人人文库网 > 图纸下载 > 毕业设计 > 基于有限元分析的汽车万向传动装置设计【含ANSYS分析】[7张CAD图纸]【全套汽车毕业论文】【答辩优秀】

目录.doc

基于有限元分析的汽车万向传动装置设计【含ANSYS分析】[7张CAD图纸]【全套汽车毕业论文】【答辩优秀】

资源目录

基于有限元分析的汽车万向传动装置设计.rar

基于有限元分析的汽车万向传动装置设计

目录.doc---(点击预览)

毕业设计说明书.doc---(点击预览)

开题报告.doc---(点击预览)

CAD图纸[7张].dwg---(点击预览)

ansys软件程序

十字轴优化.log

十字轴初始静态分析.log

节叉优化.log

节叉初始静态分析.log

轴管优化.log

轴管初始静态分析.log

压缩包内文档预览：

编号：291802 类型：共享资源大小：3.78MB 格式：RAR 上传时间：2014-06-11 上传人：好资料QQ****51605 IP属地：江苏

45
积分

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 基于有限元分析汽车万向传动装置设计

资源描述：

【温馨提示】购买原稿文件请充值后自助下载。

[全部文件] 那张截图中的文件为本资料所有内容，下载后即可获得。

预览截图请勿抄袭，原稿文件完整清晰，无水印，可编辑。

有疑问可以咨询QQ：414951605或1304139763

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第1章绪论1

　　1.1课题研究的目的意义1

　　1.2课题的国内外研究现状1

　　1.3设计的主要内容与技术路线2

第2章万向传动装置结构方案确定4

　　2.1设计已知参数4

　　2.2万向传动的运动和受力分析4

2.2.1单十字轴万向节传动4

2.2.2双十字轴万向节传动6

2.2.3多十字轴万向节传动7

　　2.3结构方案的确定7

2.3.1万向节与传动轴的结构型式7

2.3.2传动轴管、伸缩花键及中间支承结构方案分析8

2.3.3万向节类型分析10

　　2.4本章小结14

第3章万向传动装置设计15

3.1万向节传动的计算载荷15

3.1.1按发动机最大转矩和一档传动比来计算15

3.1.2按驱动轮打滑来计算15

3.2 万向传动轴的计算载荷16

3.2.1初选十字轴万向节尺寸16

3.2.2十字轴万向节设计与校核18

3.3 滚针轴承设计19

3.3.1滚针轴承初选尺寸19

3.3.2滚针轴承的接触应力19

3.4 万向节叉设计和校核20

3.5 传动轴的设计计算21

3.5.1传动轴的临界转速22

3.5.2传动轴长度和内外径确定23

3.5.3传动轴的校核23

3.6 花键轴的设计计算24

3.6.1花键轴初选尺寸24

3.6.2花键轴的校核25

3.7 中间支承的结构分析和设计25

　　3.8 本章小结28

第4章万向传动装置的有限元静力学分析29

4.1 基于Pro/ENGINEER软件的三维建模29

　　　　4.1.1 Pro/ENGINEER软件简介29

　　　　4.1.2利用Pro/E进行三维建模30

4.2基于ANSYS的有限元模型生成31

　　　　4.2.1 ANSYS有限元分析软件的简介31

　　　　4.2.2 Pro/E与ANSYS接口的创建33

　　　　4.2.3基于ANSYS的有限元模型生成35

4.3万向传动装置静载和约束的施加与结果分析36

　　　　4.3.1十字轴有限元受力分析36

　　　　4.3.2万向节有限元受力分析39

　　　　4.3.3中间传动轴有限元受力分析44

4.4本章小结47

第5章万向传动装置的有限元优化设计48

5.1优化设计概述48

5.2基于有限元的十字轴优化设计49

　　　　5.2.1十字轴数学模型建立49

　　　　5.2.2十字轴优化结果分析50

5.3万向节叉的结构优化52

　　　　5.3.1万向节叉的数学模型建立52

　　　　5.3.2万向节叉的优化结果分析53

5.4传动轴管的优化56

　　　　5.4.1传动轴管的数学模型建立56

　　　　5.4.2传动轴管优化结果分析56

5.5万向传动装置优化后尺寸的确定58

5.6进行整机装配与校核58

　　　　5.6.1 Pro/E实体建模后的整体装配图58

　　　　5.6.2干涉检查60

5.7本章小结61

结论62

参考文献63

致谢64

附录65

附录A 外文文献原文65

附录B 外文文献中文翻译69

摘要

　　　万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。

　　　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优化设计并得出合理的设计方案。在传动轴的设计中采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性，对其结构进行优化设计，可以大大缩短万向传动装置总成开发周期、降低开发费用，提高设计质量，保证其设计的精确性。

关键词：万向传动装置；十字轴；万向节；传动轴；有限元分析；优化设计

　　　　　　　　　　　　　　　　ABSTRACT

　　　Universal transmission is important in automobile transmission assembly, which directly linked to transmission and drive axle, used to achieve the transfer of the power transmission system. Research object is widely used in rear-wheel drive transmission cross shaft universal, the main parts including drive shafts, universal joints, support devices, the design of these key components for the universal transmission has a great influence on the performance .

　　　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 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. The propeller shaft of the design used in technical research on these crucial component element of statics. in its structural design and optimize can greatly shorten the automobile universal transmission device always into the development cycle and reduce the development costs and improve the quality of design to ensure the accuracy of its design.

Key word: Universal Transmission Device; Cross Axle; Universal Joint; Drive Shaft; Finite Element Analysis; Optimization Design

第1章绪论

1.1 课题研究的目的意义

　　　万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。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。传统的分析方法，一般都是首先通过轴传递的最大转矩，计算出轴的最小直径；然后通过计算作用在轴上的载荷、不同断面上的转矩、轴向力和弯矩，利用解析法或图解法确定轴不同位置的支反力，最后利用传统的计算公式进行强度校核，确定安全系数。如果安全系数小于许用安全系数，还要进行疲劳强度计算。此过程计算繁杂，反复性强，而且可靠性差，很可能因为计算误差，造成由于传动轴强度不够而引发的轴裂、轴断事故。因此，研究一种新的准确、快捷的强度分析方法迫在眉睫。ANSYS软件作为一种广泛应用CAE软件，应用有限元法对结构进行静力学、动力学、热力学和电磁学等多种分析。通过ANSYS软件的应用，可以大大缩短轴类零件的设计周期，从而减少设计成本，并有利于多种型号产品的开发。

1.2 课题的国内研究现状

　　　万向传动装置最早出现于1352年，在Strasbourg大教堂时钟机构中的万向节传动轴。1663年Robert Hook万向节诞生，后来被人们叫做虎克万向节，也就是十字轴万向节。紧接着在1683年研制出的双联式虎克万向节，消除了单个虎克万向节传递的不等速性，并于1901用于汽车转向轮。在上世纪初，虎克万向节和传动轴，以及后来的等速万向节和传动轴在机械工程和汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。现在，根据在扭转方向上是否有明显的弹性，万向节可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式传递动力，又分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节；挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减震作用[1]。

　　　现在汽车万向传动装置一般是由万向节、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。

　　　在1950年后,传动轴的产量达到数以万计。1984年主要由于汽车工业的增长，生产了三千五百万套虎克万向节传动轴，一亿二千万套等速万向节传动轴，一亿三枢轴式万向节传动轴。在国内，近年来随着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。2007年中国汽车传动轴的需求已经突破992万根，产值达到45亿。2008年汽车销量达到938万两，而作为汽车零部件的汽车传动轴需求量也接近1900万套，产值达到50亿元。倒2010年我国汽车传动轴总销售额达到87亿之多，因次国内也出现一批传动轴制造的厂家。但产品的性能与国外相比仍有相当大的差距，具体表现在两个方面：绝大多数轿车厂家对等速万向节产品没有制定出相应的技术规范，而国外公司对驱动轴和传动轴的技术规定达67款之多，其中严格规定驱动半轴总成和传动轴总成的振动频率，目的是避免和发动机、轮胎以及其他传动系部件发生共振，从而更加全面合理地设计汽车底盘；零件供应商，易随意组合中心固定型等速万向节和伸缩型等速万向节，从而造成总成的失衡，使汽车产生异常振动，出现异响[2]。对于创立自主知识产权的汽车厂家来说，造出一流汽车仍有很长的路要走。

1.3 汽车万向传动装置设计主要内容与设计思路

　　　课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性，对其结构进行优化设计，是非常重要和必须的。在此基础上，再进行万向传动装置设计不但可以获得最佳的万向传动装置基本参数，还可以大大缩短万向传动装置总成开发周期、降低开发费用，提高设计质量，保证其设计的精确性。

