萬向傳動(dòng)裝置一般由萬向節(jié)和傳動(dòng)軸組成，有的還設(shè)置有中間支承。萬向傳動(dòng)裝置的功用是能在軸間夾角及相互位置經(jīng)常變化的兩轉(zhuǎn)軸之間傳遞動(dòng)力。 

萬向節(jié)的功用是不在同一軸線上的兩軸之間地傳遞動(dòng)力。萬向節(jié)按其剛度的大小分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。前者是靠剛性鉸鏈?zhǔn)搅慵鬟f動(dòng)力，其彈性較??；而后者則是靠彈性元件傳遞動(dòng)力，其彈性較大，且具有緩沖減振作用，汽車上普遍采用剛性萬向節(jié)。根據(jù)其輸出軸和輸入軸軸線夾角大于零時(shí)傳動(dòng)的瞬時(shí)角速度是否相等，剛性萬向節(jié)又分為不等速萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)等。

軋鋼機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備上用的十字軸萬向聯(lián)軸器通常有兩種結(jié)構(gòu)形式: 一種稱分離式十字軸萬向聯(lián)軸器, 其結(jié)構(gòu)形式是聯(lián)軸器叉頭由分離的軸承蓋與軸承座用螺栓連接, 這種形式的結(jié)構(gòu), 在沖擊載荷作用下, 螺栓容易松動(dòng)和斷裂, 而且螺栓占用了空間, 許用傾角小, 限制了聯(lián)軸器的適用范圍。另一種稱整體式無螺栓十字軸萬向聯(lián)軸器[1 ] , 其結(jié)構(gòu)形式是采用整體叉頭, 無螺栓, 彌補(bǔ)了前者的不足, 但其自身也有缺點(diǎn), 由于叉頭孔增大造成叉頭根部強(qiáng)度減弱, 叉頭的內(nèi)輪廓為復(fù)雜曲面, 制造及裝配困難等。文章將利用三維有限元法對(duì)叉頭整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析, 尋找應(yīng)力和應(yīng)力點(diǎn), 然后, 以應(yīng)力小為目標(biāo), 尋求簡(jiǎn)單的幾何曲面來代替原來的復(fù)雜曲面。

結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)又稱結(jié)構(gòu)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì), 其實(shí)質(zhì)是用改變結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)的方法, 達(dá)到改變應(yīng)力分布狀態(tài), 減小應(yīng)力。

叉頭的內(nèi)輪廓形狀非常復(fù)雜, 工藝性很差, 而且原結(jié)構(gòu)根部應(yīng)力偏大, 結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是希望設(shè)計(jì)一種新的輪廓曲線代替原來的內(nèi)輪廓曲線, 在不影響萬向聯(lián)軸器的使用性能, 不加大叉頭整體尺寸, 滿足裝配要求的前提下, 降低應(yīng)力, 提高制造工藝性。考慮到“圓弧—直線—圓弧”為常見的幾何線形, 數(shù)學(xué)描述簡(jiǎn)單, 加工容易, 故采用“圓弧—直線—圓弧”作為母線, 沿Z 軸拉伸構(gòu)成叉頭內(nèi)輪廓曲面。為不加大叉頭整體尺寸, 外輪廓仍然采用原來形狀。