传动轴和万向节设计
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:
万向节和传动轴设计
万向节和传动轴设计1.引言万向节是一种能够在不同角度传动转矩和旋转动力的机械零件，主要用于在非直线传输轴或传动系统中实现旋转传动。
传动轴则是将功率从原动机传递到负载的一种传动装置。
在机械设计中，万向节和传动轴的设计至关重要，因为它们直接决定了传输系统的力学性能和运动传动的效率。
本文将详细介绍万向节和传动轴的设计原理及其在实际工程中的应用。
2.万向节的设计原理和应用万向节的设计原理基于其能够在多个平面上旋转，如X、Y和Z轴，从而实现非常灵活的角度传输。
万向节通常由两个旋转连接部分组成，具有两个旋转轴。
其中一个旋转轴称为输入轴，另一个旋转轴称为输出轴。
两个旋转轴的交点称为万向节的中心。
通过合理设计万向节的结构，可以实现不同的角度传输和旋转。
万向节广泛应用于汽车工业、航空航天、船舶和机械制造等领域。
在万向节的设计中，需要考虑以下几个方面：1)承受的转矩：根据传动系统的需求，确定万向节需要承受的转矩大小。
这个参数将直接影响到万向节的尺寸和材料选择。
2)角度范围：确定万向节需要实现的角度传输范围。
这个参数将决定万向节的结构设计。
3)装配空间：根据实际的装配空间限制，确定万向节的尺寸和形状。
3.传动轴的设计原理和应用传动轴是将原动机的动力传递到负载的一种传动装置。
传动轴的设计原理基于承受和传递转矩的难度及传输效率的要求。
在传动轴的设计中，需要考虑以下几个方面：1)轴材料的选择：根据传动系统的要求，选择合适的轴材料。
常用的轴材料有铁、钢和铝等。
材料的强度和刚度是选择的重要考虑因素。
2)圆整度和平行度：传动轴的圆整度和平行度对传动的效率和平稳度有很大影响。
在轴的制造过程中，需要保证其圆整度和平行度的要求。
3)轴的结构设计：根据传动系统的要求，确定轴的结构设计。
包括轴的直径、轴的长度、轴的形状等。
传动轴广泛应用于各种机械传动系统中，如汽车变速器、工业机械和机床。
在设计传动轴时，需要综合考虑功率传输、转速、扭矩、材料的选择和轴的结构设计等因素，以满足传动系统的要求。
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
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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。
传动轴和万向节设计
传动轴和万向节设计一、传动轴的结构传动轴是连接发动机和驱动轴的重要传动部件，其主要结构包括中心轴、连接部件和连接套管。
中心轴是传动轴的主体，其外形通常为圆柱形。
连接部件用于连接中心轴与其他传动部件，常用的连接方式有接合螺母和套筒连接。
连接套管则用于安装传动轴，起到支撑和保护的作用。
二、传动轴的设计要求传动轴作为汽车传动系统的关键零部件，其设计需要满足以下几个主要要求：1.良好的刚度和强度：传动轴在传递发动机动力的同时，还需要承受车辆行驶过程中的各种载荷。
因此，传动轴的设计需要保证足够的刚度和强度，以防止变形和断裂。
2.良好的动平衡性能：传动轴在高速旋转过程中会产生振动和不平衡力，对汽车驾驶稳定性产生不利影响。
因此，传动轴的设计需要考虑动平衡性能，采取相应的平衡措施。
3.重量轻、体积小：随着汽车动力性能和燃油经济性要求的提高，传动轴的质量也要求尽量减小，以减轻整车质量，提高燃油经济性。
4.良好的耐久性和可靠性：传动轴在汽车使用过程中会受到多种因素的影响，如冲击、杂乱加载和腐蚀等。
因此，传动轴的设计需要保证其良好的耐久性和可靠性，减少故障发生的概率。
三、万向节的结构和工作原理万向节用于连接传动轴和车轮之间，是一种能够在不同角度下实现传动的装置。
常见的万向节结构有三个球式和常角度式两种。
其中，三个球式万向节是一种可以实现任意角度传动的结构，由两个内圈、两个外圈和三个转动球组成。
常角度式万向节则适用于需要固定角度传动的场合，常用于前驱汽车。
万向节的工作原理是通过球和轴之间的球座和滚道实现传递动力。
当传动轴转动时，球会在轴上转动，通过球面与内圈、外圈的滚道接触传递动力。
相对于三个球式万向节，常角度式万向节的结构相对简单，其工作原理类似。
四、常见问题及解决方法1.传动轴产生振动：造成传动轴振动的原因有很多，可能是由于不平衡、轴材质问题或连接部件松动等原因。
解决方法可以是进行动平衡修正或更换质量较好的传动轴。
传动轴万向节课程设计