　　　1. 设计的主要内容

　　　本设计选择万向传动轴的优化，设计基本要求如下：

　　　（1）保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠而稳定的传递动力；

　　　（2）保证所连接的两轴尽可能等速运转；

　　　（3）使用有限元分析软件ANSYS对万向传动装置的设计零部件进行静态分析，完成万向传动装置主要部件的优化设计从而解决工艺合理、成本低、可靠性高的设计要求；

　　　（4）在CAE分析的基础上完成设计图纸。

　　　2. 设计的基本技术路线

　　　设计的技术路线如图1.1所示。

第2章万向传动装置结构方案确定

2.1 设计已知参数

本设计的已知参数如表2.1所示

　　　表2.1 设计基本参数

发动机转矩Temax430N••m/1500r/min

变速器一挡传动比i16.515

整车总质量8495Kg

驱动桥满载载荷5500Kg

主减速器传动比i04.875

轮胎规格8.25R16

万向传动装置最左与最右两万向节中心之间的距离L2186m

全部文件.jpg

CAD图纸[7张].jpg

QQ截图20140611180123.jpg

QQ截图20140611180139.jpg

内容简介：: 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 基于有线元分析的汽车万向传动装置设计院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程B07-1 学生姓名: 陈兵导师姓名: 赵雨旸开题时间: 2011.3.16 指导委员会审查意见：签字：年月日SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名陈兵系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-1班指导教师姓名赵雨旸职称副教授从事专业车辆工程、交通工程是否外聘是否题目名称基于有限元分析的汽车万向传动装置设计一、课题研究现状、选题目的和意义 1.汽车万向传动轴的发展与现状万向传动装置最早出现于1352年，在Strasbourg大教堂时钟机构中的万向节传动轴。1663年Robert Hook万向节诞生，后来被人们叫做虎克万向节，也就是十字轴万向节。紧接着在1683年研制出的双联式虎克万向节，消除了单个虎克万向节传递的不等速性，并于1901用于汽车转向轮。在上世纪初，虎克万向节和传动轴，以及后来的等速万向节和传动轴在机械工程和汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。现在，根据在扭转方向上是否有明显的弹性，万向节可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式传递动力，又分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节；挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减震作用。现在汽车万向传动装置一般是由万向节、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。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42驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。64驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。66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。在1950年后,传动轴的产量达到数以万计。1984年主要由于汽车工业的增长，生产了三千五百万套虎克万向节传动轴，一亿二千万套等速万向节传动轴，一亿三枢轴式万向节传动轴。在国内，近年来随着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。2007年中国汽车传动轴的需求已经突破992万根，产值达到45亿。2008年汽车销量达到938万两，而作为汽车零部件的汽车传动轴需求量也接近1900万套，产值达到50亿元。倒2010年我国汽车传动轴总销售额达到87亿之多，因次国内也出现一批传动轴制造的厂家。但产品的性能与国外相比仍有相当大的差距，具体表现在两个方面：绝大多数轿车厂家对等速万向节产品没有制定出相应的技术规范，而国外公司对驱动轴和传动轴的技术规定达67款之多，其中严格规定驱动半轴总成和传动轴总成的振动频率，目的是避免和发动机、轮胎以及其他传动系部件发生共振，从而更加全面合理地设计汽车底盘；零件供应商，易随意组合中心固定型等速万向节和伸缩型等速万向节，从而造成总成的失衡，使轿车产生异常振动，出现异响。对于创立自主知识产权的轿车厂家来说，造出一流轿车仍有很长的路要走。2. 课题研究的目的与意义万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。本设计中的传动轴是两节的，由十字轴万向节连接。传动轴是由轴管、伸缩花键套和万向节组成。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发生变化时实现两轴的动力传输。万向节是由十字轴、十字轴轴承和凸缘叉等组成。在传动轴的设计中采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性，对其结构进行优化设计，是非常重要和必须的。在此基础上，再进行万向传动装置设计不但可以获得最佳的万向传动装置基本参数，还可以大大缩短万向传动装置总成开发周期、降低开发费用，提高设计质量，保证其设计的精确性。汽车传动轴主要作用是把发动机减速器的运动传递到驱动桥，使驱动桥获得规定的转速和方向，其传递的主要为转矩。因此，传动轴的强度校核主要为受扭强度校核。传统的分析方法，一般都是首先通过轴传递的最大转矩，计算出轴的最小直径；然后通过计算作用在轴上的载荷、不同断面上的转矩、轴向力和弯矩，利用解析法或图解法确定轴不同位置的支反力，最后利用传统的计算公式进行强度校核，确定安全系数。如果安全系数小于许用安全系数，还要进行疲劳强度计算。此过程计算繁杂，反复性强，而且可靠性差，很可能因为计算误差，造成由于传动轴强度不够而引发的轴裂、轴断事故。因此，研究一种新的准确、快捷的强度分析方法迫在眉睫。ANSYS软件作为一种广泛应用CAE软件，应用有限元法对结构进行静力学、动力学、热力学和电磁学等多种分析。通过ANSYS软件的应用，可以大大缩短轴类零件的设计周期，从而减少设计成本，并有利于多种型号产品的开发。万向节是各类车辆传动系中传递扭矩的关键零件之一，它是连接变速器与减速器之间的桥梁，其工作性能直接影响车辆是否能正常工作。十字轴式万向节具有结构简单，低幅磨损小，传递功率大，主、从动轴间夹角允许变化范围大的特点，因而在车辆中应用较广。由于万向节叉形状复杂，传统的设计方法是根据经验确定万向节叉的尺寸，但按这种方法设计出的万向节很难达到最优的结果，所以对设计的合理性提出了疑问：是否有强度与刚度储备较大造成材料与产能巨大浪费现象这为传动轴万向节叉的轻量化设计及最优化设计提出了迫切的要求，其经济效益和社会效益的潜力是不言而喻的。现代计算技术的发展使有限元方法得到突飞猛进的进步。随着一系列大型分析软件的开发和完善，有限元方法被越来越广泛地应用于工程实践中。笔者利用三维造型及分析软件ProE对十字轴式万向节叉进行有限元分析和优化设计，以期对其整体应力分布规律和应力水平有较全面的了解，为万向节叉的优化设计提供定量的技术依据。因此通过本课题的研究可以完成理论课程的实践总结，掌握一种流行的设计方法和软件，获得一定的研究工作方法，提高科研工作素质。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1.设计的主要内容：（1）万向传动装置主要零部件的设计；（2）主要零部件的有限元分析与优化；（3）主要零部件的设计修正；（4）在CAE分析的基础上完成设计图纸。2. 拟解决的主要问题：（1）完成十字轴万向节、传动轴、滚针轴承、花键轴和凸缘叉的设计；（2）主要部件的强度校核；（3）用CAD/CAM/CAE软件Pro/E进行建模；（4）应用ANSYS优化工具解决单目标多变量约束非线性优化问题，提高设计的准确度和可靠性，同时保证设计的效率比以往要高；（5）保证所连接的两轴尽可能等速运转。由于万向节夹角而产生的载荷震动和噪声应在允许的范围内，在使用车速内不应产生共振现象；（6）使用有限元分析软件ANSYS对万向传动装置的设计零部件进行静态分析，完成万向传动装置主要部件的详细设计从而解决工艺合理、成本低、可靠性高的设计要求；（7）应用ANSYS优化工具解决单目标多变量约束非线性优化问题，提高设计的准确度和可靠性，同时保证设计的效率比以往要高；（8）用AutoCAD完成装配图、零件图，表达设计。三、技术路线（研究方法）调研并查阅相关资料确定汽车万向传动装置主要参数主要零部件的建模主要零部件的静态分析主要零部件的优化设计万向传动装置的主要零部件的设计优化后尺寸确定用Pro/E完成零部件装配完成设计图纸完成毕业设计说明书四、进度安排（1）调研、资料收集，完成开题报告第1、2周（2）研究汽车万向传动装置的设计步骤与设计方法，分析万向传动装置受力情况第3周（3）按照传统的汽车设计方法设计万向传动装置第4、5周（4）对按传统方法设计的万向传动装置进行有限元分析第69周（5）完成所设计装配图与零件图图纸第1012周（6）完成设计说明书的撰写，指导教师审核第13周（7）毕业设计（论文）修改、完善第14周（8）毕业设计（论文）审核、预审第15周（9）毕业设计（论文）修改、完善第15、16周（10）毕业设计（论文）答辩准备及答辩第17周五、参考文献1 郭慧玲. 传动轴的优化设计 J. 机械传动, 2008, 32 (6)：88-90. 2 喻志勇,阳华. 汽车传动轴零件的标准化设计 J. 科技广场, 2009, (5)：188-199. 3 彭红星. 传动轴的有限元分析与设计优化 J. 机械工程师, 2009, (12)：114-115. 4 吉林工业大学，诸文农.底盘设计（上册）.北京：机械工业出版社，1982.4.5 吉林大学，王望予.汽车设计(第四版).北京：机械工业出版社，2009.6.6 清华大学，余志生.汽车理论（第四版）.北京：机械工业出版社，2008.1.7 陈家瑞。汽车构造（第二版）M.北京：机械工业出版社，2008.1.8 刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001.7.9 羊拯民.汽车设计丛书-传动轴和万向节.北京：人民交通出版社，1986.10.10 邢琳，张秀芳.机械设计基础课程设计指导书.北京:机械工业出版社,2007.7.11 孙国刚. 十字轴式传动轴 J. 城市公共交通, 2003, (3)：101-106. 12 李科,何志兵,沈海等. 等速万向节总成的设计方法 J. 轴承, 2006, (9)：44-45. 13 吴汀,杨万福. 汽车传动系万向传动装置的多目标优化设计 J. 武汉汽车工业大学学报, 1999, (1)：101-106.14 李科,何志兵,沈海等. 等速万向节总成的设计方法 J. 轴承, 2006, (9)：5-9.15 Julian Happian-Smith. An Introduction to Modern Vehicle Design. Reed Educational and Professional Publishing Ltd 2002.16 S.D.Haddad and N.Watson.DESIGN AND APPLICATIONS IN DIESEL ENGINEERING.Ellis Horwood Limited,1984.六、备注指导教师意见：签字：年月日本科学生毕业设计基于有限元分析的汽车万向传动装置设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 B07-1班学生姓名：陈兵指导教师：赵雨旸职称：副教授黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design of Automobile Universal Transmission Device Based on Finite Element AnalysisCandidate: Chen BingSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-1Supervisor：Associate Prof. Zhao YuyangHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。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优化设计并得出合理的设计方案。在传动轴的设计中采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性，对其结构进行优化设计，可以大大缩短万向传动装置总成开发周期、降低开发费用，提高设计质量，保证其设计的精确性。关键词：万向传动装置；十字轴；万向节；传动轴；有限元分析；优化设计ABSTRACTUniversal transmission is important in automobile transmission assembly, which directly linked to transmission and drive axle, used to achieve the transfer of the power transmission system. Research object is widely used in rear-wheel drive transmission cross shaft universal, the main parts including drive shafts, universal joints, support devices, the design of these key components for the universal transmission has a great influence on the performance .