HGC1050万向传动轴结构设计
50页 20000字数+说明书+任务书+开题报告+ANSYS文件+6张CAD图纸
ANSYS文件
HGC1050万向传动轴结构设计开题报告.doc
HGC1050万向传动轴结构设计说明书.doc
ProE文件
万向节叉.dwg
中间支撑.dwg
任务书.doc
凸缘叉.dwg
十字轴.dwg
答辩相关材料.doc
装配图.dwg
轴承叉.dwg
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
Abstract
The 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: Universal Transmission Device; Cross Axle; Universal Joint; Transmission shaft; Finite Element Analysis
目 录
摘要I
AbstractII
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
第3章 万向传动轴的设计
3.1HGC1050汽车的主要技术参数
根据任务书所提供的设计参数如表3.1所示。
表3.1 设计基本参数
乘员数3
重量参数
载重2165
自重3095
总重5455
空载轴荷（前/后）1657/1438
满载轴荷（前/后）2200/3255
尺寸参数
货箱尺寸5110×2100×450,550
轴距3800
轮距（前/后）1670/1602
前悬/后悬1070/2060
性能参数
最大爬坡度%28
最高车速90
最小转弯直径15.2
制动距离≤36.7m
最小离地间隙190
接近角/离去角22/15
油箱容积120
最大续驶里程800
发动机
排量3.168
额定功率/转数88/3200
最大扭距/转数300/1900-2100
排放标准欧II
3.2传动轴总成设计计算及校核
3.2.1传动轴计算载荷的确定
HGC1050所采用的驱动形式为FR（前置后驱），即传动轴位于变速器与驱动桥之间，因此传动轴计算载荷计算方法如下：
1.计算载荷按发动机最大扭矩和一档传动比来确定：
（3.1）
2.计算载荷按驱动轮打滑来确定：
（3.2）
式中，—为发动机的最大转矩（）；
—为计算驱动桥数；
—为变速器一档传动比；
—为发动机到万向传动轴之间的传动效率；
—为液力变矩器变矩系数；
—为猛接离合器所产生的动载系数；
—为满载状态下一个驱动桥上的静载荷（）；
—为汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数；
—为轮胎与路面间的附着系数；
—为车轮滚动半径（）；
—为主减速器传动比；
—为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比；
—为主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率。
发动机最大转矩， ，=5.3，，=1，==32075.4，=1.2，=0.80，=0.371，=5.24，=1，=95%。
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。例如，在某些重型汽车和越野汽车上，根据总布置的要求需将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一定距离时，考虑到在它们之间很难保证轴与轴能同心以及安装基体即车架也可能发生变形，因此在这些总成之间就应采用万向节传动。此时常采用普通十字轴万向节，也有采用挠性万向节的，其工作夹角一般不大于。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，因此它们之间需要用可伸缩的万向传动轴联接。这时当联接的距离较近时，常采用两个万向节和一根可伸缩的传动轴；当距离较远而使传动轴的长度超过1.5时，常将传动轴分成两根或三根，用三个或四个万向节，且后面一根传动轴可伸缩，中间传动轴应有支承，万向节所联的两轴之间的夹角，对一般载货汽车不应超过，对于短轴距的4×4越野汽车，最大可达。对于又要转向又要驱动的转向驱动桥，左、右驱动车轮需要随汽车行驶的轨迹而改变方向，这时多采用球笼式或球叉式等速万向节传动，其最大夹角即车轮的最大转角可达。万向节传动还用于带有摆动半轴的驱动桥、转向轴传动机构及动力输出装置等。
万向节传动应适应所联两轴的夹角及相对位置在一定范围内的不断变化且能可靠而稳定地传递动力，保证所联两轴能等速旋转，且由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动及噪声应在允许范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。此外，万向节传动还要求传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易[8]。
本课题使用CAD、Pro/E、ANSYS技术对万向传动装置进行设计，实现了设计与制造的一体化，具有明显的优越性。在缩短了设计周期的同时，实现了标准化，通用化，系列化，提高了加工效率及加工质量，有利于提高企业自身应变能力和市场竞争力，给企业带来综合效率。通过对HGC1050万向传动装置的设计，能够使我熟练地掌握CAD、Pro/E、ANSYS在生产实践中的应用，锻炼自己分析问题解决问题的能力。解放汽车万向传动装置正广泛应用于各种车辆上，使汽车传动性能显著提高，因此，对此课题的研究具有十分重要的意义。1.3研究汽车万向传动轴的目的和意义
