十字轴式万向节传动轴总成设计规范
十字轴式万向节传动轴总成设计规范
1 范围
本标准规定了十字轴式万向节传动轴总成技术规范。
本标准适用于发动机、变速器纵置后轮及四轮驱动传动轴的设计。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的.凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
QC/T 523 《汽车传动轴总成台架试验方法》
QC/T 29082《汽车传动轴总成技术条件》
3术语和定义
3.1 传动轴：由一根或多根实心轴或空心轴管将二个或多个十字轴式万向节连接起来，用来将变速器的输出扭矩和旋转运动传递给驱动桥的装置。
3.2 传动轴临界转速：传动轴失去稳定性的最低转速。传动轴在该转速下工作易发生共振，造成轴的严重弯曲变形，甚至折断。
3.3 当量夹角：多万向节传动轴的各个万向节输入、输出轴夹角等效转换成单万向节的夹角。
4目标性能
4.2传动轴带万向节总成所连接的两轴相对位置在设计范围内变动时，能可靠地传递动力；
4.2所连接两轴接近等速运转，由万向节夹角产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内；
4.3传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。
5 设计方法
5.1 设计计算涉及的参数
具体参数见表（一）、表（二）
表（一）计算参数
轴的转速（r/min）n
轴传递的功率（kW）P
计算截面处轴的直径（mm） d
许用扭转切应力（MPa）[τT]
传动轴管的外径（mm）D c
传动轴管的内径（mm）d c
传动轴的长度（mm）L c
传动轴实际最高转速（r/min）n max
变速器最高档变速比i5
轴管的许用扭转切应力（MPa）[τc]
花键轴的花键内径d h
花键处转矩分布不均匀系数K′
花键外径D h
花键的有效工作长L h
花键齿数n0
齿侧许用挤压应力（MPa）[σy]
表（二）需校核的参数
序号名称符号目标值
1 传动轴临界转速（r/min）n k
2 轴管扭转强度τc[τc]
3 花键轴扭转强度τh[τ0]
4 花键齿侧挤压应力σy[σy]
5.2 传动轴的布置
5.2.1 传动轴总成在整车上的布置，见图1
图1 传动轴在整车上的布置图
如图1所示，万向传动轴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。采用普通十字轴万向节，其工作角度一般不大于3o～5o。前置发动机后轮驱动的汽车在行驶过程中，由于悬架的不断变形，变速器与驱动桥的相对位置（高度和距离）也在不断变化。在他们之间需用可伸缩的万向传动轴联接。这时当联接距离较近时，常采用两个十字轴万向节和一根可伸缩的传动轴；当距离较远且传动轴的长度（两万向节中心的距离）超过1.3m时，则应将传动轴分成两根或三根，
用三个或四个万向节，且有一根传动轴可伸缩，中间传动轴应有支撑。中间支撑用于长轴距汽车的分段传动，提高传动轴的临界转速、避免共振及减小噪声。 5.2.2 传动轴总成的当量夹角的计算。见图2
图2 传动轴夹角示意图
如图2所示，θ1，θ2，θ3，……，θn-1，θn 分别为传动轴各个万向节输入轴与输出轴的夹角。传动轴的当量夹角按如下公式计算：
θe=2
212221n n θθθθ±±±±-Λ
根号中的正负号可用直观的方法确定：当第一万向节的主动叉轴所在的平面为S 时，在其余万向节
中，如其主动叉平面与S 平面重合定为正，如果与S 平面垂直则为负。理论上，为使输入轴与输出轴同步旋转，需使θe=0，即2
2
12
22
1n n θθθθ±±±±-Λ=0。在理论上可用通过调整万向节夹角和合理选择万向节叉相位做到同步，但在实际当中要实现是很困难的。通常在实际使用十字轴型多万向节传动时，要求θe ＜3°，以减小万向节传动的旋转不均匀性对振动和噪声等带来的影响。 5.3 传动轴的设计与计算
5.3.1传动轴的直径的选用。（以扭转强度条件计算） 传动轴的扭转强度条件为
][0.2d n P
9550000W T T
3
T
T ττ≤≈=
由上式可得传动轴的直径 3033T 3
T n
P
A n P ][2.09550000n ][2.09550000P D =?=?≥ττc ；
式中0A =3
T ]
[2.09550000
τ，可以参见下表；对于空心轴，则
3
4
0c )
-n(1P
A D β≥；其中β=c c D d ，即空心轴的内径dc 与外径Dc 之比，通常取β=0.5~0.6传动轴常用材料的][T τ及0A 值，见表3
5.3.2 临界转速的计算：