传动轴万向节课程设计一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握传动轴万向节的结构、工作原理和应用场景；技能目标要求学生能够运用所学知识分析实际问题，并具备一定的动手实践能力；情感态度价值观目标要求学生培养对机械传动领域的兴趣，提高创新意识和团队协作能力。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括传动轴万向节的结构、工作原理和应用场景。
首先，介绍传动轴万向节的结构，包括轴身、万向节叉、十字轴等部分，并讲解各部分的作用。
其次，讲解传动轴万向节的工作原理，通过实例分析，使学生理解其在汽车传动系统中的重要作用。
最后，介绍传动轴万向节在实际应用中的各种类型，如恒速万向节、手动变速器万向节等，并分析其优缺点。
三、教学方法为了提高教学效果，本节课采用多种教学方法相结合的方式。
首先，运用讲授法，系统地传授传动轴万向节的相关知识。
其次，采用讨论法，让学生分组讨论传动轴万向节的工作原理和应用场景，增强学生的互动与合作能力。
此外，结合案例分析法，选取实际案例，让学生分析传动轴万向节在汽车传动系统中的应用，提高学生的实践能力。
最后，利用实验法，让学生动手操作传动轴万向节模型，加深对知识的理解和记忆。
四、教学资源本节课的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
教材选用《汽车传动系统》一书，为学生提供系统性的理论知识。
参考书包括《汽车万向节设计与应用》等，为学生提供丰富的实践案例。
多媒体资料包括图片、视频等，用于直观展示传动轴万向节的结构和工作原理。
实验设备包括传动轴万向节模型、实验台等，让学生动手操作，提高实践能力。
五、教学评估本节课的评估方式包括平时表现、作业和考试三个部分。
平时表现占30%，主要评估学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况；作业占30%，主要评估学生的理解和应用能力；考试占40%，主要评估学生对知识的掌握程度。
评估方式客观、公正，能全面反映学生的学习成果。
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
传动轴设计[整理版]
![传动轴设计[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/65cff7c627fff705cc1755270722192e44365855.png)
传动轴设计1概述在汽车传动轴系或其它系统中，为了实现一些轴线相交或相对置经常变化的转轴之间的动力传递，必须采用万向传动装置。
万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，当距离较远时，还需要中间支承。
在汽车行业中把连接发动机与前、后轴的万向传动装置简称传动轴。
传动轴设计应能满足所要传递的扭矩与转速。
现轻型载货汽车多采用不等速万向节传动轴。
2传动轴设计2．1传动轴万向节、花键、轴管型式的选择根据整车提供发动机的最高转速、最大扭矩及变速箱提供的一档速比，及由后轴负荷车轮附着力，计算得扭矩，由两者比较得出的最小扭矩来确定传动轴的万向节、花键、轴管型式。
a按最大附着力计算传动轴的额定负荷公式：Mψmax=G·r k·ψ/i oG满载时驱动轴上的负荷r k车轮的滚动半径ψ车轮与地面的附着系数i o主减速器速比b按发动机最大扭矩计算传动轴的额定负荷公式：Mψmax =M·i k1·i p/nM 发动机最大扭矩i k1变速器一档速比i p 分动器低档速比n 使用分动器时的驱动轴数按《汽车传动轴总成台架试验方法》中贯定选取以上二者较小值为额定负荷。
考虑到出现最大附着力时的工况是紧急制动工况此时的载荷转移系数为μ因此实际可利用最大附着力矩：M ψmaxo = M max ·μ传动轴的试验扭矩：由汽车设计丛书《传动轴和万向节》中得知：一般总成的检查扭矩为设计扭矩的1.5-2.0倍。
传动轴设计中轴管与万向节的设计扭矩也应选取1.5-2.0倍的计算扭矩，以满足整车使用中的冲击载荷。
轴管扭转应力公式:τ=16000DM π(D 4-d 4)<[τ] =120N/ mm2D 轴管直径； d 轴管内径；M 变速箱输出最大扭矩；花键轴的扭转应力：τ=16000M πD 23<[τ] =350N/ mm 2D 2花键轴花键底径；D 2=27.667mm 。
Z 花键齿数 m 花键模数M变速箱输出最大扭矩；传动轴花键齿侧的挤压应力：δ=2×TΨ×Z×m×L×Z×m在25-50N.mm2推荐范围内Ψ各齿载荷不均系数；Z花键齿数；L花键齿的最短工作长度长度；m花键模数；2．2传动轴的临界转速计算传动轴的临界转速。