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 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. The propeller shaft of the design used in technical research on these crucial component element of statics. in its structural design and optimize can greatly shorten the automobile universal transmission device always into the development cycle and reduce the development costs and improve the quality of design to ensure the accuracy of its design.Key word: Universal Transmission Device; Cross Axle; Universal Joint; Drive Shaft; Finite Element Analysis; Optimization Design74第1章绪论1.1 课题研究的目的意义万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。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。传统的分析方法，一般都是首先通过轴传递的最大转矩，计算出轴的最小直径；然后通过计算作用在轴上的载荷、不同断面上的转矩、轴向力和弯矩，利用解析法或图解法确定轴不同位置的支反力，最后利用传统的计算公式进行强度校核，确定安全系数。如果安全系数小于许用安全系数，还要进行疲劳强度计算。此过程计算繁杂，反复性强，而且可靠性差，很可能因为计算误差，造成由于传动轴强度不够而引发的轴裂、轴断事故。因此，研究一种新的准确、快捷的强度分析方法迫在眉睫。ANSYS软件作为一种广泛应用CAE软件，应用有限元法对结构进行静力学、动力学、热力学和电磁学等多种分析。通过ANSYS软件的应用，可以大大缩短轴类零件的设计周期，从而减少设计成本，并有利于多种型号产品的开发。1.2 课题的国内研究现状万向传动装置最早出现于1352年，在Strasbourg大教堂时钟机构中的万向节传动轴。1663年Robert Hook万向节诞生，后来被人们叫做虎克万向节，也就是十字轴万向节。紧接着在1683年研制出的双联式虎克万向节，消除了单个虎克万向节传递的不等速性，并于1901用于汽车转向轮。在上世纪初，虎克万向节和传动轴，以及后来的等速万向节和传动轴在机械工程和汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。现在，根据在扭转方向上是否有明显的弹性，万向节可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式传递动力，又分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节；挠性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减震作用1。现在汽车万向传动装置一般是由万向节、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。在1950年后,传动轴的产量达到数以万计。1984年主要由于汽车工业的增长，生产了三千五百万套虎克万向节传动轴，一亿二千万套等速万向节传动轴，一亿三枢轴式万向节传动轴。在国内，近年来随着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。2007年中国汽车传动轴的需求已经突破992万根，产值达到45亿。2008年汽车销量达到938万两，而作为汽车零部件的汽车传动轴需求量也接近1900万套，产值达到50亿元。倒2010年我国汽车传动轴总销售额达到87亿之多，因次国内也出现一批传动轴制造的厂家。但产品的性能与国外相比仍有相当大的差距，具体表现在两个方面：绝大多数轿车厂家对等速万向节产品没有制定出相应的技术规范，而国外公司对驱动轴和传动轴的技术规定达67款之多，其中严格规定驱动半轴总成和传动轴总成的振动频率，目的是避免和发动机、轮胎以及其他传动系部件发生共振，从而更加全面合理地设计汽车底盘；零件供应商，易随意组合中心固定型等速万向节和伸缩型等速万向节，从而造成总成的失衡，使汽车产生异常振动，出现异响2。对于创立自主知识产权的汽车厂家来说，造出一流汽车仍有很长的路要走。1.3 汽车万向传动装置设计主要内容与设计思路课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性，对其结构进行优化设计，是非常重要和必须的。在此基础上，再进行万向传动装置设计不但可以获得最佳的万向传动装置基本参数，还可以大大缩短万向传动装置总成开发周期、降低开发费用，提高设计质量，保证其设计的精确性。1. 设计的主要内容本设计选择万向传动轴的优化，设计基本要求如下：（1）保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠而稳定的传递动力；（2）保证所连接的两轴尽可能等速运转；（3）使用有限元分析软件ANSYS对万向传动装置的设计零部件进行静态分析，完成万向传动装置主要部件的优化设计从而解决工艺合理、成本低、可靠性高的设计要求；（4）在CAE分析的基础上完成设计图纸。2. 设计的基本技术路线设计的技术路线如图1.1所示。调研并查阅相关资料确定汽车万向传动装置主要参数万向传动装置的主要零部件的设计主要零部件的建模主要零部件的静态分析主要零部件的优化设计优化后尺寸确定用Pro/E完成零部件装配完成设计图纸完成毕业设计说明书图1.1 设计技术路线图第2章万向传动装置结构方案确定2.1 设计已知参数本设计的已知参数如表2.1所示表2.1 设计基本参数发动机转矩Temax430Nm/1500r/min变速器一挡传动比i16.515整车总质量8495Kg驱动桥满载载荷5500Kg主减速器传动比i04.875轮胎规格8.25R16万向传动装置最左与最右两万向节中心之间的距离L2186m 2.2 万向传动的运动和受力分析2.2.1 单十字轴万向节传动当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角及时，主动轴的角速度与从动轴的角速度之间存在如下关系 (2.1)式中，为主动轴转角，定义为万向节主动叉所在平面与万向节主、从动轴所在平面的夹角由于是周期为的周期函数，所以也为同周期的周期函数。当为0、时，达最大值且为；当为、时，有最小值且为。因此，当主动轴以等角速度转动时，从动轴时快时慢，此即为普通十字轴万向节传动的不等性3。十字轴万向节传动的不等速性可用转速不均匀系数来表示（2.2）如不计万向节的摩擦损失，主动轴转矩和从动轴转矩与各自相应的角速度有关系式，这样有（2.3）显然，当最小时，从动轴上的转矩为最大；当最大时，从动轴上的转矩为最小。当与一定时，在其最大值与最小值之间每一转变化两次。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。这是因为这两个转矩作用在不同的平面内，在不计万向节惯性力矩时，它们的矢量互成一角度而不能自行封闭，此时在万向节上必然还作用有另外的力偶矩。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，除主动轴驱动转矩之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力偶矩。同理，从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩和作用在从动叉平面的弯曲力偶矩。在这四个力矩作用下，使十字轴万向节得以平衡。下面仅讨论主动叉在两特殊位置时，附加弯曲力偶矩的大小及变化特点。当主动叉处于0和位置时(图2.1a)，由于作用在十字轴平面，必为零；而的作用平面与十字轴不共平面，必有存在，且矢量垂直于矢量；合矢量+指向十字轴平面的法线方向，与大小相等、方向相反。这样，从动叉上的附加弯矩=。当主动叉处于和位置时(图2.1b)，同理可知=0，主动叉上的附加弯矩=。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。 a) =O，= b) =，=图2.1 十字轴万向节的力偶矩因此，为了控制附加弯矩，应避免两轴之间的夹角过大。2.2.2 双十字轴万向节传动当输入轴与输出轴之间存在夹角时，单个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴是不等速旋转的。为使处于同一平面的输出轴与输人轴等速旋转，可采用双万向节传动，但必须保证同传动轴相连的两万向节叉应布置在同一平面内，且使两万向节夹角与相等(图2.1)。在双万向节传动中，直接与输入轴和输出轴相连的万向节叉所受的附加弯矩分别由相应轴的支承反力平衡。当输人轴与输出轴平行时(图2.2a)，直接连接传动轴的两万向节叉所受的附加弯矩彼此平衡，传动轴发生如图2.2b中双点划线所示的弹性弯曲，从而引起传动轴的弯曲振动。当输入轴与输出轴相交时(图2.2c)，传动轴两端万向节叉上所受的附加弯矩方向相同，不能彼此平衡，传动轴发生如图2.2d中双点划线所示的弹性弯曲，从而对两端的十字轴产生大小相等、方向相反的径向力。此径向力作用在滚针轴承碗的底部，并在输入轴与输出轴的支承上引起反力4。图2.2 附加弯矩对传动轴的作用2.2.3 多十字轴万向节传动多万向节传动的从动叉相对主动叉的转角差的计算公式与单万向节相似，可写成 (2.4)式中，为多万向节传动的当量夹角；为主动叉的初相位角；为主动轴转角。式(3.4)表明，多万向节传动输出轴与输入轴的运动关系，如同具有夹角而主动叉具有初相位的单万向节传动。假如多万向节传动的各轴轴线均在同一平面，且各传动轴两端万向节叉平面之间的夹角为0或，则当量夹角为= (2.5)式中，、为各万向节的夹角。式中的正负号这样确定：当第一万向节的主动叉处在各轴轴线所在的平面内，在其余的万向节中，如果其主动叉平面与此平面重合定义为正，与此平面垂直定义为负。为使多万向节传动的输出轴与输人轴等速旋转，应使=0。万向节传动输出轴与输入轴的转角差会引起动力总成支承和悬架弹性元件的振动，还能引起与输出轴相连齿轮的冲击和噪声及驾驶室内的谐振噪声。因此，在设计多万向节传动时，总是希望其当量夹角尽可能小，一般设计时应使空载和满载两种工况下的不大于3。另外，对多万向节传动输出轴的角加速度幅值；加以限制。对于轿车，350rads；对于货车，600radS5。2.3 结构方案的确定2.3.1万向节与传动轴的结构型式汽车后驱动桥的万向节传动装置通常称为汽车的万向传动轴或简称为传动轴，它由万向节、轴管及其伸缩花键等组成如图2.3(b),对于长轴距汽车的分段传动轴，还需有中间支承，如图2.3(a)。2.3.2传动轴管、伸缩花键及中间支承结构方案分析传动轴管由壁厚均匀易平衡、壁薄(1.53.0mm)、管径较大、扭转强度高、弯曲刚度大、适于高速旋转的低碳钢板卷制的电焊钢管制成。(a)带有中间支承并有两根轴管的分段传动轴；(b)具有一根轴管的传动轴1万向节；2传动轴管；3平衡片；4伸缩轴管；5防尘罩；6十字轴；7中间支承图2.3 汽车传动轴的结构图伸缩花键具有矩形或渐开线齿形，用于补偿由于汽车运动时传动轴两端万向节之间的长度变化。当承受转矩的花键在伸缩时，产生轴向摩擦力为式中：传动轴所传递的转矩；花键齿侧工作表面的中径；摩擦系数。由于花键齿侧工作表面面积较小，在大的轴向摩擦力作用下将加速伸缩花键的磨损，引起不平衡及振动。应提高键齿表面硬度及光洁度，进行磷化处理、喷涂尼龙，改善润滑。可减小摩擦阻力及磨损。也有用滚珠或滚柱的滚动摩擦代替花键齿间的滑动摩擦的结构如图2.4。花键应有可靠的润滑及防尘措施，间隙不宜过大，以免引起传动轴振动。内、外花键应对中，为减小键齿摩擦表面间的压力及磨损应使键齿长与其最大直径之比不小于2。花键齿与键槽应按对应标记装配，以免破坏传动轴总成的动平衡。动平衡的不平衡度由点焊在轴管外表面上的平衡片补偿。装车时传动轴的仲缩花键一端不应靠近后驱动桥，而应靠近变速器或中间支承，以减小其轴向摩擦力及磨损。中间支承用于长轴距汽车的分段传动轴，以提高传动轴的临界转速，避免共1滚柱；2带有滚柱内滚道的传动轴管；3带有滚柱外滚道的轴管图2.4 带有滚柱的汽车传动轴振，减小噪声6。它安装在车架横梁或车身底架上，应能补偿传动轴的安装误差及适应行驶中由于弹性悬置的发动机的窜动和车架变形引起的位移，而其轴承应不受或少受由此产生的附加载荷。以前中间支承多采用自位轴承，目前则广泛采用坐于橡胶弹性元件上的单列球轴承如图2.3，图2.6。橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动，降低噪声，承受径向力，但不能承受轴向力。设计时应合理选择支承刚度，避免在传动轴常用转速内产生共振。摆臂式中间支承的摆臂用于适应中间传动轴轴线在纵向平面内的位置变化。66越野汽车传动轴的中间支承常安装在中驱动桥壳上,多采用两个圆锥滚子轴承，轴承座应牢固地固定在中桥壳上如图2.7所示。1油封；2弹性挡圈；3轴承图2.5 摆臂式中间支承(a)传动轴及其中间支承；(b)-(e)中间支承方案1一挠性万向节；2、4一前、后传动轴；3一弹性中间支承；5一平衡片；6一橡胶套；7一横梁图2.6 汽车传动轴的中间支承圈2.7 越野汽车传动轴的中间支承2.3.3万向节类型分析汽车用万向节分为刚性的、挠性的、等速的和不等速的几种。汽车除转向驱动桥及带有摆动半轴的驱动桥的分段式半轴多采用等速万向节外，一般驱动桥传动轴均采用一对十字轴万向节，如图2.3(b)。1、普通十字辅万向节普通十字轴万向节如图2.8所示，由两个万向节叉及联接它们的十字轴、滚针轴承及讷封等组成。其结构简单，传动效率高。十字轴万向节的损坏形式主要是十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，以及十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面的压痕和剥落。通常认为当磨损或压痕超过025时，十字轴万向节就应报废。为了提高其使用寿命。出现了各种有效的组合式润向节滑密封装置，以润滑和保护十字轴轴颈与 1一轴承盖；2、6一万向节一油嘴；滚针轴承如图2.9。轿车和轻型客、货车常于 4一十字轴；5一安全阀；7一油封；装配时封入润滑脂润滑以减少车辆的 8一滚针；9一轴承碗润滑点，这时应采用密封效果较好的双刃口或图2.8 普通十字轴万向节多刃口橡胶油封。当需定期加注润滑脂时，应如图2.9所示将油封反装以利在加注润滑脂时能将陈油和磨损产物排出。轴蕊中的滚针直径的差值应控制在0.003以内，否则会加重载荷在滚针间的分配不均匀性。滚针轴承的径向间隙过大会使受载的滚针数减少及引起滚针歪斜，间隙过小则可能受热卡住，合适的间隙为0.0090.095。滚针的用向总间隙取0.080.30为宜。重型汽车有时采用较粗的滚针并分成两段以提高其寿命，也有以滚柱代替滚针的结构。为防止十字轴轴向窜动及避免摩擦发热，有的在十字轴轴端和轴承碗之间加装端面滚针轴承7。1一防尘罩；2一油封座圈；3一止推环；4一滚针；间隙；a一油封压配锥面图2.9 十字轴的润滑与密封单个十字轴万向节不是等速万向节，其特点是当主动轴与从动轴之间有夹角时，不能等速传递而有转角差(图2.10)，使主、从动轴的角速度周期性地不相等。