在选择传动轴长度和断面尺寸时，应考虑使传动轴有足够高的临界转速。由机械振动理论可知，对应其弯曲振动的一阶固有频率临界转速n k 为：
2
c
2
c 2c 8
k L d D 10
2.1n +?=,r/min
在设计传动轴时，取安全工作转速为0.7n k 。校核条件：n max ≤0.7n k ，其中n max ＝n m /i max 。
5.3.3 传动轴管扭转强度校核
轴管的扭转切应力为，)
d D (T 16D 4
c 4c s
c -=πτc ；s T =max e T ×i 1×η（N ﹒mm ）为传动轴的计算扭矩。
则校核条件：
c τ≤[c τ]，其中[c τ]为许用扭转切应力，通常取300MPa
5.3.4 传动轴花键轴扭转应力校核
传动轴花键轴通常以内径计算其扭转切应力，3
s
h 16T h
d πτ=，取安全系数k 0＝2～3，[τ0]=[τc ]/k 0，校核条件满足：h τ≤[τ0]。
5.3.5花键齿侧挤压应力的校核
当传动轴滑动花键采用矩形花键时，齿侧挤压应力为
h h h h h '
s y n )L 2d D )(4d D (K T -+=
σ
式中，'
K =1.3～1.4为花键处转矩分布不均匀系数。
渐开线花键应力的计算方法与矩形花键相似，只是计算的作用面是按其工作面的投影进行。 校核条件为：y σ≤[y σ]，[y σ]＝25～50Mpa （伸缩花键），[y σ]=50～100Mpa （非滑动花键）为齿侧许
用挤压应力。
十字轴式万向节传动轴总成校核规范
十字轴式万向节传动轴总成校核规范 1 范围 本标准规定了十字轴式万向节传动轴总成校核规范。 本标准适用于发动机、变速器纵置后轮及四轮驱动传动轴的校核计算。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的.凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 QC/T 523 汽车传动轴总成台架试验方法 QC/T 29082 汽车传动轴总成技术条件 3术语和定义 3.1 传动轴总成：由一根或多根实心轴或空心轴管将二个或多个十字轴式万向节连接起来，用来将变速器的输出扭矩和旋转运动传递给驱动桥的装置。 3.2 传动轴临界转速：传动轴失去稳定性的最低转速。传动轴在该转速下工作易发生共振，造成轴的严重弯曲变形，甚至折断。 3.3 当量夹角：多万向节传动轴的各个万向节输入、输出轴夹角等效转换成单万向节的夹角。 4 校核目的 4.1 传动轴总成满足强度要求，能可靠地传递动力； 4.2 传动轴总成满足整车耐久要求，使用寿命长。 5 校核要求 5.1 校核计算涉及的整车输入参数及需校核参数（见表1）
5.2 传动轴最高工作转速max n ≤0.7k n 5.3 轴管的扭转切应力 c τ≤[c τ]，[c τ]为轴管许用扭转应力，通常取125Mpa 5.4 传动轴花键轴扭转应力满足：h τ≤[τ0]， 其中[τ0] 为花键轴扭转应力，通常为300~350 Mpa 5.5 花键齿侧挤压应力满足：y σ≤[y σ]，许用挤压应力[y σ]＝25～50Mpa 5.6 十字轴轴颈根部的弯曲应力w σ≤][w σ，弯曲应力的许用值][w σ为250~350Mpa 5.7 十字轴轴颈根部的剪切应力τ≤][τ，剪切应力许用值][τ为80~120Mpa 5.8 十字轴滚针轴承的接触应力j σ≤][j σ，接触应力许用值][j σ为3000~3200Mpa 5.9 万向节叉弯曲应力wc σ≤，][wc σ弯曲应力许用值][wc σ为50-80Mpa 5.10 万向节叉扭转应力b τ≤][b τ，扭转应力许用值][b τ为80-160Mpa
分类号：U463 单位代码：10452 本科专业职业生涯设计规划人生方向实现人生梦想 汽车万向传动轴设计 姓名 学号 年级 2007级 专业车辆工程 系（院）工学院 指导教师 2011年 4 月 1 日
目录 第一部分 (4) 规划人生方向实现人生梦想 (4) 前言 (4) 1 自我分析 (4) 1.1个性特征分析 (4) 1.1.1 性格特征分析 (5) 1.1.2 兴趣爱好分析 (5) 1.2 个人能力分析 (5) 1.2.1 能力优势 (5) 1.2.2 能力弱势 (5) 1.3 价值观分析 (5) 1.3.1 人生价值观分析 (6) 1.3.2 职业价值观分析 (6) 2 环境分析 (6) 2.1 家庭环境分析 (6) 2.2 学校环境分析 (6) 2.3 社会环境分析 (7) 2.4 临沂环境分析 (7) 3 毕业打算及具体计划 (7) 3.1 做一公务人员 (7) 3.2 考研 (7) 3.3 自主创业 (7)