传动轴和万向节设计
传动轴和万向节设计一、传动轴设计原理传动轴是将发动机产生的动力传递到车辆的驱动轮上的一个重要部件。
其主要功能是在发动机和驱动轮之间传递扭矩，并且能够适应车辆悬挂系统的运动。
传动轴一般采用圆柱形或者扁平形的结构，其内部有若干根同轴排列的精密钢管。
在正常情况下，传动轴的转速较低，承受的扭矩相对较小，所以设计上一般使用空心结构，以减轻重量，并提高整车的燃油经济性。
在传动轴的设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.强度设计：传动轴在传递高扭矩时需要具备足够的弯曲强度和抗扭强度，以防止其发生破坏。
强度设计一般采用有限元分析方法，考虑材料的强度和结构的几何形状，以确保传动轴的可靠性。
2.动平衡设计：传动轴在旋转时会产生一定的离心力，为了避免引起车辆的振动和噪音问题，需要进行动平衡设计。
动平衡主要通过改变传动轴的结构和通过在不平衡部位安装平衡块的方式来实现。
3.转向角度设计：传动轴需要能够适应车辆悬挂系统的运动，所以需要根据车辆的悬挂行程和转向角度来设计传动轴的长度和角度。
过大的转向角度会造成传动轴的变形和断裂，过小的转向角度则会影响车辆的灵活性。
二、万向节设计原理万向节是传动轴和车轮之间连接的关键部件，其主要功能是实现传动轴与驱动轮间的角度传递，并在转向时能够适应轮胎的转向角度。
万向节一般由内球和外球组成，内球有两个半球形的凹槽，外球有两个凸槽，内外球通过一个钢球来连接。
当传动轴发生转动时，内外球可以相对转动，以适应车轮的角度变化。
在万向节的设计中，需要考虑以下几个因素：1.角度传递：万向节需要能够在不同角度下传递扭矩，并且保持稳定的工作状态。
在设计中需要注意内外球的形状和尺寸，以确保扭矩的传递效果和稳定性。
2.脱落力设计：万向节在工作过程中会产生较高的脱落力，为了保证其可靠性，需要进行脱落力分析和设计。
一般采用优化设计或者增加连接脱落力的结构，以确保万向节在承受高负荷时不发生脱落。
3.寿命设计：万向节在工作过程中会产生较大的摩擦和磨损，所以需要进行寿命设计。
中型货车万向节与传动轴毕业设计
绪论
随着汽车行业的渐成熟，特别是近几十年来汽车工业大发展以来，汽车行业对世界经济的发展和人类社会的进步产生了巨大影响。现今生活中，汽车的普及极大的扩大了人们的活动范围也加快的人们的生活节奏。如今，汽车成为了人类生活中不可或缺的一部分。在过去的几十年中，发达国家一辆新车的零售价上涨了100%，而个人平均收入只增加了50%。为确保在2015年广大人民仍旧能够买得起车并且让制造商有利可图，汽车制造商需要将每辆汽车的制造成本降低1500欧元左右。降低成本的措施包括对生产工艺进行简化和标准化，以及生产低成本汽车。现今，汽车的设计的形势要求提高汽车的技术水平，使其承载能力更强，动力性更好，污染更少使用性能更好，更安全，更可靠，更经济舒适。
本文主要进行4x2前置后驱中型货车的万向节与传动轴设计。该类车上万向传动装置安装在变速器与驱动桥之间，且两者之间距离较远的情况下，将传动轴分成主传动轴和中间传动轴两端，并用三个十字轴式万向节相连，且在中间传动轴后端加装上中间支撑。
1
1.1
表1-1主要向传动装置，其作为汽车传动系统中的重要部件，零件的结构方案、材料的选择、所受力的分析是本设计探讨设计的重点。
万向传动装置一般由万向节和轴管及伸缩花键等零部件所组成，如果是轴距较长的车辆，为了使传动轴的临界转速得到提高和避免共振，还需要装有中间支承。万向传动装置在汽车上应用的比较广泛，主要功用是在工作过程中相对位置不断变化的两根轴之间传递转矩和旋转运动。当车型是发动机前置后驱时，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汽车省略了传动轴，万向节安装在前桥半轴与车轮之间。在万向传动装置的工作过程中，输出轴绕自身轴的旋转的动力来源是由输入轴绕其轴的旋转提供的。万向节允许被连接的零件之间存在相应的夹角并在一定范围内变化来满足动力传递、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。
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
•式中，d1 为十字轴轴颈直径；d2 为十字轴油道孔直径；s 为 合力 F 作用线到轴颈根部的距离；[σw]为弯曲应力许用值， 为250～350MPa。
• 十字轴轴颈的切应力 τ 应满足
4F 2 2 （d1 d 2 )