1.3.1研究汽车万向传动轴的目的
中国汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为发展趋势。我国汽车业的高速发展，带动我国汽车传动轴需求持续大幅增长。汽车传动轴市场潜在需求与潜在机会，整个产业规模具有非常大的扩展空间，单个企业规模也会越来越大。在这样的一个背景下，中国汽车传动轴发展前景一片光明。
万向节传动应适应所联两轴的夹角及相对位置在一定范围内的不断变化且能可靠而稳定地传递动力，保证所联两轴能等速旋转，且由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动及噪声应在允许范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。此外，万向节传动还要求传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易。而传动轴及万向节的设计装配不良将产生振动和噪声，因此该总成设计是汽车设计中重要的环节之一。本题是依据现有生产企业在生产车型的万向传动装置作为设计原型，在给定变速器输出转矩、转速及发动机和主减速器安装位置等条件下，学生独立设计出符合要求的万向传动装置，着重设计计算万向节的结构参数及对其进行了校核计算。在对各种结构件进行了分析计算后，绘制出该总成装配图及主要零件的零件图。
1.3.2研究汽车传动轴的意义
本课题使用CAD、Pro/E、ANSYS技术对万向传动装置进行设计，实现了设计与制造的一体化，具有明显的优越性。在缩短了设计周期的同时，实现了标准化，通用化，系列化，提高了加工效率及加工质量，有利于提高企业自身应变能力和市场竞争力，给企业带来综合效率。通过HGC1050万向传动装置的设计，能够使我熟练地掌握CAD、Pro/E、ANSYS在生产实践中的应用，锻炼自己分析问题解决问题的能力。汽车万向传动装置正广泛应用于各种车辆上，使汽车传动性能显著提高，因此，对此课题的研究具有十分重要的意义。
1.4万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、传动轴和中间支撑组成。主要用于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。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。一般万向节由十字轴、十字轴承、凸缘叉及轴向定位件和橡胶密封件等组成。
传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，因断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。重型载货汽车根据驱动形式的不同选择不同型式的传动轴。一般来讲4×2驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。6×4驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。6×6驱动形式的汽车不仅有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴，而且还有前桥驱动传动轴。在长轴距车辆的中间传动轴一般设有传动轴中间支承．它是由支承架、轴承和橡胶支承组成。
传动轴是由轴管、伸缩套和万向此它的动平衡是至关重要的。一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行了调整。因此，一组传动轴是配套出厂的，在使用中就应特别注意。其基本结构如图1.1所示基本要求：
1.保证所连接的两根轴的夹角及相对位置在一定范围内变动时，能可靠而稳定地传递动力。
2.保证传动尽可能同步，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，在使用车速范围内不应产生共振现象。
4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。
万向传动装置有极其广泛的应用，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桥输入轴轴线之间的相对位置经常变化，因而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端距离，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轨迹变化而改变方向，这时多采用等速万向传动轴。如1.5本课题研究的主要内容
依据现有生产企业在生产车型的万向传动装置作为设计原型，在给定变速器输出转矩、转速及发动机和主减速器安装位置等条件下，独立设计出符合要求的万向传动装置，着重设计计算万向节的结构参数及对其进行了校核计算。对汽车万向传动轴的运动特性，技术难题，制造工艺，使用寿命影响因素，失效形式，进行深入系统的分析。在设计过程中避免振动，传动动轴断裂，十字轴折断，及滚针轴承过早损坏等问题。运用传统设计方法完成对传动轴的计算校核，传动轴滑动花键的设计计算。万向节叉及十字轴的计算校核。利用相关书籍资料完成对十字轴的设计及校核，传动轴滑动花键和万向节的润滑方案的选择与设计。
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