hgc1050萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B07-2班 </p><p>　　學(xué)生姓名： <

2、/p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： 副教授 </p><p><b>　　二○一一年六月</b></p><p>　　The Graduation Design for Bachelor's Degree</

3、p><p>　　HGC1050 Universal Shafts Structure Design</p><p>　　Heilongjiang Institute of Technology</p><p>　　2011-06·Harbin</p><p><b>　　摘 要</b></p>&l

4、t;p>　　萬(wàn)向傳動(dòng)裝置是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要組成部分，萬(wàn)向傳動(dòng)裝置位于變速箱和驅(qū)動(dòng)橋之間，一般由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支承組成。萬(wàn)向節(jié)能實(shí)現(xiàn)變角度動(dòng)力傳遞；傳動(dòng)軸把變速器的轉(zhuǎn)矩傳遞到驅(qū)動(dòng)橋上；中間支承能補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度方向的安裝誤差和車輛行駛過(guò)程中由于發(fā)動(dòng)機(jī)竄動(dòng)或車架等變形所引起的位移。萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的功用是在汽車行駛過(guò)程中，在軸間夾角及相互位置經(jīng)常發(fā)生變化的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸之間傳遞動(dòng)力。</p><p>　　本

5、文主要是對(duì)汽車的十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)車輛使用條件和車輛參數(shù)，按照傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求，主要進(jìn)行了以下工作：選擇相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)主要為：十字軸、萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸、中間支承的參數(shù)確定，并進(jìn)行了總成設(shè)計(jì)主要為：十字軸的設(shè)計(jì)，萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)以及中間支承的設(shè)計(jì)等。并通過(guò)Pro/E建模和有限元ANSYS軟件對(duì)設(shè)計(jì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)得出合理的設(shè)計(jì)方案。</p><

6、;p>　　關(guān)鍵詞：萬(wàn)向傳動(dòng)裝置；十字軸；萬(wàn)向節(jié)；傳動(dòng)軸；有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The automobile universal transmission device is in the automobile transmission system important constituent,is

7、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 tra

8、nsmission;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</p><p>　　This article mainly is carri

9、es 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

10、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 th

11、e unit design mainly is: Cross a</p><p>　　Keywords: Universal Transmission Device; Cross Axle; Universal Joint; Transmission shaft; Finite Element Analysis</p><p><b>　　目 錄</b></

12、p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p><b>　　1.1 概 述1</b></p><p>　　1.2汽車傳動(dòng)軸的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2&l

13、t;/p><p>　　1.3研究汽車萬(wàn)向傳動(dòng)軸的目的和意義3</p><p>　　1.3.1研究汽車萬(wàn)向傳動(dòng)軸的目的3</p><p>　　1.3.2研究汽車傳動(dòng)軸的意義3</p><p>　　1.4 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求4</p><p>　　1.5本課題研究的主要內(nèi)容5</p><

14、;p>　　第2章 汽車傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案分析與選擇7</p><p>　　2.1汽車傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案概述7</p><p>　　2.1.1萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)型式7</p><p>　　2.1.2傳動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承結(jié)構(gòu)型式7</p><p>　　2.1.3萬(wàn)向節(jié)類型10</p><p>　　2

15、.2傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)方案12</p><p>　　2.3本章小結(jié)13</p><p>　　第3章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1HGC1050汽車的主要技術(shù)參數(shù)14</p><p>　　3.2傳動(dòng)軸總成設(shè)計(jì)計(jì)算及校核15</p><p>　　3.2.1傳動(dòng)軸計(jì)算載荷的確定15</p>

16、;<p>　　3.2.2傳動(dòng)軸軸管的選擇及校核16</p><p>　　3.2.3中間支承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.3十字軸總成的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核24</p><p>　　3.3.1萬(wàn)向節(jié)的受力分析24</p><p>　　3.3.2十字軸萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)及校核26</p><p>　　