式中，[τ]为切应力 τ 许用值，为 80～120MPa。
值与最小值之间每一转变化两次。
附加弯曲力偶矩的分析
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 约束关系分析可知，主动叉对十字轴的作 用力偶矩，除主动轴驱动转矩T1之外，还 ' 有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩 T 。同 1 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。 当主动叉 1 处于0和 时位置时（图4
变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴之间普遍采用十字轴万向传 动轴。在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴。
第二节 万向节结构方案分析
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。
图4-5 十字轴万向节的力偶矩
1 = b) 1 = /2， 1 =3 /2 a) 1 =0，
当主动叉 1 处于 /2和3 /2位置时 （图4-5b），同理可知 T2=0，主 动叉上的附加弯矩T1' =T1tanα。 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 ，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。
传动轴万向节课程设计
传动轴万向节课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解传动轴万向节的基本概念，掌握其工作原理和结构特点；2. 使学生掌握传动轴万向节的分类、应用范围及其在汽车传动系统中的作用；3. 引导学生了解传动轴万向节的设计要点和制造工艺。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际工程问题的能力，如对传动轴万向节故障的诊断与维修；2. 提高学生动手实践能力，学会使用相关工具对传动轴万向节进行拆装、检查和维护；3. 培养学生团队协作能力，通过小组讨论、共同完成传动轴万向节的设计与制作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对汽车工程技术的兴趣和热情，提高学生的学习积极性；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程意识，了解传动轴万向节在汽车安全和环保方面的重要性；3. 引导学生树立正确的价值观，认识到传动轴万向节设计和制造对汽车产业发展的影响，激发学生的社会责任感。
本课程针对高年级学生，结合汽车工程学科特点，注重理论联系实际，以提高学生的知识水平、实践能力和综合素质为教学要求。
通过本课程的学习，使学生能够掌握传动轴万向节的相关知识，具备一定的工程实践能力，为将来从事汽车行业工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 传动轴万向节基础知识- 传动轴万向节的定义、作用及分类；- 传动轴万向节的工作原理及结构特点；- 传动轴万向节在汽车传动系统中的应用。
2. 传动轴万向节设计与制造- 传动轴万向节设计原则与要点；- 常用传动轴万向节的制造工艺及材料；- 传动轴万向节设计实例分析。
3. 传动轴万向节的拆装、检查与维护- 传动轴万向节拆装工具及方法；- 传动轴万向节检查与诊断技巧；- 传动轴万向节维护保养方法及注意事项。
4. 传动轴万向节故障分析与处理- 常见传动轴万向节故障现象及原因；- 传动轴万向节故障诊断与排除方法；- 传动轴万向节故障案例分析。
教学内容依据课程目标进行选择和组织，遵循科学性和系统性原则。
教学大纲明确教学内容的安排和进度，结合教材相关章节，确保教学内容与课本紧密关联。
万向节和传动轴设计
万向节传动的运动分析
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
十字轴万向节约的力偶矩平衡
T1 和T2 外万向节十字轴上还作用有另外的 力偶矩Ts- 附加弯矩又称为二阶弯矩
万向节和传动轴设计
4.2.2双万向节传动
为使处于同一个平面内的 输出轴与输入轴等速旋转 在汽车传动系中常采用双 万向节传动。常采用的方 案其共同的特点： 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 在这样布置的情况下可以 保证等角速传动