4 具体各阶段规划 (8) 4.1 2010年—2013年（短期目标） (8) 4.2 2014年—2019年（中期目标） (8) 4.3 2019年—退休 (9) 5 最后总结 (9) 第二部分 (9) 汽车万向传动轴设计 (9) 中文摘要 (9) ABSTRAT (10) 1概论 (11) 2华利微型客车TJ6350汽车原始数据及设计要求 (12) 3 万向传动轴的结构特点及基本要求 (13) 4 万向传动轴结构方案的分析 (15) 4.1 基本组成的选择 (15) 4.2 万向传动轴的计算载荷 (17) 5 万向传动的运动和受力分析 (18) 5.1 单十字万向节传动 (19) 5.1.1运动分析 (19) 5.1.2 附加弯曲力偶矩的分析 (20) 5.2 双十字轴万向节传动 (21) 6 万向传动轴的选择 (23) 6.1 传动轴管的选择 (23) 6.2 伸缩花键的选择 (23)
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゜。 从这图还可以看出，万向节两轴夹角α越大，从动叉转角φ2和主动叉转角φ1之差也越大。这说明，如果主动叉是匀速转动的，那么随着万向节两轴夹角的增大，从动叉转速的不均匀性越大。
十字轴式万向联轴器CAD 系统系统简介简介 本系统是安徽泰尔重工股份有限公司委托安徽工业大学机械工程学院设计开发的一个十字轴式万向联轴器CAD 系统，其主要功能是基于联轴器数据库及用户输入的参数，自动生成CAD 图纸。 本系统功能可分为五个方面：用户管理、产品生成、产品设计、文档检索与修改、帮助。 ⑴ 用户管理模块：提供了用户修改密码、注册新用户以及管理员设置一般用户权限等功能。 ⑵ 产品生产模块：提供了零件及总装图的绘制、部分零件的校核、十字轴寿命计算等功能，不仅提供了零件的单个绘制，而且设置了一键绘制所以图形操作。推荐用户使用一键绘图，因为在一键绘图界面上提供了参数的直接保存和明细表自动生成的功能。 ⑶ 产品设计模块：提供了零件参数的查询、修改、添加及保存等功能。 ⑷ 文档检索与修改模块：提供了对已生成的文档（图纸）进行按条件检索、文档存储默认路径的修改和文档存储信息的修改。在文档检索中，用户可以打开符合条件的文档以及对文档存储信息的删除，在文档存储信息修改中，为用户提供了查看所以文档的功能，并设置了清空所以文档存储信息功能（慎用）。 ⑸ 帮助模块：提供了系统简介及说明、系统操作帮助等功能。 以下为本系统的以下为本系统的简介及简介及简介及说明说明说明：： 一、万向轴基本参数及关联参数说明 ⑴ 基本参数如表1所示，记基本长度为Lo 、伸缩量为Lvo 、花键套长度为Lt1和Lt2、花键轴长度为LZo 、防护罩长度为Lfo 、接管长度为Ljo 、花键轴头长度为B 、焊接止口长度为H 、密封套宽度为M 、油孔距长度为L2。 型号（D ） 基本长度(Lo) 伸缩量（Lvo ） 花键套（Lt1） 花键套（Lt2） 花键轴 （LZo ） 防护罩（Lfo ） 接管（Ljo ） 花键轴头（B ） 焊接止口（H ） 密封套宽（M ） 油孔距 （L2） 225 1050 140 280 320 395 170 235 50 20 15 30 250 1150 140 315 365 410 180 200 50 25 16 40 285 1250 140 335 390 420 180 200 60 25 16 45 315 1350 140 355 405 440 160 185 60 30 20 50 350 1400 150 430 490 545 200 155 65 30 20 50 390 1550 170 490 560 590 210 200 70 35 30 60 表1.基本参数 设计输入参数：基本长度（L ）、伸缩量（Lv ）以及两端法兰接口尺寸。 其余参数：花键套长度为Lt 、花键轴长度为LZ 、防护罩长度为Lf 、接管长度为Lj 。 其余参数及接管和花键套形式均为被驱动参数，它们随着基本长度（L ）、伸缩量（Lv ）输入参数的变化而变化。 ⑵ 具体变化规则如下： 记△L=L - Lo ，△Lv=Lv - Lvo ，△Lt=Lt2 - Lt1。 Ⅰ、当设计长度L+Lv<10D 时： 花键套采用Lt1中的长度； 花键轴Lz=Lzo+△Lv ，若Lz>B+Lt1+Lj-H 时，错误提示；