17、3.3.3十字軸滾針軸承的校核27</p><p>　　3.3.4萬(wàn)向節(jié)叉的設(shè)計(jì)及校核28</p><p>　　第4章 傳動(dòng)軸總成建模與裝配30</p><p>　　4.1 Pro/ENGINEER軟件簡(jiǎn)介30</p><p>　　4.2利用Pro／ENGINEER軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模31</p><p>

18、　　4.2.1十字軸的創(chuàng)建31</p><p>　　4.2.2凸緣叉的創(chuàng)建31</p><p>　　4.2.3軸承差的創(chuàng)建32</p><p>　　4.2.4傳動(dòng)軸管的創(chuàng)建32</p><p>　　4.2.5帶花鍵的傳動(dòng)軸管的創(chuàng)建33</p><p>　　第5章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的有限元靜力學(xué)分析34<

19、/p><p>　　5.1 ANSYS軟件簡(jiǎn)介34</p><p>　　5.2Pro/E與ANSYS接口的創(chuàng)建34</p><p>　　5.3利用ANSYS對(duì)望向傳動(dòng)裝置進(jìn)行有限元受力分析36</p><p>　　5.3.1十字軸有限元受力分析36</p><p>　　5.3.2凸緣叉有限元受力分析40</p

20、><p>　　5.3.3傳動(dòng)軸有限元受力分析41</p><p>　　5.4本章小結(jié)42</p><p><b>　　結(jié) 論43</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)44</b></p><p><b>　　致 謝45</b></p&

21、gt;<p>　　附錄A 外文文獻(xiàn)46</p><p>　　附錄B 外文文獻(xiàn)翻譯49</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)用于在不同軸心的兩軸間甚至在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷變化的兩軸間

22、傳遞動(dòng)力。例如，在某些重型汽車和越野汽車上，根據(jù)總布置的要求需將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開(kāi)一定距離時(shí)，考慮到在它們之間很難保證軸與軸能同心以及安裝基體即車架也可能發(fā)生變形，因此在這些總成之間就應(yīng)采用萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)。此時(shí)常采用普通十字軸萬(wàn)向節(jié)，也有采用撓性萬(wàn)向節(jié)的，其工作夾角一般不大于。前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的汽車在行駛過(guò)程中，由于懸架的不斷變形，變速器與驅(qū)動(dòng)橋的相對(duì)位置(高度和距離)也在不斷變化，因此它們之間需要用可伸縮的萬(wàn)向傳動(dòng)軸

23、聯(lián)接。這時(shí)當(dāng)聯(lián)接的距離較近時(shí)，常采用兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)和一根可伸縮的傳動(dòng)軸；當(dāng)距離較遠(yuǎn)而使傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度超過(guò)1.5時(shí)，常將傳動(dòng)軸分成兩根或三根，用三個(gè)或四個(gè)萬(wàn)向節(jié)，且后面一根傳動(dòng)軸可伸縮，中間傳動(dòng)軸應(yīng)有支承，萬(wàn)向節(jié)所聯(lián)的兩軸之間的夾角，對(duì)一般載貨汽車不應(yīng)超過(guò)，對(duì)于短軸距的4×4越野汽車，最大可達(dá)。對(duì)于又要轉(zhuǎn)向又要驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，左、右驅(qū)動(dòng)車輪需要隨汽車行駛的軌跡而改變方向，這時(shí)多采用球籠式或球叉式等速萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)，其最大夾角即車輪的最大

24、轉(zhuǎn)角可達(dá)。萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)還用于帶有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向軸傳動(dòng)</p><p>　　萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)應(yīng)適應(yīng)所聯(lián)兩軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)的不斷變化且能可靠而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力，保證所聯(lián)兩軸能等速旋轉(zhuǎn)，且由于萬(wàn)向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)及噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此外，萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)還要求傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易[8]。</p><p>　　本

25、課題使用CAD、Pro/E、ANSYS技術(shù)對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制造的一體化，具有明顯的優(yōu)越性。在縮短了設(shè)計(jì)周期的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化，提高了加工效率及加工質(zhì)量，有利于提高企業(yè)自身應(yīng)變能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，給企業(yè)帶來(lái)綜合效率。通過(guò)對(duì)HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，能夠使我熟練地掌握CAD、Pro/E、ANSYS在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，鍛煉自己分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。解放汽車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置正廣泛應(yīng)用于各種車輛上，使汽車