万向节传动的运动分析
万向节和传动轴设计
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
4.1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
Hale Waihona Puke 主要内容万向节和传动轴设计
中间支承
橡胶元件能吸收传动轴的振动，允许中间传 动轴线相对车架运动。这种弹性中间支承不 能传递轴向力主要承受径向力，这些径向力 主要是由传动轴不平衡偏心引起的，另外万 向节上的附加弯矩也引起径向力，这些径向 力是变化的，有些每转变化一次（传动轴的 不平衡偏心引起的径向力），另一些每转变 化两次（万向节上附加弯矩引起的径向力） 当这些激振力的频率与弹性中间支承悬置质 量的固有频率重合时便会发生共振
中型货车万向节与传动轴设计
中型货车万向节与传动轴设计中型货车的万向节和传动轴是非常重要的组成部分，对于车辆的传动效率和操控性能起着至关重要的作用。
下面将就中型货车的万向节和传动轴设计进行详细介绍，以便更好地了解其结构和功能。
首先，我们先介绍一下中型货车的万向节。
万向节是连接传动轴和驱动轮的关键部件，主要用于传递动力和承受转向时轮胎的旋转力矩。
它的主要作用是在传动过程中具有一定的弹性，能够使驱动轮在转弯或不同地形下保持良好的接地性，从而提高车辆的操控性和稳定性。
中型货车的万向节通常采用球笼式结构。
这种结构由两个球笼、两根轴和一根传动轴组成，其中传动轴连接发动机和驱动桥，球笼连接传动轴和驱动轮。
球笼内部有一组小球，可以在多个方向上转动，从而实现传动轴对驱动轮的连续传动，同时又能承受车辆转弯时的挠曲变形和扭转力矩。
在设计中型货车的万向节时，需要考虑以下几个因素：1.载荷能力：万向节需要能够承受车辆的动力和转向的载荷。
因此，在材料和结构上需要具有足够的强度和刚度，以确保万向节的正常运行和长期使用。
2.耐久性：中型货车通常需要长时间高强度运行，因此要求万向节能够保持良好的耐久性和可靠性。
在设计中需要充分考虑材料的选择和万向节的结构设计，以提高其寿命和抗疲劳能力。
3.润滑系统：万向节的正确润滑是确保其正常运行的关键。
通常采用润滑脂来减少运动部件的磨损和摩擦，并降低噪音和振动。
需要注意的是，润滑系统的设计要考虑到油脂的选用、供给方式和检测装置等。
接下来我们来介绍传动轴的设计。
传动轴是用于驱动车轮的关键部件，主要作用是将发动机的动力传递给车轮，同时承受车轮的旋转力矩和扭矩。
中型货车的传动轴通常采用辊花传动轴。
辊花传动轴是由多段圆柱体组成的，每段都有一个花键和一个齿槽，通过花键和齿槽之间的啮合来传递动力。
这种结构可以有效地减小传动轴的弯曲和螺旋方向的扭矩，提高传动效率和传动质量。
在设计中型货车的传动轴时，需要考虑以下几个因素：1.强度和刚度：传动轴需要能够承受车辆的动力和转向力矩，因此需要具有足够的强度和刚度。
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目录传动轴与十字轴万向节设计1.1结构方案选择 (02)1.2计算传动轴载荷 (03)1.3传动轴强度校核 (04)1.4十字轴万向节设计 (04)1.5传动轴转速校核及安全系数 (07)1.6参考文献 (09)1.传动轴与十字轴万向节设计要求1.1万向传动轴总体概述万向传动轴是汽车传动系的重要组成部件之一。
传动轴选用与设计的合理与否直接影响传动系的传动性能。
选用、设计不当会给传动系增添不必要的和设计未能估算在内的附加负荷，可能导致传动系不能正常运转..。
传动轴是将发动机输出的转知经分动器传递给前驱和后驱的传动机构，转速达3000~7000r/min,振动是传动轴总成设计需考虑的首要问题。
尽管采取涂层技术来减小滑移阻力，但产生的滑移阻力仍为等速万向节的10~40倍，而滑移阻力将产生振动。
为选型设计提供依据，传动轴分为CJ+CJ型、BJ+BJ型（靠花键产生滑移)BJ+DOJ型、BJ+TJ型、BJ+LJ型5种类型。
传动布置型式的选择万向节传动轴是汽车传动系的重要组成部件之一。
传动轴选用与设计布置的合理与否直接影响传动系的传动性能。
选用与布置不当会给传动系增添不必要的和设计未能估算在内的附加动负荷，可能导致传动系不能正常运转和早期损坏。
车辆的万向节传动，主要应用于非同心轴间和工作中相对位置不断改变的两轴之间的动力传递。
装在变速器输出轴与前后驱动桥之间。
变速器的动力输出轴和驱动桥的动力输入轴不在一个平面内。