采用两个十字轴万向节并把与传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面内，且使万向节的夹角(图2.11)，则可使处于同一平面内的输出轴与输入轴等角速旋转。图2.10 转角差的关系图2.11 双十字轴万向节的等速传动条件十字轴万向节两轴的夹角。不宜过大当由增至时，滚针轴承寿命将下降至原寿命的14。2、挠性万向节利用橡胶盘、块、环及橡胶一金属套筒等橡胶弹性元件在夹角不大于的两轴间传递转矩。其结构简单、不需润滑，能减小传动系的扭振、动载荷及噪声。有的结构还允许一定的轴向变形当这种轴向变形量能满足使用要求时，可省去伸缩花键。常用作轿车三万向节传动中的靠近变速器的第一万向节或用在重型车的离台器与变速器，变速器与分动器之间。考虑到用到这些地方的挠性万向节常要在挂直接档时的高转速下工作，为保证传动轴总成的平衡精度，则必须使万向节两侧的轴线对中。图2.12给出了汽车挠性万向节及其橡胶弹性元件的典型结构图，其中图(a)、图(b)分别为具有球面对中机构的环形和六角形挠性万向节：图(c)为橡胶金属套筒结构的挠性万向节；图(d)、图(e)分别为组合型和盘形橡胶元件。金属套筒结构的橡胶应具有的物理机械特性为：抗拉强度不小于1 5；相对拉伸率不小于350；肖氏硬度6575；最大挤压应力为7.58；剪切弹性模量=0.85；工作温度范围为-4580。3、等速万向节主、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，称为等角速万向节或等速万向节。等速万向节的“等角速”工作原理，可以一对大小相同的圆锥齿轮传动为例来说明。如图2.13所 (a) 球面对中机构的环形挠性万向节；(b)六角形挠性万向节；(c)橡胶金属套筒结构的挠性万向节；(d) 组合型橡胶元件；(e)盘形橡胶元件图2.12 挠性万向节及其橡胶元件的典型结构示，两齿轮的轴线交角为，这两个齿轮轮齿的接触点位于轴间夹角的平分线上。由点到两轴线的垂直距离相等并等于在点处两齿轮的圆周速度是相等的，因而两齿轮的角速度相等。多数等速万向节工作时的特点也都在于：它们所有的传力点总是位于两轴夹角的等分平面上，这样，被万向节所联接的两轴的角速度就永远相等。图2.13 等速万向节的工作原理在转向驱动桥、断开式驱动桥和de Dion式驱动桥的车轮传动装置中，广泛地采用各种型式的等速万向节和近似等速的万向节。其常见的结构型式有球笼式、球叉式、双联式、凸块式和三销式等。综上所述，确定传动轴的基本方案。本设计所选车型为前置后驱，根据经验采用十字轴万向节；并且两万向节中心距为2186mm（1500mm一般须有中间支撑），需采用中间支撑。故最终决定采用带中间支撑的两轴三万向节传动方案。方案如图2.14所示1-变速器；2-中间支撑；3-差速器；4-后传动轴；5-轴承；6-前传动轴；图2.14 万向传动装置总体方案简图2.4 本章小结本章介绍了万向传动轴的结构类型及各自特点，对传动轴进行了初步的结构选择，根据本车的驱动型式及轴距的要求选择两轴三个万向节的结构型式。第3章万向传动装置设计3.1 万向节传动的计算载荷万向节传动装置因布置的不同，计算转矩也不同，设计载荷的选取也是不一样的。本次设计为货车传动装置设计，多数选用机械变速器，所以设计中不考虑液力变矩器的变扭比，则计算载荷如下：3.1.1 按发动机最大转矩和一档传动比来计算其中：为发动机的最大转矩430NM 为驱动桥的数目 =1 为变速器1挡传动比 =6.515（由变速器设计知）为发动机到万向传动轴的传动效率 =93% 为液力变矩器的变矩系数 k=1 为猛接离合器所产生的动载系数即，对于性能系数的汽车（一般货车、矿用汽车和越野车）计算可得：3.1.2 按驱动轮打滑来计算其中：G2 为满载状态下一个驱动桥上的静载荷=35035；为汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数，货车：=1.11.2,取=1.1；为轮胎与路面间的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，在良好的混凝土或沥青路面上，可取0.85；为车轮滚动半径(m)，本设计已知轮胎规格：8.25R16，根据轮胎标号取=417.675；为主减速器传动比，=4.875；为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，=1；为主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率,取=0.96计算可得：对万向传动轴进行静强度计算时，计算载荷取两者之间的最小值，所以取=2605.35Nm 3.2 万向传动轴的计算载荷3.2.1 初选是十字轴万向节尺寸由于十字轴万向节主、从动叉轴转矩的作用，在主、从动万向节叉上产生相应的切向力和轴向力式中： R切向力作用线与万向节叉轴之间的距离；转向节主动叉轴之转角；转向节主、从动叉轴之夹角。 (a) 初始位置时；(b) 主动叉轴转角时图3.1作用在万向节叉及十字轴上的力在十字轴轴线所在的平面内并作用于十字轴的切向力与轴向力的合力为图3.1（a）为主动叉轴位于初始位置的受力状况。此时达到最大值：图3.1（b）为主动叉轴转角时的受力状况。这时均达最大值：计算转矩取在发动机最大转矩下且变速器处于档是的转矩和满载是的驱动车轮最大附着力矩（）的换算转矩两者中的较小值。即。而万向节工作夹角，。将这些数据代入得十字轴的材料选用20CrMnTi低碳合金钢，轴颈表面进行渗碳淬火处理，渗碳层深度为1mm，表面硬度为5864HRC，轴颈端面硬度不低于55HRC，芯部硬度为3348HRC。根据汽车的吨位查机械设计手册初步选定十字轴总成尺寸如表3.111。表3.1 推荐采用的十字轴总成及花键尺寸汽车载重(t)十字轴总成(mm)花键外行外径(mm)花键工作长度(mm)十字轴滚针轴承套Hd1hh1d0LnD套C1-1.5901816203142232-4直3599852-2.59022-21263-1826354直3898653-410825242931829394直50855-712734242931838504直65115初选设计尺寸:D=40mm d=25.5mm H=118mm h=108mm3.2.2 十字轴万向节设计与校核十字轴万向节的损坏形式主要有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表面出现压痕和剥落。一般情况下，当磨损或压痕超过015mm时，十字轴万向节便应报废。十字轴的主要失效形式是轴颈根部处的断裂，所以在设计十字轴万向节时，应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。设各滚针对十字轴轴颈作用力的合力为F(图3.2)。则：式中，TS为万向传动的计算转矩， TS = minTse，Tssmin；r为合力F作用线到十字轴中心之间的距离；为万向传动的最大夹角，取，=0.9976。作用力为：图3.2 十字轴基本尺寸及受力图十字轴轴颈根部的弯曲应力 w 应满足式中，d为十字轴轴颈直径25.5mm；为十字轴油道孔直径4mm；s为合力F作用线到轴颈根部的距离15mm；w为弯曲应力许用值，为250350MPa。十字轴轴颈的切应力应满足式中，为切应力许用值，为80120MPa。3.3 滚针轴承设计3.3.1 滚针轴承初选尺寸根据万向传动轴已知参数、设计要求和十字轴尺寸，参考专业厂的系列产品初步选取滚针轴承尺寸（如表3.1）初选尺寸：滚针数 1 滚针直径 3工作长度 18 每列滚针数 353.3.2 滚针轴承的接触应力滚针轴承中的滚针直径一般不小于1.6mm，以免压碎，而且差别要小，否则会加重载荷在滚针间分配的不均匀性，一般控制在0.003mm以内。滚针轴承径向间隙过大时，承受载荷的滚针数减少，有出现滚针卡住的可能性；而间隙过小时，有可能出现受热卡住或因脏物阻滞卡住，合适的间隙为0.0090.095mm，滚针轴承的周向总间隙以0.080.30mm为好。滚针的长度一般不超过轴颈的长度，使其既有较高的承载能力，又不致因滚针过长发生歪斜而造成应力集中。滚针在轴向的游隙一般不应超过0.20.4mm；选用双列滚针，直径为3mm，滚针数量为20，滚针轴承的接触应力为式中，为滚针直径(mm)；为滚针工作长度(mm)；Fn为在合力F作用下一个滚针所受的最大载荷(N)，由式(4.10)确定式中，i为滚针列数，i=1；z为每列中的滚针数，z=35。滚针的材料采用轴承钢，滚针和十字轴轴颈表面硬度在58HRC以上时，许用接触应力为30003200MPa。滚针轴承的材料为轴承钢，许用应力，所以设计的滚针轴承符合要求。3.4 万向节叉设计和校核万向节叉采用45中碳钢，调质处理，硬度为1833HRC；万向节叉与十字轴组成连接支承。在万向节工作过程中产生支承反力，叉体受到弯曲和剪切，一般在与十字轴轴孔中心线成45的某一截面处，万向节叉承受弯曲和扭转载荷，其弯曲应力和扭转应力应满足式中，、分别为截面BB处的抗弯截面系数和抗扭截面系数。矩形截面系数：，；椭圆形截面：，；h，b分别为矩形截面的高和宽或椭圆截面的长轴和短轴，k是与有关的系数，查表3.2选取取表3.2 系数k的选取1.01.51.752.02.53.04.0100.2080.2310.2390.2460.2580.2670.2820.312e，如图3.3所示，弯曲应力的许用值为，扭应力的许用值为。图3.3 万向节受力简图截面BB处为矩形，所以因此，万向节叉的强度满足设计要求。3.5 传动轴的设计计算汽车传动轴的基本参数包括传动轴长度及变化范围，主动轴与从动轴之间的夹角，传动轴的临界转速及滑键的尺寸。在确定这些参数时，应注意保证传动轴在任何条件下工作可靠、寿命长。传动轴经常处于高速旋转状态下，所以轴的材料查机械零件手册选取40CrNi，适用于很重要的轴，具有较高的扭转强度。传动轴管由低碳钢板卷制的电焊钢管制成，轴管外径及壁厚(或内径)是根据所传最大转矩、最高转速及长度按有关标准YB242-63选定，并校核临界转速及扭转强度13。电焊钢管参数应按冶金部标准YB242-63选取。表4.3给出外径毫米的标准资料，以供设计时参考。表3.3 6095mm毫米的电焊钢管(YB242-63)外径（mm）钢管厚度（mm）601.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、63.51.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、701.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、751.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5831.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5 891.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5、4.8951.4、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.2、4.5、传动轴的临界转速长度一定时，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。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的临界转速nk（r/min）为，安全系数k取2.0，适用于一般精度的伸缩花键。最大转速 =式中 nw为发动机转速为超速挡传动比，取为0.813安全系数k k = nknmax = 2.0 nk = 2.0nmax = 6024.10 rmin3.5.2 传动轴长度和内外径确定根据两万向节中心距2186mm传动轴分为两段，由临界转速nk =1.2108 Dc2+dc2Lc2 = 6024.10 rmin 得 = 9299.82mm 又 1.5 mm Dc - dc2 3 mm根据电焊钢管外径6095mm的标准资料（从冶金部标准YB242-63中选取）初选 = 70 mm ，则 = 66.3 mm 其中为传动轴长度(mm)，即两万向节中心的距离和分别为传动轴轴管的外、内径(mm) 3.5.3 传动轴的校核万向传动轴的断面尺寸除应满足临界转速的要求外，还应保证有足够的扭转强度。传动轴的最大扭转应力(MPa)可按下式计算：式中：发动机的最大转矩，；变速器的一档传动比；动载系数；抗扭截面系数。对于传动轴管，上式又可表达为式中：传动轴的计算转矩，=2605.35传动轴管的外径和内径，。按上式计算得出的传动轴管扭转应力不应大于300。传动轴扭转强度为：传动轴材料为40CrNi，许用应力为300，因此本设计的传动轴满足扭转强度的要求。3.6 花键轴的设计计算3.6.1 花键轴初选尺寸滑动花键连接套为了后桥跳动时补偿传动轴长度变化而设置的。花键轴头应压入管口进行焊接。传动轴带花键的一端，为静止时位置较高的一端14。传动轴花键的尺寸按表4.2推荐的数值进行初定，结合国家标准选取，最后进行强度校核。目前国产汽车的传动轴花键一般为矩形齿，它以内径或侧面定心，保证传动轴运转平稳可靠。国外也有根据用户要求使用渐开线花键的。取安全系数2.27，则为许用扭转应力为花键转矩分布不均匀系数，取1.3 花键外径花键内径为花键有效工作长度为花键齿数由于花键齿的许用挤压应力较小，所以选用较大尺寸的花键，查GB/T1144-2001，取,，。3.6.2 传动轴的校核花键齿的许用应力为花键转矩分布不均匀系数，取1.3 花键外径花键内径为花键有效工作长度为花键齿数当花键材料为40CrNi，齿面的硬度为35HRC时，许用挤压应力为。则,满足花键挤压强度。 3.7 中间支承的结构分析和设计由于轴距较长，为了提高传动轴的临界转速，避免共振以及整车总布置上的需要，将传动轴分段。这时，需加设中间支承。中间支承安装在车架横梁上，以补偿传动轴轴向和角度方向打安装误差，以及车辆行驶过程中由于弹性支承的发动机的窜动和车架等变形所引起的位移。应用较广泛的有橡胶弹性中间支承和摆臂式中间支撑等。橡胶弹性中间支承如图4.4所示，其结构中采用单列滚子轴承，橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动，降低噪音。这种弹性中间支承不能传递轴向力，它主要承受传动轴因不平衡、偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。图3.4 橡胶弹性中间支承摆臂式中间支承如图4.5所示，它的摆臂机构能适应中间传动轴轴线在纵向平面的位置变化，改善了轴承的受力情况，橡胶村套能适应传动轴轴线在横向平面内少量的位置变化。图3.5 摆臂式中间支承比较二者的优缺点，决定选定中间支承的结构为摆臂式中间支承。