26、傳動(dòng)性能顯著提高，因此，對(duì)此課題的研究具有十分重要的意義。</p><p>　　1.2汽車傳動(dòng)軸的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　萬(wàn)向傳動(dòng)軸在汽車上的應(yīng)用比較廣泛。發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛時(shí)，由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常變化，因而普遍采用可伸縮的十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸；某些汽車根據(jù)總布置要求需要將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器拉開(kāi)一段距

27、離，顧及到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以常采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸或撓性萬(wàn)向傳動(dòng)軸；對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，左、右驅(qū)動(dòng)輪需要隨汽車行駛軌跡變化而改變方向，多采用等速萬(wàn)向傳動(dòng)軸。依據(jù)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，萬(wàn)向節(jié)分為剛性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)。剛性萬(wàn)向節(jié)又分為不等速萬(wàn)向節(jié)（十字軸式）、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)（雙聯(lián)式、凸塊式、三銷式、球面滾輪式）和等速萬(wàn)向節(jié)（球叉式、球籠式）。其中十字軸式萬(wàn)向節(jié)是目前在汽車上應(yīng)用最廣泛的；雙聯(lián)式萬(wàn)向節(jié)在越野車轉(zhuǎn)向

28、驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)用增多；球籠式萬(wàn)向節(jié)在轎車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋得到廣泛應(yīng)用。剛性萬(wàn)向節(jié)是靠零件的鉸接式連接傳遞動(dòng)力；撓性萬(wàn)向節(jié)是靠彈性零件傳遞動(dòng)了的，具有緩沖減振作用。單十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的不等速，使從動(dòng)軸及其相連的部件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，影響部件壽命，所以常采用雙十字軸萬(wàn)向節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)等速傳動(dòng)。等速萬(wàn)向節(jié)是從結(jié)構(gòu)上保證在其工作中</p><p>　　傳動(dòng)軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在離心力的作用下長(zhǎng)生劇烈振動(dòng)；所以，傳動(dòng)軸與萬(wàn)向節(jié)裝配后，必須滿足動(dòng)平衡要

29、求。傳動(dòng)軸過(guò)長(zhǎng)時(shí)，自振頻率較低，易產(chǎn)生共振；通常將傳動(dòng)軸分成兩段并加中間支承。蜂窩軟墊式中間支承應(yīng)用較廣泛。有的汽車也采用擺動(dòng)式中間支承。</p><p>　　有限元方法在汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用非常廣泛，主要在汽車上有以下幾種應(yīng)用：</p><p>　　（1）結(jié)構(gòu)靜力分析 這是在車輛及其發(fā)動(dòng)機(jī)的各種零部件設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題，也是應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，即分析計(jì)算結(jié)構(gòu)與時(shí)間無(wú)關(guān)的應(yīng)力分布與變形情況

30、。如齒輪輪齒、鋼板彈簧、車橋、飛輪、傳動(dòng)軸的靜力分析。</p><p>　　（2）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 一是求解結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性，如固有頻率、振型等，這對(duì)分析與解決振動(dòng)問(wèn)題是十分重要的；二是強(qiáng)迫響應(yīng)分析，即結(jié)構(gòu)在動(dòng)載的作用下的響應(yīng)，這較靜力分析更接近于車輛及其發(fā)動(dòng)機(jī)中的許多零部件的實(shí)際工作情況，但一般計(jì)算量也將增加許多倍。隨著對(duì)環(huán)境問(wèn)題的益重視，在車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中已普遍采用各種分析工具，采取各種有效措施，來(lái)