有的装载机在车桥与车架间装有稳定油缸、铰接式装载机在转向时均会使变速箱与驱动桥之间的相对位置和它们的输出、输出入轴之间的夹角不断发生变化。
这时常采用一根或多根传动轴、两个或多个十字轴万向节的传动[7]。
图2.1为用于汽车变速箱与驱动桥之间的不同万向传动方案。
（a）单轴双万向节式（b）两轴三万向节式图2.1汽车的万向传动方案[7]1.2 计算传动轴载荷由于发动机前置后驱，根据表4-1，位置采用：用于变速器与驱动桥之间①按发动机最大转矩和一档传动比来确定T se1=k d T emax ki1i fη/nT ss1= G2 m’2φr r/ i0i mηm发动机最大转矩T emax=235.3Nm驱动桥数n=1，发动机到万向传动轴之间的传动效率η=0.85，液力变矩器变矩系数k={(k0 -1）/2}+1=1.6满载状态下一个驱动桥上的静载荷G2=65%m a g=0.65*950*9.8=6051.5N，发动机最大加速度的后轴转移系数m’2=1.2，轮胎与路面间的附着系数φ=0.85，车轮滚动半径r r=0.35主减速器从动齿轮到车轮之间传动比i m=1,主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率ηm=η发动机η离合器=0.9*0.85=0.765，因为0.195 m a g/T emax<16,f j>0，所以猛接离合器所产生的动载系数k d=2，主减速比i0=3.98所以：T se1=k d T emax ki1i fη/n=198.315.26.13.2352⨯⨯⨯⨯⨯=7491.952NT ss1= G2 m’2φr r/ i0i mηm=765.0198.335 .085.02.15.6051⨯⨯⨯⨯⨯=709.556N ∵T1=min{ T se1, T ss1} ∴T1= T ss1=709.556N1.3 传动轴强度校核按扭转强度条件τT =T/W T ≈9550000P n 0.2D c 3(1-(d c /D c )4)≤[τT ] 式中，τT 为扭转切应力，取轴的转速n=4000r/min ，轴传递的功率P=65kw ，D c =60mm ，d c =81mm 分别为传动轴的外内直径，根据机械设计表15-3得[τT ]为15-25 Mpa∴τT =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯4360521602.04000659550000=8.242 Mpa<[τT ] 故传动轴的强度符合要求1.4 十字轴万向节设计万向节类型的选择对万向节类型及其结构进行分析，并结合技术要求选择合适的万向节类型。
考虑到本毕业设计所针对的车型为中轻型货车，对其万向传动轴的设计应满足：制造加工容易、成本低，工作可靠承载能力强，使用寿命长，结构简单，调整维修方便等要求，本设计选用十字轴式万向节。
十字轴式万向节的结构分析十字轴式万向节的基本构造，一般由一个十字轴、两个万向节叉、和滚针轴承等组成。
两个万向节叉上的孔分别松套在十字轴的两对轴颈上。
为了减少磨擦损失，提高效率，在十字轴的轴颈处加装有由滚针和套筒组成的滚针轴承。
然后，将套筒固定在万向节叉上，以防止轴承在离心力作用下从万向节叉内脱出。
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。
目前，最常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式、卡环式、瓦盖固定式和塑料环定位式① 设作用于十字轴轴颈中点的力为F ，则F= T 1/2rcos α=709.556/2*50x10-3*cos8o =7165.292N② 十字轴轴颈根部的弯曲应力σw 和切应力τ应满足σw =32d 1Fs π（d 14-d 42）≤[σw ]198.315.26.13.2352⨯⨯⨯⨯⨯ τ=4F π(d 21-d 22)≤[τ]式中，取十字轴轴颈直径d 1=38.2mm ，十字轴油道孔直径d 2=10mm ，合力F 作用线到轴颈根部的距离s=14mm ，[σw ]为弯曲应力的许用值，为250-350Mpa ，[τ]为切应力的许用值，为80-120 Mpa∴σw =32d 1Fs π（d 14-d 42）=()()[]43-43-331010-102.381014292.7165102.3832⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯--π= = 18.32Mpa<[σw ]τ=4F π(d 21-d 