中间支承的轴承选用深沟球轴承，型号为6010，其基本尺寸如表4.4所示表3.4 深沟球基本尺寸轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速/（r/mm）dDBMinMinMaxMax脂润滑油润滑601050801615674122.016.270009000中间支承的固有频率可按下式计算式中，为中间支承的固有频率（Hz）；为中间支承橡胶弹性元件的径向刚度（N/mm）；为中间支承悬置质量（kg），它等于传动轴落在中间支承上的一部分质量与中间支承及其轴承座所承受的质量之和。传动轴总成所采用的中间支撑的结构形式，双联传动轴串联使用三个十字轴万向节，支承轴承的承重为2.2kg。径向动态弹簧刚度为200003000N/m，效率在73F时为842%，主减速比为4.875，轮胎规格采用8.25R16。阻尼因素无阻尼自然频率由上式可得：阻尼自然频率为：符合许用临界转速10002000。车轮滚动直径为：车轮周长：传动轴转速与车速比：该客车的传动轴转速与车速之比为65.14，因此，一阶和二阶扰动车速分别为：一阶扰动车速：二阶扰动车速：结论：支撑的径向刚度为200003000N/m时，临界转速为1779.5，低于常用转速，一阶和二阶扰动车速分别为：39.3，19.65。符合设计推荐值。3.8 本章小结本章对万向传动装置的主要部件进行了设计、选择、计算及校核。主要部件包括十字轴、万向节叉、传动轴和中间支承等。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转轴之间传递动力。这些部件需要进过精确地计算、校核，以满足使用的要求。第 4 章万向传动装置的有限元静力学分析4.1 基于Pro/ENGINEER软件的三维建模4.1.1 Pro/ENGINEER软件简介Pro/ENGINEER是美国参数技术公司（PTC）1988年首家推出的使用参数化的特征造型技术的大型CAD/CAE/CAM集成软件。近年来在我国大型工厂、科研单位和部分大学得到了较为普遍的应用，深受广大从事三维产品设计和研究人员的喜爱16。是一个全方位的三维产品开发软件，集成了零件、产品装配、模具设计、数控加工。钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、电路布线、装配管路设计等功能模块和专有模块于一体，可以实现DFM (面向制造设计)、DFA（面向装配设计）、ID（逆向设计）、CE（并行工程）等先进的设计方法的特性。Pro/ENGINEER参数化设计的特性：3D（三维）实体模型：三维实体建模可以将用户的设计思想以最真实的三维模型在Pro/ ENGINEER中用户可以方便地对设计模型进行旋转、平移、缩放等操作，可以从各个不同的角度观察模型。另外，借助于Pro/ ENGINEER的系统参数，用户还可以随时计算出产品体积、重心、重量、模型大小，极大的方便了设计人员。单一数据库：Pro/ENGINEER是建立在单一数据库上的。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部俩字一个库，在整个设计过程的任何一处发生变动，都会反应在整个产品设计制造过程的相关环节上，这样确保报数据的正确性、避免反复修改。这种特性的数据结构与工程设计制造的结合，使得整个产品的设计制造严谨、有序，大大缩短了产品的开发周期，优化了整个设计过程。能更快的对市场需求做出反应。基于特征：Pro/ENGINEER是一个采用参数化设计、基于特征的实体模型系统。在设计过程中，采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型。正是因为这个特征，用户可以随时对这些特征作出合理的修改和调整。这一功能特性给工程设计人员提供了前所未有的简易和灵活。参数化设计：在Pro/ENGINEER中，配合单一数据库，所有在设计过程中所使用的尺寸都保存在数据库中，修改模型和工程图不再繁琐。设计人员只需要更改三维零件的尺寸，则二维工程图、三维装配图、模具等就会依照零件修改过的尺寸作出相应变化，避免了人为修改出现的疏漏情况。参数化设计还使得设计人员可以利用强大的数学运算方式，建立各尺寸的关系式，使得零件的设计更加简捷16。4.1.2利用Pro/E进行三维建模Pro/ENGINEER是一个基于特征的三维建模软件，它不同于AutoCAD等二维制图软件，也不同于注重模型效果的三维制图软件3DStudio Max等，Pro/ENGINEER注重于对三维实体的精确建模，包含了产品模型的体积、面积、重心、重量、惯性大小等。Pro/ENGINEER中零件模型的构造是由各种特征来生成的，零件的设计过程就是特征的累积过程。1、十字轴的创建一般零件可以使用拉伸或旋转创建，本设计使用拉伸创建。第一步：草绘模型新建零件输入文件名取消缺省选择mmns进入零件模式。拉伸放置进入草绘草绘二维模型，确定所绘图形准确无误后，点击确定，如图4.1所示。第二步：输入拉伸尺寸、拉伸特征，确定无误后确定拉伸。效果如图4.2所示。图4.1 十字轴块的草绘图形图4.2 拉伸后的效果图第三步：用拉伸和镜像命令实现十字轴轴径的创建。如图4.3所示。2、万向节叉的创建按上述方法建三维模型如图4.4所示。图4.3 万向节叉三维效果图图4.4 十字轴三维效果图3、主传动轴和中间传动轴花键套筒轴的创建三维模型如图4.5和4.6所示。图4.5 主传动轴三维效果图图4.6 中间传动轴套轴三维效果图4、中间传动轴花键轴和法兰盘的创建三维模型如图4.7和4.8所示。图4.7 中间传动轴花键轴三维效果图图4.8 法兰盘三维效果图4.2 基于ANSYS的有限元模型生成4.2.1 ANSYS有限元分析软件的简介ANSYS是一种应用广泛的通用有限元工程的分析软件。功能完备的预处理器和后处理器（又称预处理模块和后处理模块）使ANSYS易学易用，强大的图形处理能力以及得心应手实用工具使得使用者轻松愉快，奇特的多平台解决方案使用户物尽其用，且有多种平台支持（ Windows NT、LINUX、UNIX）和异种异构网络浮动能力，各种硬件平台数据库兼容，使其功能一致，界面统一。目前，ANSYS已经广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防、军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等工业及科学研究。ANSYS软件含有多种分析能力，包括简单的静态分析和复杂的非线性的模态分析，可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了预处理、解决程序以及后处理和优化等模块，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。ANSYS公司是有美国匹兹堡大学力学系教授、有限元法的权威、著名力学专家John Swanson 博士于1970年创建而发展起来的，其总部位于宾夕法尼亚洲的匹兹堡市，目前是世界CAE行业最大的公司之一。ANSYS软件的最初版本与今天的版本相比有很大不同，最初版本仅仅提供了热分析及线性结构分析功能；20世纪70年代末，图形技术和交互操作方式应用到了ANSYS中，使得ANSYS的使用进入了一个全新的阶段。经过30多年的发展，如今的ANSYS软件更加趋于完善，功能更强大，使用也更加方便。ANSYS是一个通用的有限元分析软件，它具有多种多样的分析能力，从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。而且，ANSYS还具有产品的优化设计17。ANSYS软件能够提供分析类型如下：1、结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构影响不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触问题的分析。2、结构动力分析结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行结构动态分析的类型包括瞬时动力分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。3、结构非线性分析结构非线性问题包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。ANSYS程序可以求解静态和瞬态非非线性问题。4、结构屈服分析屈服分析是用来确定结构失稳的载荷大小与在特定的载荷下结构是否失稳的问题。ANSYS中的稳定性分析主要分为线性分析和非线性分析两种。5、热力学分析ANSYS可处理热传递的三种基本类型：传到、对流和辐射。热传递的三种基本类型均可以进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还可以进行模拟材料固化和熔解过程分析，以及模拟热与结构应力之间的耦合问题的分析。6、电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、此能量密度、涡流、电场分布、磁力分分布、力、运动效应、电路和能量损失等。7、声场分析声场分析主要用来研究主流体(气体、液体等)介质中的传播问题以及在流体介质中的固态结构的动态响应特性。8、压电分析压电分析主要可以进行静态分析、模态分析、瞬态分析和谐波响应分析等，可用来研究压电材料结构在随时间变化的电流和机械载荷响应特性。主要适用于谐振器、振荡器以及其他电子材料的结构动态分析。9、流体动态分析ANSYS中的流体单元能进行流体动态分析，分析类型可以为瞬态和稳态。分析结果可以是每个节点的压力和流过每个节点的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分析的图形显示。4.2.2 Pro/E与ANSYS接口的创建利用ANSYS对结构进行有限元分析时，通常需要将Pro/E建立的三维模型，导入ANSYS中进行分析。所以需要将Pro/E三维实体模型通过专用的模型数据转换接口导入到ANSYS中， Pro/E与ANSYS之间的接口技术常用的有以下两种：（1） Pro/E与ANSYS集成接口：ANSYS在默认的情况下是不能直接对Pro /E中的prt(或asm)文件进行直接转换的,必须通过以下对ANSYS设置连接过程进行激活模块:鼠标点击“开始程序ANSYS12.1UtilitiesANS_ADM IN”,出现如下图4.9的对话框,选择如下选项, 单机NEXT。图4.9 设置ANSYS连接过程完成后ANSYS提示已在自己的安装目录中成功生成config.anscon文件,如下图4.10所示,记完下config.anscon的路径。在接下来出现的对话框中“Pro/Engireer Installation path”选项后输入Pro/E的起始安装路径如“C: Program Files proeWildfire3.0 ”:“Language used with Pro /Enginee提示在Pro /E目录下建立了一个protk.dat文件。之后选取EXIT退出，在弹出的对话框选择是。图4.10 Pro/E的起始安装路径点击确定完成配置,运行Pro /E,工具菜单后面出现了ANSYS12.1,说明连接成功了。运行Pro/E打开某零件三维模型图，点击ANSYS12.1下的ANSYSGeom按钮(如下图4.11所示)，则模型自动导入到ANSYS中，此时ANSYS12.1软件自动打开，点击Plot下的Volume，则模型导入成功。图4.11 导入界面（2）通过IGES( *.igs)格式文件导入：首先, 在Pro/E 环境下建立好零件模型或者完成零部件的装配, 然后, 选择主菜单【文件】下的【保存副本】子菜单, 弹出保存副本对话框后, 文件类型选择IGES( *.igs) ,在【新名称】框内为模型输入新名称,点击【确定】按钮会弹出输出IGES对话框, 在输出IGES 对话框中可以设置输出图元的类型、参考坐标系以及IGES 文件结构。输出的图元类型有: 线框边、曲面、实体、壳、基准曲线和点, 缺省输出图元是曲面, 缺省是输出所有面组, 点击【面组.】选择特定面组输出。可以选择多种图元类型进行输出, 但是不能同时输出曲面和实体或者曲面和壳。单击【定制层.】按钮设置各层的输出特性。文件结构类型有: 平整、一级、所有级别、所有零件, 默认输出为平整。平整: 将组件的所有几何输出到一个IGES 文件。导入到另一个系统时, 该组件就担当一个零件的角色。应将每一个零件分别放到一个层上, 以便在接受系统中能加以区别。一级: 输出一个组件的IGES 文件, 该文件只包含顶级几何( 如组件特征) 。所有级别: 输出一个组件的IGES 文件。用它可创建带有各自的几何和外部参照的元件零件和子组件。该选项支持所有层次。所有零件: 将一个组件作为多个文件输出到IGES, 这些文件中包含所有元件和组件特征的几何信息。零件使用相同的参照坐标系, 使接受系统中的重新装配更加容易。ANSYS 导入IGES( *.igs) 文件的方法有两种: 一种是通过ANSYS软件的用户界面操作导入; 一种是通过输入命令导入。通过用户界面操作导入IGES 的步骤是:选择主菜单【File】下的子菜单【Import】的次级子菜单【IGES.】, 弹出导入IGES 属性设置对话框, 在导入IGES 属性设置对话框中可以设置: 是否导入所有数据，是否合并图元, 是否创建实体，是否删除小面。点击【OK】按钮弹出文件路径选择对话框,在文件路径选择对话框中选择好所需精度, 输入IGES 文件路径后, 点击【OK】按钮完成IGES 文件导入18。4.2.3 基于ANSYS的有限元模型生成本次设计主要分析的模型生成的简图如下4.124.15所示图4.12导入后十字轴的有限元模型图4.13导入后万向轴叉的有限元模型图4.14导入后花键轴叉的有限元模型图4.15导入后花键套筒轴的有限元模型4.3万向传动装置静载和约束的施加与结果分析由前面的分析可知，十字轴、万向节和传动轴是万向传动装置中重要的结构件，受力条件较恶劣。所以利用有限元进行分析时，主要分析十字轴、万向节和传动轴即可。所用的设计材料属性的如下表4.1表4.1几种材料属性弹性模量（GPa）泊松比抗拉强度（MPa）密度（g/cm）20CrMnTi2060.258007.8545号中碳钢2100.36007.8540CrNi2080.36007.854.3.1 十字轴有限元受力分析十字轴式万向节的主动轴及被动轴均向十字轴施加两对力，它们构成两对大小相等、方向相反的力偶。这两对力偶矢量处于主动轴与被动轴所决定的平面内，如不计两轴倾角(很小，可忽略)，则构成两力偶的力均处于十字轴轴线平面内。十字轴受力情况如图4.16。图4.16 十字轴受力图1、ANSYS参数的定义单元属性主要包括：单元类型、实常数、材料常数。典型的实常数包括：厚度、横截面面积、高度、梁的惯性矩等。材料属性包括：弹性模量、泊松比、密度、热膨胀系数等。这次定义属性只用到其中的几项。十字轴的材料选用20CrMnTi，材料的属性如表4.1所示。导入了零件的实体模型后,紧接着定义该模型各项属性。依次展开Main MeunPreprocessorElement TypesAdd/Edit/Delete命令，出现如图4.17所示的Element Types的对话框。