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┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3 1、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┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 6 2、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。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
万向节十字轴是汽车动力传递系统的重要组成部分。从汽车的结构来看，对前轮驱动车而言，其传动轴是使用等速万向节接头，对后轮驱动的车辆而言，其传动轴使用两个不等速 万向节接头。一般的私车主对万向节十字轴的润滑保养十分陌生，因为现在的小轿车传动 轴的万向节基本是一次性配件，它们的十字轴润滑采用的是高质量的润滑脂，是与万向节 同寿命的；而一些商业性运输车辆、特别是现存老型号卡车的万向节接头还是可维修的。 万向节十字轴在工作中要承受很大的扭力和交变载荷，维修行业过去常用俗称“黄油”的 钙基润滑脂来润滑十字轴。但由于钙基润滑脂的油膜坚韧程度较差，在轴承与轴颈的摩擦 表面难以形成良好的油膜，是导致万向节十字轴滚针轴承的早期损坏的原因。另外，由于 老式万向节十字轴设计结构原因，当修理工用黄油枪通过注油嘴向十字轴内腔加润滑脂时，因为润滑脂的粘度大，进入狭窄内油槽油道的阻力很大，这时润滑脂靠压力会顶开油嘴对 面的减压阀而溢出，这使修理工误认为已给轴承加满脂了，事实上很多时候润滑脂不仅不 能进入滚针之间，就是达到十字轴颈端面也是较困难的。因此，维修行业里有用齿轮油代 替润滑脂润滑万向节十字轴的做法。据说经过对比实验，用齿轮油润滑万向十字节的使用 寿命是使用普通黄油进行润滑的2～3倍。但这样做也存在需要专门的加压注油工具，同 时在第一次加油时需把十字轴卸下清洗，比较麻烦。还有齿轮油的保持性不如润滑脂，其 润滑周期需要缩短。 考虑以上原因，也有人采用2#极压复合锂基润滑脂，这是基于两点：第一，其流动性 较好，这样便于使其到达润滑部位。第二，该脂的抗极压性好，适合万向十字节的工作状态。据我们对用户的了解，目前万向节十字轴的发展趋势为取消注油孔，因此必须选用与 设备部件同寿命的润滑脂，用脂类型为：极压复合锂、极压锂、聚脲基脂。如万向机械、 纳铁福等公司生产汽车万向节十字轴滚针轴承都用润滑脂润滑。
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。 万向节在工作中承受着较大的转矩和交变载荷，其主要损坏形式是十字轴轴颈和滚针轴承的磨损、十字轴轴颈和滚针轴承碗工作面的压痕与剥落。通常认为当磨损或压痕超过0.25mm时，十字轴万向节就必须报废并更换。为了提高其使用寿命，常用包括组合式润滑密封要求。装置在内的多种设计方案，以用来润滑和保护十字轴轴颈与滚针轴承。 传统的毛毡油封由于漏油多，防尘、防水效果差，加注润滑油时，在个别滚针轴承中可能出现空气阻塞而造成缺油，已不能满足越来越高。轿车常在装配时就封入润滑脂以减少车辆的润滑点，且采用密封效果较好的双刃口或多刃口橡胶油封。 滚针轴承中滚针直径的公差、轴承的径向间隙和周向总间隙应控制在合理范围内，避免由于间隙过大使受载的滚针数减少及滚针倾斜，或由于间隙过小引起受热卡死现象，以保证载荷分配的均匀性和正常工作。 单十字轴万向节两轴的夹角不宜过大，否则会严重缩短滚针轴承的使用寿命。当夹角由4°增至16°时，万向节中滚针轴承的寿命将下降为原来的1/4。
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87 2. 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，4x4 6.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+Z 2.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
十字轴式万向节传动轴总成设计规范
