万向节的问世可以追溯到几个世纪前。结构看似简单，背后蕴含的原理却相当复杂，也很有意思。在阅读绝大部分文献的过程中，那些试图了解万向节背后原理的读者们都遭遇了硬核数学公式的狂轰滥炸。本文将用一种简单而又合乎逻辑的方式为大家讲解万向节是如何工作的。
为什么要使用万向节？
万向节也叫胡克节，通常用于在两个互成角度的轴之间的传递机械动力。你可能关注过后驱车的动力传输方式，它们就采用了万向节。如下图所示，从引擎到差速器之间的动力传输，需要两个万向节。
基本结构
万向节主要由三部分组成，两个万向节叉，和一个十字轴。两个万向节叉通过十字轴相连。这样的结构，使得输出轴与输入轴间的角度范围非常大。现在来看看不同的动力传输方式。
直连式
第一种情况，输入和输出轴在一条直线上。这种传输方式很简单，输入轴转动十字轴，十字轴转动输出轴。很明显，输入轴和输出轴的转速是一样的。
轴间有角度
下面我们来看看当两轴之间有角度的情况。假定输入轴转速恒定。
十字轴的旋转
当两轴之间有角度，万向节的运动方式大不相同。想知道这是为什么，请注意十字轴的红绿两端。你会发现与输入轴相连的绿轴，沿垂直平面旋转，与此同时，与输出轴相连的红轴，必须沿不同的平面旋转。
为了让红轴沿着斜面旋转，十字轴必须沿着绿轴的轴线自转。如果你观察十字轴上的记号，你会发现这个现象。
为了便于理解十字轴自转的概念，想象一下绿轴停止自转时会发生什么。模拟结果如下图所示。
很明显这样的情况不可能发生。也就是说，没有自转，倾斜的万向节会失效。
十字轴自转的影响
十字轴的自转使得输出轴的转速变化极大。十字轴有两种运动：沿平面旋转和沿轴线旋转（即前文提到的自转）。很明显，当这两种运动同步进行，输出轴的转速会受到额外影响。你会发现输入轴转动的第一个90°，绿轴自转到它的最大角。如下图所示，虽然输入轴的转速恒定，但绿轴的正向旋转会改变输出轴的转速。
不过，到下一个90°，绿轴会自转回到原位。反向旋转会对输出轴的转动产生相反的影响。输出轴的运动如下图所示。
从下图可以看出输出轴的转速变化。
很明显，输出轴的转速呈周期性波动。两轴之间的角度越大，输出轴的转速波动越大。
双联式万向节
上述形态的万向节不是等速万向节。这种不平稳的转速输出，使得它在现实中毫无用处。但你可以通过合二为一的方式，使其成为一个等速万向节。如果转速恒定的输入轴产生了波动的转速输出，那么一个转速波动的输入轴就会产生转速恒定的输出。因此，双联式万向节可以充当等速万向节。你会发现后驱车有类似的结构，其传动轴安装在两个万向节之间，于是第二个万向节的输出转速将与第一个万向节的输入转速相等。
等速万向节
上文描述的双联式万向节是等速万向节。不过随着时间的推移，更多高效的等速万向节诞生，它们都不再需要中间轴的协助。下面列出一些主流的等速万向节清单：
- Tracta joints
- Rzeppa joints
- Weiss joints
- Tripod joints
- Thompson coupling