图4.17 单元类型对话框单击Add按钮,弹出Library of Element Types对话框选择好自己要定义的元素类型,单击OK按钮即可,如图4.18所示。图4.18 定义元素类型定义完元素类型后应该定义材料的属性。由于材料是各向同性的线弹性材料，其材料参数的定义步骤为选择Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，弹出Define Material Model Behavior对话框，如图4.19所示。在右侧列表框中依次选择StructuralLinearElasticIsotropic命令。双击Isotropic将弹出4.20所示的对话框。在EX文本框中输入弹性模量“2.06E11”，在PRXY文本框中输入泊松比“0.25”。图4.19 定义材料参数对话框图4.20 设置弹性模量和泊松比2、网格划分 ANSYS为用户提供了两种常用的网格划分类型：自由和映射。本设计使用的是自由网格，采用实体块单元（SOLID45），进行结构离散，即网格划分。该单元在有限元法中具有8个节点，每个节点有x、y、z位移方向的3个自由度，共生成5552个节点，网格后模型如图4.20。图4.20 网格化的模型3、约束、加载求解对万向传动装置进行分析时我们进行面力分析，即加的为表面载荷。加载步骤如下:（1）Solution/Analysis Type/New Analysis/Static；（2）Solution/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On Areas；选择轴的两个端面进行约束，这里有ALL DOF(全约束)、UX（X方向位移）、UY（Y方向位移）、UZ（Z方向位移）、ROTX（X方向旋转）、ROTY（Y方向旋转）、ROTZ（Z方向旋转），根据实际分析，应用ALL DOF(全约束)；（1） Solution/Define Loads/Apply/Structural/Pressure/On areas加载压强的大小（注意方向），受力F最大时产生的压强值：（2）求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。4、查看结果及分析对十字轴表面上的节点进行零位移约束，不考虑十字轴的制造误差和安装误差，假设载荷沿轴面是均匀的。在一般后处理器中，可以看到加载后应力等值线图，由图4.21可看出十字轴交叉处的应力最大，以致产生变形，取应力比较大的10个节点，列出应力表，见表4.2，这些节点应力最大，是与在十字轴施加的载荷形成齿根应力最大相一致的。而节点1312的应力值最大为196.18MPa，小于许用应力250MPa，其中加约束的轴面的应力也比其他部位的要明显，由图4.22可看出轴颈顶部的位移最大，表4.3中列出了10个节点的位移值，节点438的位移最大0.54115E-01mm，载荷加在轴颈上形成了轴顶部的位移比较大，但都远在要求之内，所以总体上存在较大的优化空间。4.3.2 万向节有限元受力分析十字轴的轴颈均向万向节施加力，它们构成一对大小相等、方向相反的力偶。力偶的力均处于万向节轴线平面内。受力分析如图4.23。加载压强的大小（注意方向），受力F最大时产生的压强值：网格选用SOLID45实体单元，单元有10个节点组成，划分1874个节点，网格后的模型如图4.24。图4.21 十字轴的应力云图图4.22 十字轴的位移云图表4.2节点的应力单位：MPaNODES1S2S3SINTSEQV1312167.34-9.567-28.839196.18187.291501153.82-8.009-21.751175.57169.121141176.2710.8865.229171.04168.281304145.45-9.926-22.884168.33162.241495152.65-3.142-13.861166.51161.411133171.8012.6808.228163.57161.391306131.8521.080-30.485162.33157.841494140.5112.028-20.970161.48157.20994167.9813.3318.594158.81157.021305144.576.643-17.242158.28156.86表4.3节点的位移单位：mmNODEUXUYUZUSUM4380.18280E-01-0.20425E-03-0.50933E-010.54115E-014390.18009E-010.47319E-03-0.50894E-010.53988E-01521-0.18140E-010.21815E-030.50822E-010.53963E-01520-0.17937E-01-0.47432E-030.50838E-010.53911E-014370.16597E-01-0.86944E-03-0.50719E-010.53372E-01522-0.16481E-010.88719E-03-0.50573E-010.53251E-014400.15767E-010.10968E-020.50558E-010.52985E-01519-0.15740E-01-0.10919E-02-0.50455E-010.52963E-0112890.12812E-010.33130E-03-0.50307E-010.52057E-014360.13186E-01-0.13620E-020.50405E-010.52024E-01在一般后处理器中，可以看到加载后应力等值线图，由图4.25可看出十字轴交叉处的应力最大，以致产生变形，取应力比较大的10个节点，列出应力表，见表4.4。这些节点应力最大，是与在十字轴接触处施加的载荷形成轴叉应力最大相一致的。而节点1312的应力值最大为72.99MPa，小于许用应力160MPa，其中加约束的端面的应力也比其他部位的明显要小，由图4.26可看出节叉顶部的位移最大，表4.5中列出了10个节点的位移值，节点438的位移最大0.53693E-01mm，载荷加在节叉内孔上形成了节叉顶部的位移比较大，综上可以看出万向节叉还有很大的优化空间。图4.23 万向节受力图图4.24 网格划分结果表4.4节点的应力单位：MPaNODES1S2S3SINTSEQV138659.8047.134-13.18773.09065.248139754.0638.661-5.40859.47253.83443846.0075.881-13.39459.40252.48934844.5145.490-14.32358.83851.852139150.3937.440-5.16455.55750.45039444.9273.205-10.07054.99749.707130747.6045.845-5.92653.53048.72341747.5486.810-11.06754.82348.426131945.7288.327-5.06152.66447.410138544.5935.646-3.59551.11447.206图4.25 万向节叉的应力云图图4.26 万向节叉的位移云图表4.5节点的位移单位：mmNODEUXUYUZUSUM372-0.14524E-03-0.10711E-02-0.53682E-010.53693E-011143-0.43341E-030.14625E-03-0.53546E-010.53548E-01371-0.35762E-030.15059E-020.53446E-010.53468E-01360-0.68094E-03-0.40600E-03-0.53107E-010.53113E-011153-0.47355E-03-0.17287E-02-0.53100E-010.53040E-01370-0.75931E-030.25207E-02-0.52946E-010.53012E-011152-0.72124E-030.11093E-02-0.52970E-010.52985E-01446-0.30021E-03-0.11135E-020.52880E-010.52892E-011144-0.64688E-030.19613E-02-0.52828E-010.52868E-011142-0.23922E-03-0.36381E-02-0.52714E-00.52840E-014.3.3 中间传动轴有限元受力分析以中间传动轴为例，进行有限元受力分析；传动轴一端受到一转矩，作用于花键齿面上，与十字轴接触的孔处进行约束，受力分析如图4.27。图4.27 中间传动轴受力图加载压强的大小（注意方向），受力F最大时产生的压强值：网格选用SOLID45实体单元，单元有8节点组成，划分4879个节点，网格后的模型如图4.28。在一般后处理器中，可以看到加载后应力等值线图，由图4.29可看出传动轴轴管处应力最大，以致产生变形，取应力比较大的10个节点，列出应力表，见表4.6，这些节点应力最大。而节点515的应力值最大为246.08MPa，小于许用应力300MPa，其中加约束的轴面的应力也比其他部位的要明显，由图4.30可看出轴一端的位移最大，表4.7中列出了10个节点的位移值，节点1375的位移最大0.35259mm，载荷加在轴管上形成了轴管一端的位移比较大，应力及位移较大优化空间不是很大，但还是可以尝试优化操作。图4.28 网格划分结果表4.6节点的应力单位：MPaNODES1S2S3SINTSEQV515120.12-2.821-125.96246.08213.11516119.43-0.992-125.19244.61211.88558119.830.449-124.25244.07211.391670123.8712.687-118.56242.43210.19556115.54-3.254-126.33241.87209.48518118.98-2.845-121.71240.69208.452629117.391.825-123.22200.61208.43513120.580.610-120.09240.37208.43517116.33-3.884-124.04239.42208.17519112.26-18.787-126.86239.22207.41表4.7节点的位移单位：mmNODEUXUYUZUSUM13750.43599E-01-0.20425E-03-0.50933E-010.3525913760.18009E-010.47319E-03-0.50894E-010.352521377-0.18140E-010.21815E-030.50822E-010.352521374-0.17937E-01-0.47432E-030.50838E-010.3524513730.16597E-01-0.86944E-03-0.50719E-010.352411378-0.16481E-010.88719E-03-0.50573E-010.3523213720.15767E-010.10968E-020.50558E-010.352244009-0.15740E-01-0.10919E-02-0.50455E-010.3521313790.12812E-010.33130E-03-0.50307E-010.3521240100.13186E-01-0.13620E-020.50405E-010.35210图4.29 中间传动轴的应力云图图4.30 中间传动轴的位移云图4.4 本章小结本章将Pro/E三维建模后的图形导入ANSYS环境中，利用ANSYS有限元分析软件对万向传动装置中主要受力部件十字轴、万向节和传动轴的刚度和强度进行静态分析，根据有限元的分析结果图，我们能够很清晰的看到轴及臂的变形和应力状况，验证设计内容是否合理。软件ANSYS有限元分析与研究，为汽车万向传动装置产品的设计、技术开发方面提供更多的理论参考，进一步提高汽车万向传动装置的稳定性和可靠性，提高产品的市场竞争力。第5章用ANSYS软件进行优化设计汽车万向传动结构是汽车上的一个重要部件，设计出重量轻而各方而性能达到要求的传动装置是一项重要的工作。本章以传动轴为研究对象，建立优化模型对其主要零部件进行优化设计。5.1优化设计概述优化设计是新兴发展起来的一门科学，也是一项新的技术，在工程设计的各个领域得到了广泛的应用。“最优化”是每一个工程产品设计者所追求的目标。任何一项工程或一个产品的设计，都需要根据设计要求，合理选择方案，确定各种参数，以期达到最佳的设计目标，如重量轻、材料省、成本低、性能好、承载能力高等19。优化设计正是根据这样的客观需求而产生并发展起来的。实际应用表明，优化设计不仅为工程设计提供了一种科学设计方法，使得在解决复杂设计问题时，能从众多的设计方案中找到尽可能完善的或最合适的设计方案，而且采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量，具有明显的经济效益和社会效益。优化设计的理论基础是数学规划，采用的工具是电子计算机。具有常规设计所不具备的特点：(1)优化设计能使各种设计参数自动向更优的方向进行调整，直至找到一个尽可能完善的或最合适的设计方案。常规设计虽然也希望找到最佳的设计方案，但都是凭借设计人员的经验来进行的。既不能保证设计参数一定能够向更优的方向调整，同时也不可能保证一定能找到最合适的设计方案。(2)优化设计的手段是采用电子计算机，在很短的时间内就可以分析一个设计方案，并判断方案的优劣和是否可行，因此可以从大量的方案中选出更优的设计方案，这是常规设计所不能相比的。然而，优化设计也有其自身的局限性需要研究解决。但“最优化”是工程设计永恒的主题，这就决定优化设计是一切工程设计的必由之路。随着电子计算机功能的不断扩大，计算机不仅可用来进行高速运算、逻辑判断，而且可以进行人机对话、光笔修改、自动绘图。结合优化方法的不断完善，就一定能实现工程设计的自动化和最优化。5.2 基于有限元的十字轴优化设计5.2.1十字轴数学模型建立1、设计变量的选取设计变量的选取从两个方面考虑：一是在该万向传动传动系统本来就存在，万向联轴器的外框尺寸已经确定的条件下对十字轴进行结构优化设计的这些尺寸只能作为给定的设计参数。二是由上面十字轴的三维有限元分析计算得知，十字轴圆弧过渡处的应力最大，且处于交变应力状态，是危险部位而改变某些尺寸并不能减小该处的应力集中或者是收效甚微。因此，设计变量可取：式中：为过渡圆弧半径；D为十字轴的直径；P十字轴的厚度。2、目标函数的确定对十字轴进行结构设计的目的就是要把该处的弯曲疲劳应力(表现为最大主应力)降下来，使其尽量靠近或者小于弯曲疲劳强度。课题中选择体积为目标函数。在考虑约束条件时，主要考虑设计变量的上下限约束。这样，优化的数学模型可建立为：求使体积 min满足 3、约束函数的确定由于对十字轴进行设计时，只考虑到把发生疲劳破坏处(即受载侧过渡圆弧处)的应力降下来，并没有其它因素的限制，所以，在此优化过程中，并没有约束函数的限制。对于每一个设计变量，其边界约束条件如下：0 mmD25.5 mm；20mmP35 mm；7mm15mm4、优化方法的选择及优化过程ANSYS程序提供了两种优化方法：零阶方法和一阶方法。它们都是通过罚函数(SUMT)法，将约束的优化问题转化为非约束问题进行求解。由于十字轴的受力和变形复杂，为保证优化的顺利进行，此处采用零阶方法优化过程是一系列的分析过程，即一系列的前处理求解后处理优化的循环21。