十字轴式万向节传动轴总成设计规范 1 范围 本标准规定了十字轴式万向节传动轴总成技术规范。 本标准适用于发动机、变速器纵置后轮及四轮驱动传动轴的设计。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的.凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 QC/T 523 《汽车传动轴总成台架试验方法》 QC/T 29082《汽车传动轴总成技术条件》 3术语和定义 3.1 传动轴：由一根或多根实心轴或空心轴管将二个或多个十字轴式万向节连接起来，用来将变速器的输出扭矩和旋转运动传递给驱动桥的装置。 3.2 传动轴临界转速：传动轴失去稳定性的最低转速。传动轴在该转速下工作易发生共振，造成轴的严重弯曲变形，甚至折断。 3.3 当量夹角：多万向节传动轴的各个万向节输入、输出轴夹角等效转换成单万向节的夹角。 4目标性能 4.2传动轴带万向节总成所连接的两轴相对位置在设计范围内变动时，能可靠地传递动力； 4.2所连接两轴接近等速运转，由万向节夹角产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内； 4.3传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。 5 设计方法 5.1 设计计算涉及的参数 具体参数见表（一）、表（二） 表（一）计算参数
表（二）需校核的参数 5.2 传动轴的布置 5.2.1 传动轴总成在整车上的布置，见图1 图 1 传动轴在整车上的布置图 如图1所示，万向传动轴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。采用普通十字轴万向节，其工作角度一般不大于3o～5o。前置发动机后轮驱动的汽车在行
QC/T 647-2000（2000-07-07发布，2001-01-01实施） 前言 本标准是根据全国汽车标准化技术委员会汽车行业标准修订计划制定的。 本标准由国家机械工业局提出。 本标准由全国汽车标准化技术委员会归口。 本标准由汽车研究所负责起草。 本标准主要起草人：旌扬、宏、夏小俊、游城、自标。 本标准由全国汽车标准化技术委员会负责解释。 中华人民国汽车行业标准 汽车转向万向节总成性能要求及试验方 法QC/T 647-2000 1 围 本标准规定了汽车转向万向节总成性能要求及试验方法。 本标准适用于汽车转向万向节总成。 2 定义 本标准采用下列定义。 2.1 最大工作角 转动万向节时，两万向节叉不产生相互干涉，万向节能够传递转向转矩的最大摆角。 2.2 摆动力矩 固定万向节叉中的一个而另一个万向节叉绕十字轴摆动时的摆动力矩值。 2.3 转动方向间隙 在转动方向上万向节的间隙。
2.4 万向节十字轴轴向间隙 万向节十字轴的端面和轴承或调整垫圈之间的间隙。 2.5 万向节与轴的拔拉力 在装配状态下，当在夹紧固定式万向节叉和轴之间轴向拔拉时，滑动时的负荷。 2.6 轴承的压出力 用铆接的方法将轴承固定在万向节叉轴承孔，以防止轴承从万向节叉轴承孔中滑出，铆接后轴承压出所需的力。 3 试验项目 3.1 最大工作角试验 3.2 摆动力矩试验 3.3 转动方向间隙试验 3.4 十字轴轴向间隙试验 3.5 万向节与轴的拔拉力试验 3.6 轴承的压出力试验 4 试验样品 试验样品应按照规定程序批准的图样和技术文件制造，其材料、尺寸、热处理及装配状态应符合图样和技术文件规定。每项试验样品数量不少于3件。 5 性能要求 5.1 最大工作角试验 最大工作角应符合设计要求。 5.2 摆动力矩试验 除非另有规定、摆动力矩最大为0.39Nm。 5.3 转动方向间隙试验 除非另有规定，转动方向间隙应不大于15＇。
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
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。 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 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
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。钢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。 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゜。 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。 十字轴万向节的不等速性：是指从动轴在一周中角速度不均匀，若主动轴以等角速度转动，则从动轴时快时慢，即单个十字轴万向节在有夹角时传动的不等速性。 双十字轴式万向节实现两轴间（变速器的输出轴和驱动桥的输入轴）的等速传动的条件： ①．第一个万向节两轴间的夹角与第二个万向节两轴间夹角相等（设计保证）； ②．第一个万向节的从动叉与第二个万向节的主动叉处于同一平面（由装配保证）。 准等速万向节 万向节