31、改善和減少車輛的振動(dòng)和噪聲。例如車輛動(dòng)力裝置的動(dòng)態(tài)性分析等。</p><p>　?。?）溫度場(chǎng)分析 分析結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的分布情況以及熱應(yīng)力和熱變形的情況，包括穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的問(wèn)題，例如可應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞、氣缸蓋等燃燒室附近的零部件。在進(jìn)行這類零部件的強(qiáng)度剛度分析計(jì)算時(shí)，不僅要考慮機(jī)械負(fù)荷而且還要同時(shí)考慮熱負(fù)荷。</p><p>　?。?）流場(chǎng)分析 是有限元方法在流體力學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。一般流場(chǎng)

32、分析是非線性問(wèn)題，較為復(fù)雜。解決流體力學(xué)中的問(wèn)題應(yīng)用較多的是有限差分法與可以認(rèn)為是介于有限差分法和有限元方法之間的有限容積法。這一類問(wèn)題的應(yīng)用實(shí)例有車輛外形對(duì)行駛阻力的影響的分析、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的分析等。</p><p>　　對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)進(jìn)行分析與優(yōu)化，可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期對(duì)其剛度和強(qiáng)度有充分的認(rèn)識(shí)，使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程就可保證使用要求，縮短設(shè)計(jì)試驗(yàn)周期，節(jié)省試驗(yàn)和生產(chǎn)費(fèi)用。它在汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中應(yīng)

33、用使得汽車在輕量化、舒適性、經(jīng)濟(jì)性與操縱穩(wěn)定性等方面得到改善及提高。</p><p>　　1.3研究汽車萬(wàn)向傳動(dòng)軸的目的和意義</p><p>　　1.3.1研究汽車萬(wàn)向傳動(dòng)軸的目的</p><p>　　中國(guó)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)汽車業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)我國(guó)汽車傳動(dòng)軸需求持續(xù)大幅增長(zhǎng)。汽車傳動(dòng)軸市場(chǎng)潛在需求與潛在機(jī)會(huì)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)

34、模具有非常大的擴(kuò)展空間，單個(gè)企業(yè)規(guī)模也會(huì)越來(lái)越大。在這樣的一個(gè)背景下，中國(guó)汽車傳動(dòng)軸發(fā)展前景一片光明。</p><p>　　萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)應(yīng)適應(yīng)所聯(lián)兩軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)的不斷變化且能可靠而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力，保證所聯(lián)兩軸能等速旋轉(zhuǎn)，且由于萬(wàn)向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)及噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此外，萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)還要求傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易。而傳動(dòng)軸及

35、萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)裝配不良將產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，因此該總成設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。本題是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)和主減速器安裝位置等條件下，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，著重設(shè)計(jì)計(jì)算萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算。在對(duì)各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后，繪制出該總成裝配圖及主要零件的零件圖。</p><p>　　1.3.2研究汽車傳動(dòng)軸的意義&l

36、t;/p><p>　　本課題使用CAD、Pro/E、ANSYS技術(shù)對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制造的一體化，具有明顯的優(yōu)越性。在縮短了設(shè)計(jì)周期的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化，提高了加工效率及加工質(zhì)量，有利于提高企業(yè)自身應(yīng)變能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，給企業(yè)帶來(lái)綜合效率。通過(guò)HGC1050萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，能夠使我熟練地掌握CAD、Pro/E、ANSYS在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，鍛煉自己分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。汽車萬(wàn)向

37、傳動(dòng)裝置正廣泛應(yīng)用于各種車輛上，使汽車傳動(dòng)性能顯著提高，因此，對(duì)此課題的研究具有十分重要的意義。</p><p>　　1.4萬(wàn)向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求</p><p>　　萬(wàn)向傳動(dòng)軸一般是由萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支撐組成。主要用于工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伸縮套能自動(dòng)調(diào)節(jié)變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間距離的變化。萬(wàn)向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸兩軸線夾角的變化，