5.2.2十字轴优化结果分析通过一系列的迭代，得出最优的设计结果值，以表格和图形的方式列出。表5.1十字轴的初始设计方案和最优设计方案的比较项目（单位）下界上界初始方案最优方案D（mm）25.525.519.104P (mm）20353527.096（mm）715157.532V(mm3)11256081516（a）体积随迭代次数的变化规律(b)体积随变量B的变化规律（c）体积随变量D的变化规律（d）体积随变量D的变化规律图5.1变化规律图十字轴的优化结果，查看所有序列的结果，得出4次迭代，其中第2次的结果为最优结果，如图5.1，经过分析和最初设计比较如表3.20，十字轴的优化结果表明，当过渡圆弧半径R从7mm增大到7.5 mm，十字轴轴径D从25.5mm减小到19.104 mm，十字轴承宽度H从35 mm减小到27.096 mm时，当十字轴传递2905.35Nm扭矩时，它所承受的最大主应力值从196 MPa到233.5 MPa。与原始设计方案相比，其体积减少了27.58%，应力也小于许用应力值，该优化方案满足设计参数的要求，又使十字轴的体积有较大的降低。5.3 万向节叉的结构优化5.3.1万向节叉的数学模型建立1、设计变量的选取设计变量的选取从主要是传动系统本来就存在，万向节叉的外框尺寸已经确定的条件下对十字轴进行结构优化设计的，将些尺寸只能作为给定的设计参数。因此，设计变量可取：式中：万向节叉底部的钢材厚度；万向节叉与十字轴接触外缘厚度；万向节叉凸缘的厚度2、目标函数的确定课题中选择体积为目标函数。在考虑约束条件时，主要考虑设计变量的上下限约束。这样，优化的数学模型可建立为：求使体积 min满足 3、约束函数的确定万向节叉进行设计时，只考虑到把发生疲劳破坏处的应力降下来和体积的减小，并没有其它因素的限制。所以，在此优化过程中，并没有约束函数的限制。对于每一个设计变量。其边界约束条件如下：0 mm 18mm；0mm31.5 mm；0mm17.5mm5.3.2万向节叉的优化结果分析通过一系列的迭代，得出最优的设计结果值，以表格和图形的方式将分析结果列出。表5.2万向节叉的初始设计方案和最优设计方案的比较项目（单位）下界上界初始方案最优方案（mm）181815.78 (mm）31.531.526.99（mm）17.517.516.43V (mm3)642740544490（a）体积和变量随迭代次数的变化规律（b）体积和变量B的变化规律(c) 体积和变量H的变化规律(d)体积和变量L的变化规律图5.2变化规律图万向节叉的优化结果，查看所有序列的结果，得出3次迭代，其中第2次的结果为最优结果，如图5.2，经过分析和最初设计比较如表5.2，十字轴的优化结果表明，当十字轴传递2905.35Nm扭矩时，它所承受的最大主应力值从65.05 MPa到82.89 MPa。与原始设计方案相比，其体积减少了15.29%，应力也小于许用应力值，该优化方案满足设计参数的要求，又使十字轴的体积有较大的降低。5.4 传动轴管的优化5.4.1传动轴管的数学模型的建立1、设计变量的选取空心传动轴的长度由总体布置确定，设计传动轴就是确定轴的截面尺寸。考虑到内径、外径及壁厚可作为给定的设计参数。因此，设计变量可取：式中：传动轴的内径； H传动轴内径与外径的厚度2、目标函数的确定课题中选择体积为目标函数。在考虑约束条件时，主要考虑设计变量的上下限约束。这样，优化的数学模型可建立为：求使体积 min满足 3、约束条件的确定传动轴进行设计时，要求在满足空心传动轴的可靠度下把发生疲劳破坏处的应力降下来和体积的减小，并没有其它因素的限制。所以，在此优化过程中，并没有约束函数的限制。对于每一个设计变量，根据设计经验和设计规范其边界约束条件如下：25mmR 35mm；1.5mmB3 mm5.4.2传动轴管优化结果分析通过一系列的迭代，得出最优的设计结果值，以表格和图形的方式列出。表5.3传动轴管的初始设计方案和最优设计方案的比较项目（单位）下界上界初始方案最优方案R（mm）25353031.573B (mm）1.5332.94V (mm3)414200403240（a）体积随迭代次数的变化规律（b）体积随变量B的变化规律传动轴管的优化结果，查看所有序列的结果，得出8次迭代，其中第6次的结果为最优结果，如图7.3，经过分析和最初设计比较如表7.3，传动轴的优化结果表明，当传动轴传递2905.35Nm扭矩时，它所承受的最大主应力值从273.19 MPa到294.98 MPa与原始设计方案相比，其体积减少了2.6%，应力也小于许用应力值，该优化方案满足设计参数的要求。（c）应力随迭代次数的变化规律图5.3变化规律图5.5 万向传动装置优化后尺寸的确定经过ANSYS软件优化后，得到各零件的优化尺如表5.4所示。表5.4优化各零件主要尺寸单位：mm零件十字轴万向节叉传动轴管主要尺寸DPRB优化最优尺寸19.10427.0967.5315.78026.99012.43031.5732.940推荐最优尺寸22287.5162712.53235.6 进行整机装配与校核利用Pro/E在优化的尺寸基础上进行三维建模，建模后的万向传动装置各结构和零部件尺寸根据加强措施加以修改后进行整机装配。5.6.1 Pro/E实体建模后的整体装配图1、装配概述装配是零件形成组件的过程，其实是一个通过Pro/E指定零件间约束的过程。通过指定零件间的约束，确定零件的装配位置关系来完成装配图。利用Pro/E，在约束不足或是约束过度时，同样能进行零件装配。在Pro/E的装配模块中，可以将生成的零件通过相互之间的定位关系装配在一起，并检查零件之间是否有干涉以及装配体的运动情况是否合乎设计要求。同时在生成装配体过程中，用户可以根据需要添加生成新的零件和特征。（1）装配操控面板Pro/ENGINEER将零件显示设置、约束条件定义、参考特征选择、装配状态显示等整合为一个对话框，通过装配操控板如图5.4，用户可以更简单地进行零件间的装配。图5.4 装配操控面板（2）装配约束对零件进行约束，从空间角度来说，即是在X，Y，Z三个方向限制零件，约束零件的6个自由度。确定零件的约束形式有十几种，当引入元件放置到组件中时，默认设置将选择“自动”放置约束。从组件和元件中选择一对有效参照后，系统将自动选择适合该指定对参照的约束类型。可从约束列表中选择需要的类型。也可在选择任意参照前改变约束类型，以约束允许的参照类型。约束类型有以下11种：自动、匹配、对齐、插入、坐标系、相切、线上点、曲面上的点、曲面上的边、固定和缺省。如图5.5所示。图5.5 装配约束2、装配图（1）十字轴及中间支承总成装配后效果图十字轴及中间支承总成装配后效果图如图5.6和图5.7所示。图5.6 十字轴总成装配后效果图图5.7 中间支承总成装配后效果图（2）万向传动装置的总体装配效果图万向传动装置的总体装配效果图如图5.8所示。图5.8 十字轴总成装配后效果图5.6.2 干涉检查万向传动装置装配后需要进行干涉检查。干涉检查可以检查零件之间是否有干涉以及装配体的运动情况是否合乎设计要求。干涉界面如图5.9所示。图5.9 全局干涉操作窗口干涉检查结果如图6.0所示。图6.0干涉检查结果干涉检查结果显示零件之间没有干涉，装配体的运动情况合乎设计要求。5.7 本章小结本章在有限元法和机械基本理论的基础上，对传动轴结构和受力进行分析计算应用CAD/CAM/CAE软件PRO/ENGINEER建立了万向传动装置的主要零件的实体模型，将实体模型导入有限元分析软件ANSYS界面生成有限元模型，应用分析软件对模型进行了静态加载和计算，得出传动轴的节点位移、应力应变图，对计算结果进行了静态分析。在静态分析的基础上，以传动轴各零件的体积为目标函数，以设计许用应力为约束条件，建立了各齿轮优化数学模型，采用ANSYS的APDL参数化设计语言，将有限元分析与优化设计有机结合起来，编制了用于复杂结构的优化设计程序，实现了万向传动装置优化设计，且在优化后进行PRO/ENGINEER三维建模装配和干涉检查，最后得到了满足约束条件的最优设计变量，优化结果显著，取得了令人满意的结果，降低了成本，缩短了研发周期。结论本论文在收集、阅读了大量关于万向传动轴设计与研究动向、发展趋势，结合工程实际应用，运用建模方法，对汽车万向传动轴进行了设计。设计中采用的十字轴式万向传动装置。通过详细的计算分析过程积累了大量的数据，并成功的绘制出了十字轴式万向传动装置的成品图。本论文完成的主要研究工作可总结如下：（1）确定万向传装置的结构尺寸及结构形式，并最终确定采用带中间支撑的两轴三万向节传动方案；（2）计算确定万向传动装置各零部件的尺寸并进行校核；对主要部件包括十字轴、万向节叉、传动轴和中间支承进行精确地计算、校核，以满足使用的要求；（3）用ANSYS软件对万向传动装置的各部件进行静力学分析；通过软件得出分析，再一次对强度进行校核，结果都满足强度要求；（4）在静力学基础上，对万向传动装置的结构做了优化设计，并确定了零件优化后的尺寸；从优化的结果得知，各零件体积即质量减少不少，而且优化后的结构也满足强度和刚度要求，同时降低了汽车传动装置设计的成本；（5）根据零件优化后的尺寸完成设计图纸的绘制；（6）用Pro/E软件对万向传动装置的各部件建模、完成整机装配并校核；通过这次设计，掌握了在ANSYS中进行传动轴的参数化建模，并且利用与Pro/E的接口将模型导入其中，做静力学分析，在进行优化设计时，掌握了一些ANSYS命令流和参数化语言建模方法。但是，由于是刚开始接触这两种软件，在设计当中还存在一定的缺点，首先，在进行网格划分时，课题采用的是自由划分，对后面求解带了不便，花费了大量的时间，如果利用映射划分，就可以提高效率了。其次，在进行优化设计时，对于优化变量的选择可以很多，可以是轴的长度、轴的横截面积等，优化变量的个数可以是大于1的，文中只做了齿宽和轴径的优化，优化变量仅有一个。参考文献1 （德）F.Schmelz，Graf von H.-C.Seherr-Thoss，E.Aucktor著.万向节和传动轴.伍德荣，肖生发，陶建民译.北京：北京理工大学出版社.1997，12.2 郭慧玲. 传动轴的优化设计 J. 机械传动, 2008, 32 (6) ：88-90.3 刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社，2004.4 清华大学，余志生.汽车理论（第四版）.北京：机械工业出版社，2008.1.5 吴宗泽等.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，2006，5.6 易幼平等.万向联轴器十字轴强度三维有限元分析J. 机械设计1999（7）3-7.7 赖洪成.十字轴式万向接轴正确安装的理论推导J. 特钢技术，2002（3）.8 李科，何志兵，沈海.等速万向节总成的设计方法J.轴承，2006.9：44-45.9 何西冷.万向节机构的运动学分析J.起重运输机械,2001.6.10 徐灏主编.机械设计手册（4）M.北京：机械工业出版社，1991.11 颜波.EQ140十字轴断裂的有限元分析J.农业装备与车辆工程，2005（2）.12 韩斌慧.渐开线内花键传动轴实体造型J.机械与电子，2009（1）：101-106.13 丁素芳等.空心传动轴的可靠性稳健优化设计J.装备制造技术，2005（1）.14 彭红星. 传动轴的有限元分析与设计优化 J. 机械工程师,2009,(12).15 于志伟，李明.Pro/ENGINEER完全手册M.人民邮电出版社，2007.16 龚曙光.ANSYS基础应用及范例解析M.机械工业出版社，2002.17 白葳等.通用有限元分析ANSYS 8.0基础教程M.北京：清华大学出版社，2005.18 孙国刚. 十字轴式传动轴 J. 城市公共交通, 2003, (3)：101-106.19 Pahl，G.；Beitz，W.；Wallace，K.(editor)：Engineering Design.Berlin：Springer 1988，Chap.6.21 Pahl，G.；Kuettner，K.H.；Fundamentals（of design），in：Dubbel，Handbook of Mechanical Engineering，vol.1.Berlin：Springer 1990.22 Julian Happian-Smith. An Introduction to Modern Vehicle Design. Reed Educational and Professional Publishing Ltd 2002.致谢本设计是在导师赵雨旸教授的悉心指导下完成的。整个毕业设计是从选题，开题答辩，四周审核，中期答辩，到最终答辩的一段难忘的旅程。在这将近四个月的设计过程当中，得到了导师的全力和热心指导。此外导师严谨的科研作风、创造性的思维和渊博的学识、丰厚的经验令我终身难忘，认真务实的工作态度更是我学习的榜样。在毕业设计即将完成之际，首先对赵雨旸导师表示衷心的感谢！当然毕业设计期间还得到了汽车与交通工程学院其他老师们和本班同学们的热心帮助，在此对他们同样表示衷心的感谢!另外，感谢学校给了这个机会，使我在毕业之际学到了许多课本上学不到的知识，并且加厚我在设计这方面的兴趣，为我将来的学习工作打好了基础，同时也锻炼了自己动手和解决问题的能力。最后还要感谢我的父母和家人，在生活上他们给予了我无微不至的关心和精神上的支持与鼓励，使我顺利地完成了学业。