常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。 双联式万向节实际上是一套将传动轴长度减缩至最小的双十字轴式万向节等速传动装置，双联叉相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉。在当输出轴与输入轴的交角较小时，处在圆弧上的两轴轴线交点离上述中垂线很近，使得α1与α2 的差很小，能使两轴角速度接近相等，所以称双联式万向节为准等速万向节。 双联式和三销轴式 双联式： 原理：根据双十字轴万向节实现等速传动的原理。当万向节叉2相对万向节叉1在一定的角度范围内摆动时，双联叉也被带动偏转相应角度，使两十字轴中心连线与两万向节叉的轴线的交角差值很小，从而保证两轴角速度接近相等，在差值允许范围内，双联式万向节具有准等速性。 优点：允许较大的轴间夹角，结构简单，制造方便，工作可靠，交角最大可达50º 双联式万向节用于转向驱动桥，可以没有分度机构，但必须在结构上保证双联式万向节中心位于主销轴线与半轴轴线的交点，以保证等速传动。
机电及自动化学院 《机械制造工艺学》 课程设计说明书 设计题目：万向节十字轴工艺规程设计 姓名： 学号： 专业：机电（一）班 届别：2008 指导老师： 2011 年07月 前言
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的： 1、能熟练的运用《机械制造技术基础》的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。 2、复习课程设计过程相关知识：CAD、Proe、机械制造工艺学、机械制图等等，加深对专业知识的理解。 3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。 一、设计的任务 本次《机械制造工艺学》课程设计我拿到的题目是“万向节十字轴工艺规程设计”。材料为18CrMnTi，生产批量为大批量生产，其他
万向传动装置的拆装与检修 （EQ1092型） 1.授课目的： 掌握万向传动装置的组成及功用，熟悉零件名称。拆装工艺及装配调整方法，检修内容及技术标准要求。 2.重点及难点 万向传动装置的拆装工艺及装配调整 3.课程安排 ①讲述作用、组成、检修内容，技术标准及装复后的调整。 ②示范操作演示拆装工艺及装复。 ③学生操作练习，教师巡回指导。 4.教具配置 传动轴总成一套 5.工具配置 搬手12—14 14—17㎜、钳子、改锥、活扳手等传动轴组成：万向节总成、中间支承总成、伸缩节、轴身等。 一、万向节总成： 1.万向节分解顺序 螺栓、锁片、滚针轴承支承片、滚针轴承、凸缘叉、十字轴。 2.零件检修 ①十字轴不允许有任何性质的裂纹，否则应更换。
②十字轴轴径磨损起槽，深度超过0.04㎜时，可采用电镀或堆焊的方法进行修复。 ③轴承壳如有磨损、起槽、破裂、应更换新件。 ④轴承内滚针如有严重烧蚀、锈蚀、剥落及折断可更换。但应注意更换滚针时其长度，直径应予原来的保持一致。 ⑤凸缘叉如有裂纹应更换。 ⑥凸缘叉轴承座孔与轴承的配合间隙超过0.05㎜时，可采用堆焊或镶套的方法修复。 ⑦凸缘叉平面因磨损造成不平，可采用扩孔或镶丝管的方法修复。 ⑧螺纹孔如有损坏，可采用扩孔或镶丝管的方法修复。 ⑨所有的万向节支承片和锁片及止动部分应安全可靠，螺栓完好无损，否则应更换。 3.万向节总成的组装： 按分解的反方向，依次装好零件，并应注意： ①十字轴的油嘴应朝向传动轴 ②支承片上凸起部分与滚针轴承底部凹槽一定要吻合，确保轴承在座孔内不转动。 4.万向节装复后的技术要求 转动自如，无卡滞现象，有一定的阻力为好，其轴向间隙为0.02—0.025㎜。 二、中间支承 1.分解顺序
1.引言 十字轴一般用在刚性万向传动输出轴上，广泛应用于汽车、冶金矿山等机械设备上，俗称万向节传动，它可以改变动力输出轴的传动方向。十字轴万向节在工作中承受着较大的扭矩和交变负荷，由于形状比较复杂，这个零件的材质的选择、加工工艺路线的制定将直接影响这个零件的强度、精度、和使用寿命。因此，该零件机械加工工艺规程和夹具设计的合理与否就显得非常重要和关键。利用本次毕业设计的机会，通过对“十字轴”机械加工工艺规程设计和精镗孔用夹具的设计，既锻炼了自己的设计能力也能给同类生产企业提供一种新的参考。 2.计算生产纲领，确定生产类型 该任务书内容为：加工十字轴零件，该产品年产量为6000台，其备用率为9%，机械加工废品率为1%。根据其任务要求确定其生产纲领为： N=Qn（1+a%）（1+b%）=10000×1×（1+9%）（1+1%）=11009（台/年） 该零件的年产量为11009件，根据《机械制造技术基础》教材中生产类型和生产纲领的关系，确定其类型为大批生产。 3.零件分析 原十字轴零件图（图1）如下： 图1 原十字轴零件图