38、并實(shí)現(xiàn)兩軸的等角速傳動(dòng)。一般萬(wàn)向節(jié)由十字軸、十字軸承、凸緣叉及軸向定位件和橡膠密封件等組成。</p><p>　　傳動(dòng)軸是一個(gè)高轉(zhuǎn)速、少支承的旋轉(zhuǎn)體，因斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。重型載貨汽車根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式的不同選擇不同型式的傳動(dòng)軸。一般來(lái)講4×2驅(qū)動(dòng)形式的汽車僅有一根主傳動(dòng)軸。6×4驅(qū)動(dòng)形式的汽車有中間傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸。6×6驅(qū)動(dòng)形式的汽車不僅有中間傳動(dòng)軸、主

39、傳動(dòng)軸和中、后橋傳動(dòng)軸，而且還有前橋驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸。在長(zhǎng)軸距車輛的中間傳動(dòng)軸一般設(shè)有傳動(dòng)軸中間支承．它是由支承架、軸承和橡膠支承組成。</p><p>　　傳動(dòng)軸是由軸管、伸縮套和萬(wàn)向此它的動(dòng)平衡是至關(guān)重要的。一般傳動(dòng)軸在出廠前都要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，并在平衡機(jī)上進(jìn)行了調(diào)整。因此，一組傳動(dòng)軸是配套出廠的，在使用中就應(yīng)特別注意。其基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示</p><p>　　圖1.1 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置

40、的工作原理及功用</p><p>　　圖1.2 變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1.保證所連接的兩根軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能可靠而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力。 </p><p>　　2.保證傳動(dòng)盡可能同步，所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。</p

41、><p>　　3.由于萬(wàn)向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 </p><p>　　4.傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易等。</p><p>　　萬(wàn)向傳動(dòng)裝置有極其廣泛的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛時(shí)，由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常變化，因而普遍

42、采用可伸縮的十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸；某些汽車根據(jù)總布置要求需將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開(kāi)一端距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以常采用十字軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸或撓性萬(wàn)向傳動(dòng)軸；對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，左、右驅(qū)動(dòng)輪需要隨汽車行駛軌跡變化而改變方向，這時(shí)多采用等速萬(wàn)向傳動(dòng)軸。如圖1.3所示</p><p>　　圖1.3 萬(wàn)向節(jié)在汽車上的各種應(yīng)用</p><p>　　1.5本課題研

43、究的主要內(nèi)容</p><p>　　依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)和主減速器安裝位置等條件下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，著重設(shè)計(jì)計(jì)算萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算。對(duì)汽車萬(wàn)向傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)特性，技術(shù)難題，制造工藝，使用壽命影響因素，失效形式，進(jìn)行深入系統(tǒng)的分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免振動(dòng)，傳動(dòng)動(dòng)軸斷裂，十字軸折斷，及滾針軸承過(guò)早損壞等問(wèn)題。運(yùn)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

44、方法完成對(duì)傳動(dòng)軸的計(jì)算校核，傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算。萬(wàn)向節(jié)叉及十字軸的計(jì)算校核。利用相關(guān)書(shū)籍資料完成對(duì)十字軸的設(shè)計(jì)及校核，傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵和萬(wàn)向節(jié)的潤(rùn)滑方案的選擇與設(shè)計(jì)。</p><p>　　第2章 汽車傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案分析與選擇</p><p>　　2.1汽車傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案概述</p><p>　　2.1.1萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)型式</p>&

45、lt;p>　　汽車后驅(qū)動(dòng)橋的萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置通常稱為汽車的萬(wàn)向傳動(dòng)軸或簡(jiǎn)稱為傳動(dòng)軸，它由萬(wàn)向節(jié)、軸管及其伸縮花鍵等組成。對(duì)于長(zhǎng)軸距汽車的分段傳動(dòng)軸，還需有中間支承。如圖2.1所示</p><p>　　2.1.2傳動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承結(jié)構(gòu)型式</p><p>　　傳動(dòng)軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄(1.5～3.0mm)、管徑較大、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲剛度大、適于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼板卷制的電焊

46、鋼管制成如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 汽車傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　(a)帶有中間支承并有兩根軸管的分段傳動(dòng)軸；(b)具有一根軸管的傳動(dòng)軸</p><p>　　1—萬(wàn)向節(jié)；2—傳動(dòng)軸管；3—平衡片；4—伸縮軸管；</p><p>　　5—防塵罩；6—十字軸；7—中間支承</p><p>　　

