞬时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゜。下图所示的十字轴式万向节由一个十字轴2，两个万向节叉和四个滚针轴承5等组成。两万向节叉3和6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，这样就适应了夹角和距离同时变化的需要。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