通过对所给设计题目零件图可知，该十字轴是一个万向节传动系统的一个主要零件，可以输出扭矩并能改变动力输出轴的方向。经过仔细观察发现提供的该零件图纸有几处错误： (1) A-A剖视图中的内孔倒角处画法有错； 此剖视图中的粗糙度12.5和左视图中的相应位置3.2不相符。 (2) 两轴垂直度数值的标注有错，前面不能有直径符号Ф。 (3) 中心孔B3/4的标注不正确。 修改后的十字轴零件图（图2）如下： 图2 十字轴零件图 4.选择毛坯 该毛坯零件的选择，需综合考虑的因素主要有以下几个方面： (1)零件的材料，零件图的技术要求中已经选定20CrMnTi低碳合金钢，这种材料的加工性能比较好，具有良好的低温冲击韧性。但是热处理变形较大。 (2)十字轴工件的形状比较复杂，锻造变形也较大。 根据上述原因并综合考虑零件的加工效率和经济性，坯料选用厚板料下料，然后锻造毛坯，因为该零件为大批生产，所以在自由锻造之后采用模锻加工锻造，同时把内孔锻出。
万向节十字轴优化设计 作者：万向钱潮股份有限公司高天芬 万向节的主要作用是在不同轴线上的轴之间传递转矩，它被广泛应用于各类卡车的传动轴、联接轴节叉之间。对万向节十字轴结构进行合理的设计一直是一个薄弱环节，由于没有有效的手段加以综合分析，导致产品各部位强度不均匀，有些部位应力集中、有些部位毛坯过于宽厚，存在着大量的材料浪费，也不利于提高产品承载能力。为此，我们运用三维造型和有限元分析技术对JN150万向节十字轴进行优化设计，达到减重降本的目的。 对优化前的十字轴进行应力分析 1.建立三维模型 运用Pro/E大型三维建模软件制作优化前的十字轴三维模型，由于许多小的倒角、圆角对十字轴强度影响较大，因此它们在模型建立时不能被简化掉。模型计算重量为2.15kg。2.应力分析 运用ANSYS大型有限元分析软件对模型进行应力分析。具体分析条件：施加弯曲载荷，额定静载荷为5246.4N.m，材料许用应力为450MPa。 图1 所示为应力分布图，从图中可以看到，最大应力发生在轴颈R处，最大应力值为434MPa，接近许用应力450MPa，如算上2.5倍的安全系数，该轴所能承受的最大静载荷为450/434×5246.4×2.5＝13600N.m。
图1 优化前十字轴的应力分布 从图1所示的应力分布情况可以看出，整个十字轴的应力分布不均匀，在中间毛坯部分出现大块的蓝色区域，此区域的应力相对最大应力值非常小，材料过剩，可以减小毛坯尺寸，达到减重的目的。 制订优化方案 根据十字轴的应力分析情况，制订出改进方案：十字轴轴颈根部圆弧从R2加大至R4；轴颈直径从24mm加大至26.7mm；中间毛坯厚度从36mm减少至28mm；毛坯外圆直径从104mm减少至96mm。 对优化后十字轴进行应力分析 1.建立三维模型 运用Pro/E大型三维建模软件制作优化后的十字轴三维模型，模型如图2所示，计算重量为1.79kg。
万向节十字轴精密锻件设计实例实例汇总 （实例提供：北京机电研究所塑性成形技术中心） 一、成形方案的确定 二、模具型腔设计准则 三、金属变形过程分析 四、工艺力计算 五、闭塞锻造十字轴工艺优化(三维数值模拟) 一、成形方案的确定 汽车万向节十字轴是典型的枝杈类锻件，如图1所示，其形状特点中心部为球台，外围均布三或四个轴颈。由于完全轴对称，分模面应选在最大投影面上。当中心球体体积相对整个零件较大时，适合于水平分模方式，这样可以利用球部作为中心孔放置较粗的坯料挤压成形，避免了挤压细长坯料受长径比的限制。对于这类十字轴采用垂直于分模面的两个冲头双向挤压要比一个冲头单向挤压合理。单向挤压将使金属流动距离增大一倍，对模具寿命不利；而且金属进入侧腔轴颈后，因不对称流动容易出现死角。综上分析，十字轴成形方案定为水平分模，两冲头双向挤压成形。 图1. 万向节十字轴精密冷锻件图返 回 二、模具型腔设计准则 闭塞锻造模具型腔的设计，除遵照锻件图的要求外，还需注意下述三个准则。
a.挤压冲头直径设计准则 由于闭塞锻造以挤压成形为主，在相同条件下，金属流动距离越短，对于成形和减少型腔磨损越有利。同时当坯料重量一定时，大直径毛坯比细长杆毛坯容易成形。因此挤压凸模直径设计原则是：在锻件形状允许范围内，挤压凸模直径尽量取大值。这既减少金属流动距离，也提高了挤压凸模强度。 十字轴挤压凸模直径选为φ17mm，同时还要考虑挤压凸模和型腔球台部分不可相切，要留有一定距离，否则相切处容易磨损出现圆角。一般留有0.5～1mm宽带。 b.金属坯料直径选取原则 由于闭塞锻造坯料重量控制较严，余料很少。坯料放入凹模孔后如有较大间隙则坯料可能偏歪，造成锻件局部缺料而充不满。