附录附录A 外文文献原文A shaft assembly, profileThe shaft axis in two different, even in its working process and relative position between the two shafts changing. According to the important components - shaft, can have the different universal classification. If the direction in reverse universal elastic, whether can be divided into the rigid universal shaft transmission and flexible joints. The former is the hinged on parts of the power transmission link, the latter by elastic parts, and has passed dynamic buffer reduced. Rigid gimbal and can be divided into different speed universal shaft type (such as cross gimbal) and patterned (such as double type gimbal, three pin shaft type gimbal) and patterned (such as ball cage gimbal, fork type gimbal). Patterned constant, and refers to the driven shaft rotation in driving shaft with the rotation Angle, whether of equal velocity, of course, driving shaft and driven shafts is equal to the speed of the average.Lord, the driven shaft axis in two angular change when the Angle between the universal and equal still called patterned or DengJiao velocity universal. They mainly used to drive axles, breaking the wheel transmission device etc, and is mainly used in the power of the car. When the car for a rear wheel drive, often using the universal shaft, on the part of high-grade car, have adopted the isokinetic ball head, When the car for front wheel drive, often USES patterned constant - universal shaft, but also a kind of different appellation.In front of a rear wheel drive motor (or all round the bus driver), due to the automobile suspension in athletic process, main reducer drive shaft transmission (or input shaft and FenDongXiang) output shaft is relative motion between often, in addition to avoid certain institutions or device (not) line, there must be a device to realize the dynamic transfer, then the normal appeared gimbal transmission. Universal must have the following characteristics: the transmission and ensure that the relative position of the two shafts in expected range changes, can reliably transfer power, B, ensure that connects the two shafts could even operation. Due to the universal and additional load Angle, the vibration and noise should be allowed in, C, high transmission efficiency, long service life, simple structure, easy fabrication, easy maintenance. For automobile, due to a cross gimbal output shaft relative to the input shaft (have) is not constant rotation Angle, therefore, must adopt double gimbal (or more), and the universal shaft driving connected with the two cardan arrangement in the same plane and make two equal to the Angle. It is very important. In the design to minimize the Angle.Shaft assembly imbalance is the transmission of the bending vibration. The cause of the vibration noise is obvious. In addition, the universal joint cardan shaft kiln, axial clearance, the sliding spline shaft assembly precision, peeling ends when high-speed rotary shaft transmission and the elastic deformation of a hot spot balance affecting factors can change the imbalance of shaft assembly. Reducing the imbalance, shaft for cars, especially the high-speed car like (car) is extremely important, otherwise it will cause a lot of relevant fault or damage.The universal shaft rigidity of vehicle drivetrain is in the most widely used, and the long history. Usually say the shaft is generally refers to the universal shaft rigidity type. The axial rigidity of universal is mainly used in the transmission Angle of CAM flange, generally, the shaft needle bearing assembly, cardan joint or sliding fork, fork or spline fork, needle bearing axial fixation. Ashdod, with the gearbox commonly margin fork shaft drive or other such links. Tu margin with a fork is the flange, generally USES the fork form part of the carbon steel or medium-carbon steel forging, also have adopted the ductile iron castings and sand carbon steel or medium-carbon steel high precision castings. Tu margin with a flat binary general, also have brought a flanged end flange of trapezoid tooth. The shaft needle bearing assembly includes four needle bearing, a cross axis, a grease. Roller bearings are generally consists of several needle roller bearings, a bowl, a blade rubber seal (more than with partial skeleton). In some needle bearing, and a belt round bearings, nylon, gasket also adopts copper or other materials, mainly for the decrease of universal shaft axial clearance, improve the quality of dynamic balance. A binary form cardan parts, generally USES medium-carbon steel or carbon steel forging parts, also have adopted the precision casting medium-carbon steel. Needle bearing axial fixation thing is generally holes (or axis) with elastic ring (internal and external), or bearing the cassette, bolt locking plate, etc.Another shaft is an important part of the spline is sliding, internal and external spline (rectangular), and the involute used to convey length change.The universal shaft and sliding swinging Angle of slip is biggest spline is decorated, according to the vehicle shaft and beat the check.Transmission of low carbon steel tube generally made of steel wire coiling of big norms, the tube, also have adopted the cold drawn seamless tube. The tube diameter and wall thickness (or diameter) is based on the maximum transmission torque, highest speed conditions of work. Hollow shaft tube has smaller quality and can deliver large torque, and the same diameter than the solid shaft possesses higher critical speed characteristics.Normally, two gimbal centre distance is not more than 1.5 m. When the distance is close, generally by two universal and a sliding spline shaft, no vice. When the distance and make more than 1.5 m shaft length, often divided into two or three roots, using three or four joints, and finally a belt, the rest of the spline vice sliding bearing structure among belt.Typical middle by a supporting general cylindrical ball bearing, a housing, two seal, a rubber pad, a grease mouth. By supporting bracket among middle shaft connecting to the frame beams, transmission line and the middle axis required support among perpendicular to the plane. General layout in supporting shaft transmission system among the first-order critical speed nodes.In use process, generally need timely maintenance. In the joints, sliding bearing etc, among the spline is fat mouth place, want to periodically according to related regulations prescribed grease filling. Also have adopted in maintenance free universal shaft bearings and support in the reserve, need not regular grease filling grease.Second, the universal descriptionUniversal joint is a key component of the car transmission. In front of the rear wheel drive motor vehicle, universal shaft installed in transmission and the output shaft drive between input shaft gear reducer, And lead the front wheel drive motor vehicle omitted, universal shaft driving is responsible for installation in the front axle and be responsible for steering wheels and half shaft.Automobile is a movement of objects. The bus driver, engine, clutch and transmission as a whole, and installed in the frame by elastic suspension frame and drive connections between a distance, the need for connection. The car ru

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。