22) =()()[]23-23-1010-102.38292.71654⨯⨯⨯π=6.711Mpa<[τ]故十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件③ 十字轴滚针的接触应力应满足σj =272（1d 1+1d 0）F n L b ≤[σj ]式中，取滚针直径d 0=3mm ，滚针工作长度L b =27mm ，在合力F 作用下一个滚针所受的最大载荷F n =4.6F iZ=441292.71656.4⨯⨯=749.09N,当滚针和十字轴轴颈表面硬度在58HRC 以上时，许用接触应力[σj ]为3000-3200 Mpaσj =272（1d 1+1d 0）F n L b= 272333102709.7491031102.381---⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=0.859 Mpa<[σj ] 故十字轴滚针轴承的接触应力校核满足④ 万向节叉与十字轴组成连接支承，在力F 作用下产生支承反力，在与十字轴轴孔中心线成45°的截面处，万向节叉承受弯曲和扭转载荷，其弯曲应力σw 和扭应力τb 应满足σw =Fe/W ≤[σw ]τb =Fa/W t ≤[τb ]式中，取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,查表，取k=0.246,W=bh 2/6, W t =khb 2, 弯曲应力的许用值[σw ]为50-80Mpa ，扭应力的许用值[τb ]为80-160 Mpa∴σw =Fe/W=()6107010351080292.71652333---⨯⨯⨯⨯⨯=20.054 Mpa< [σw ]τb =Fa/W t =()233310351070247.01040292.7165---⨯⨯⨯⨯⨯⨯=13.587 Mpa<[τb ]故万向节叉承受弯曲和扭转载荷校核满足要求⑤ 十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角α，十字轴的支承结构和材料，加工和装配精度以及润滑条件等有关。
当α≤25°时，可按下式计算（取α=15°）η0=1-f （d 1r ）2tan απ=1-0.07（502.38）2tan15°π=99.08%1.5 传动轴转速校核及安全系数①传动轴的临界转速为n k =1.2×108D c 2+d 2c L c 2式中，取传动轴的支承长度L c =1.5m, d c =70mm, D c =90mm 分别为传动轴轴管的内外直径, n max =4500 r/min∴n k =1.2×108×902+70215002=6080.933 r/min在设计传动轴时，取安全系数K= n k /n max =1.2-2.0∴K= n k /n max =6080.9334500=1.351故符合要求② 传动轴轴管断面尺寸除应满足临界转速要求以外，还应保证有足够的扭转强度。
轴管的扭转应力τc =16D c T 1π（D c 4-d c 4）≤[τc ] 式中[τc ]=300 Mpa∴τc =()()[]43-43-31070-1090556.709109016⨯⨯⨯⨯⨯⨯-π=7.818 Mpa<[τc ]∴轴管的扭转应力校核符合要求③ 对于传动轴上的花键轴，通常以底径计算其扭转应力τh ，许用应力一般按安全系数2-3确定τh =16T 1πd h 3式中,取花键轴的花键内径d h =70mm ，外径D h =80mm, ∴τh =()33-1070556.70916⨯⨯⨯π=10.336 Mpa④ 传动轴花键的齿侧挤压应力σy 应满足σy =T 1K ’/(D h +d h )4(D h -d h )2L h n 0≤[σy ]式中,取花键转矩分布不均匀系数K ’=1.35,花键的有效工作长度L h =60mm ，花键齿数n 0=18,当花键的齿面硬度大于35HRC 时：许用挤压应力[σy ]=25-50 Mpa∴σy = 963.671×1.3537.5×5×60×18×10-9910186055.3735.1556.709-⨯⨯⨯⨯⨯ =4.730Mpa <[σy ]∴传动轴花键的齿侧挤压应力σy 满足要求1.6 参考文献：[1] 王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，[2] 纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，[3]刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社，。