这就对坯料直径有一定要求，其选取原则是：在放入模孔顺利的前提下，其放料间隙尽可能小，即坯料直径尽量接近挤压凸模直径。 在实际应用中，放料间隙单边在0.25mm时，经润滑后的坯料即可顺利放入凹模孔。考虑到原始棒料直径规格可能不尽合适，故可适当放宽放料间隙，但最大不宜超过单边0.5mm。由此可给出 所需坯料直径计算 式： 式中常量尽量选取接近0.5mm的数值。 c.分流仓设置准则 由于坯料存在下料重量误差，为保证充满，下料时必须控制重量下限，而让多余的材料（一般不超过坯料重量的0.5%）进入分流仓。分流仓的位置必须满足下述条件：分流仓位置必须设置在模腔最后充满处，而且是后续机加工时可以去除或不去除但不影响使用的位置。 如果不是这样，前者分流仓先被充填，则锻件最后充满处将“缺肉”；后者分流余料留在锻件上
万向节十字轴总成失效分析和设计改进 万向节（见图1）的主要作用是在不同轴线上的轴之间传递旋转转矩，它被广泛应用于各类卡车的传动轴联接轴节叉之间，通常在使用过程中万向节十字轴上的滚针轴承不是作旋转运动，而是作旋转摆动的运动，其载荷呈交变的周期变化。本文通过对重型载车用WX0082万向节十字轴总成寿命不足失效件的失效形式、失效原因、结构参数及材料等方面采用有限元分析和性能对比等方法进行全面分析，对产品的综合性能进行了设计改进。 失效机理分析 1.斜压印 笔者从某公司三包服务处提供的三包退回失效件中观察到，十字轴轴颈斜压印情况比较严重，轴承套圈内壁也产生相应的压印，但深度要比十字轴轻。经分析，安装在万向节总成上的轴承，当轴承圆周总间隙较大时，滚针易产生歪斜，致使十字轴轴颈产生与轴线倾斜一定角度的压印，当压印深度扩展较深时，滚针就不能自转，因此使摩擦阻力增大，加剧压痕的延伸。其合适的圆周总间隙应控制在0.1～0.4mm范围内，JB/T3232中给定的圆周总间隙为不超过0.5mm。 2.疲劳剥落 在传动轴摆角较小的使用状态下，万向节总成上的滚针轴承内径与十字轴轴颈在较小角度范围内反复摆动，当十字轴与轴承径向游隙随着磨损而扩大时，会导致产品载荷集中，载荷大的地方就会过早地产生疲劳压痕，从而发展成为大面积的疲劳剥落。特别是在十字轴轴头处，由于应力集中影响，其受载部位的倒角几乎全部被啃掉，严重时会在高温状态下出现烧结现象。 3.缺油烧蚀
由于在使用过程中用户不按期加注润滑油或由于万向节上的轴承密封不好，导致轴承早期失油以及防尘罩材料不耐低温，油封唇口在冬季寒冷气候下产生老化裂纹，使润滑脂早期流失。另外，万向节总成在运行中因缺油而产生高温，使轴承与轴径咬死，致使滚针折断以及密封和防尘外罩损坏，套圈表面有烧蚀痕迹，这种失效形式均属于非正常失效形式。 4.滚针失效 笔者从万向节总成失效样品中观察发现，大多数滚针表面都存在麻点、麻坑和大面积疲劳剥落，少数滚针头部被折断，少数滚针在离滚针头部1.5mm左右处存在较大麻坑和啃伤现象，滚针断裂大部分也是从此处断裂，这种情况的发生主要与轴承结构尺寸参数及圆周总间隙设计有关。 5.垫片失效 垫片是万向节总成中首先失效的部件，垫片失效形式为尼龙垫片断裂和磨损。笔者仔细分析失效垫片样品发现，垫片的外围有明显的裂纹，垫片外围有裂纹及碎片。很明显，垫片外围是垫片受涨力致使应力集中的地方，一旦垫片外围破坏，其轴向力将全部由余下的垫片承受，垫片单位面积上承受的力将增加，整个垫片将被破坏。因此需要设计合理的垫片形状和轴承结构。同时，由于垫片每次失效破坏都伴随着磨损失效，所以垫片材料必须选取强度和耐磨性较高的材料。 6.十字轴断裂 十字轴的断裂一般是在用户严重超载前提下或异常因素条件下发生，因为万向节在设计时完全遵循部标准JB/T8925-2008中万向节静扭强度安全系数2.5倍的规定，但在主机厂三包期内发生的故障比例仍占总故障的2％～5％，此种情况虽然是突发性的，但也不可避免，因此对万向节的静扭强度匹配，必须在发动机最大输出扭矩的3倍以上才能避免特殊超载引起的突发性故障的出现。 7.金相检验分析 对失效件进行理化分析，分别在十字轴、套圈和滚针的典型部位选择特征位置，切割下试件，并沿纵截面制取金相试样，其金相组织级别合格。为确定十字轴、套圈及滚针的心部硬度，用显微硬度计分别对各零件进行了维氏硬度梯度分布测定，其硬度也基本符合硬度分布规律。取万向节的十字轴、外圈各一试件及数个滚针试件，在50%盐酸水溶液中加热至70～80℃，加热约1h，作热酸洗检查，结果发现各零件在使用过程中都存在烧伤现象。这种烧伤现象判断是由于万向节密封性能差失油及油脂性能不好，导致万向节轴承发热后各零件烧伤过早失效。 万向节总成设计改进 1.十字轴的强度设计改进 通过对该产品进行有限元分析，发现轴颈台肩根部R小，而且是车加工形成，粗糙度差，应力集中，决定对十字轴加大台肩根部圆角，并采用数控成形磨削，改进设计后的十字轴再