47、伸縮花鍵具有矩形或漸開(kāi)線齒形，用于補(bǔ)償由于汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)軸兩端萬(wàn)向節(jié)之間的長(zhǎng)度變化。當(dāng)承受轉(zhuǎn)矩的花鍵在伸縮時(shí)，產(chǎn)生軸向摩擦力為。</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式中： —傳動(dòng)軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　—花鍵齒側(cè)工作表面的中徑；</p><p><b>　　—摩擦

48、系數(shù)。</b></p><p>　　由于花鍵齒側(cè)工作表面面積較小，在大的軸向摩擦力作用下將加速伸縮花鍵的磨損，引起不平衡及振動(dòng)。應(yīng)提高鍵齒表面硬度及光潔度，進(jìn)行磷化處理、噴涂尼龍，改善潤(rùn)滑?？蓽p小摩擦阻力及磨損。也有用滾珠或滾柱的滾動(dòng)摩擦代替花鍵齒間的滑動(dòng)摩擦的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 帶有滾柱的汽車傳動(dòng)軸</p><p>　　

49、1—滾柱；2—帶有滾柱內(nèi)滾道的傳動(dòng)軸管；3—帶有滾柱外滾道的軸管</p><p>　　花鍵應(yīng)有可靠的潤(rùn)滑及防塵措施，間隙不宜過(guò)大，以免引起傳動(dòng)軸振動(dòng)。內(nèi)、外花鍵應(yīng)對(duì)中，為減小鍵齒摩擦表面間的壓力及磨損應(yīng)使鍵齒長(zhǎng)與其最大直徑之比不小于2?；ㄦI齒與鍵槽應(yīng)按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以免破壞傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。動(dòng)平衡的不平衡度由點(diǎn)焊在軸管外表面上的平衡片補(bǔ)償。裝車時(shí)傳動(dòng)軸的仲縮花鍵一端不應(yīng)靠近后驅(qū)動(dòng)橋，而應(yīng)靠近變速器或中間支承，以

50、減小其軸向摩擦力及磨損。中間支承用于長(zhǎng)軸距汽車的分段傳動(dòng)軸，以提高傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，避免共振，減小噪聲。它安裝在車架橫梁或車身底架上，應(yīng)能補(bǔ)償傳動(dòng)軸的安裝誤差及適應(yīng)行駛中由于彈性懸置的發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車架變形引起的位移，而其軸承應(yīng)不受或少受由此產(chǎn)生的附加載荷。以前中間支承多采用自位軸承，目前則廣泛采用坐于橡膠彈性元件上的單列球軸承如圖2.1，圖2.3。橡膠彈性元件能吸收傳動(dòng)軸的振動(dòng)，降低噪聲，承受徑向力，但不能承受軸向力。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇

51、支承剛度，避免在傳動(dòng)軸常用轉(zhuǎn)速內(nèi)產(chǎn)生共振。擺臂式中間支承的擺臂用于適應(yīng)中間傳動(dòng)軸軸線在縱向平面內(nèi)的位置變化如圖2.4。6×6越野汽車傳動(dòng)軸的中間支承常安裝在中驅(qū)動(dòng)橋殼上,多采用兩個(gè)圓錐滾子軸承，軸承座應(yīng)牢固地固定在中橋殼上如圖2.</p><p>　　圖2.3 汽車傳動(dòng)軸的中間支承</p><p>　　(a)傳動(dòng)軸及其中間支承；(b)-(e)中間支承方案</p>&

52、lt;p>　　1一撓性萬(wàn)向節(jié)；2、4一前、后傳動(dòng)軸；3一彈性中間支承；5一平衡片；6一橡膠套；7一橫梁</p><p>　　圖2.4 擺臂式中間支承</p><p>　　圈2.5 越野汽車傳動(dòng)軸的中間支承</p><p>　　2.1.3萬(wàn)向節(jié)類型</p><p>　　汽車用萬(wàn)向節(jié)分為剛性的、撓性的、等速的和不等速的幾種。汽車除轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋

53、及帶有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋的分段式半軸多采用等建萬(wàn)向節(jié)外，一般驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸均采用一對(duì)十字軸萬(wàn)向節(jié)。</p><p>　　1、普通十字軸萬(wàn)向節(jié)</p><p>　　普通十字軸萬(wàn)向節(jié)如圖2.6所示，由兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉及聯(lián)接它們的十字軸、滾針軸承及訥封等組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高。十字軸萬(wàn)向節(jié)的損壞形式主要是十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，以及十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面的壓痕和剝落。通常認(rèn)為當(dāng)磨損或壓

54、痕超過(guò)0.25時(shí)，十字軸萬(wàn)向節(jié)就應(yīng)報(bào)廢。為了提高其使用壽命。出現(xiàn)了各種有效的組合式潤(rùn)滑密封裝置，以潤(rùn)滑和保護(hù)十字軸軸頸與滾針軸承如圖2.7。 轎車和輕型客、貨車常于裝配時(shí)封入潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以減少車輛的潤(rùn)滑點(diǎn)，這時(shí)應(yīng)采用密封效果較好的雙刃口或多刃口橡膠油封。當(dāng)需定期加注潤(rùn)滑脂時(shí)，應(yīng)如圖2.7所示將油封反裝以利在加注潤(rùn)滑脂時(shí)能將陳油和磨損產(chǎn)物排出。軸蕊中的滾針直徑的差值應(yīng)控制在0.003以內(nèi)，否則會(huì)加重載荷在滾針間的分配不均勻性。滾針軸承的徑向

55、間隙過(guò)大會(huì)使受載的滾針數(shù)減少及引起滾針歪斜，間隙過(guò)小則可能受熱卡住，合適的間隙為0.009～0.095。滾針的用向總間隙取0.08～0.30為宜。重型汽車有時(shí)采用較粗的滾針并分成兩段以提高其壽命，也有以滾柱代替滾針的結(jié)構(gòu)。為防止十字軸軸向竄動(dòng)及避免摩擦發(fā)熱，有的在十字軸軸端和軸承碗之間加裝端面滾針軸承。</p><p>　　圖2.6 普通十字軸萬(wàn)向節(jié)</p><p>　　圖3.5 十字軸及

56、萬(wàn)向節(jié)叉的計(jì)算用圖</p><p>　　(a) 十字軸；(b) 萬(wàn)向節(jié)叉</p><p>　　十字軸的彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于；剪切應(yīng)力應(yīng)不大于，由鋼或20CrMnTi，等低碳合金鋼制造，經(jīng)滲碳淬火處理，表面硬度。</p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入（3.22）、（3.23）得：</p><p>　　因此，十字軸的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。</p>

57、;<p>　　3.3.3十字軸滾針軸承的校核</p><p>　　十字軸滾針軸承中的滾針直徑通常不小于1.6，以免壓碎，而且尺寸差別要小，否則會(huì)加重載荷在滾針間分配的不均勻性，公差帶控制在0.003以內(nèi)。滾針軸承徑向間隙過(guò)大時(shí)，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；間隙過(guò)小又有可能出現(xiàn)受熱卡住或因贓物阻塞卡住。合適的間隙為，滾針軸承的周向總間隙以為好。滾針的長(zhǎng)度一般不超過(guò)軸頸的長(zhǎng)度，這可使其

58、既具有較高的承載能力，又不致因滾針過(guò)長(zhǎng)發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中。滾針在軸向的游隙通常不應(yīng)超過(guò)。</p><p>　　十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力為</p><p><b>　　（3.24）</b></p><p>　　為合力作用下一個(gè)滾針?biāo)艿降淖畲筝d荷，有下式確定</p><p>　　=5440.15N

59、 （3.25）</p><p>　　式中： —滾針直徑，；</p><p>　　—滾針的工作長(zhǎng)度，；</p><p><b>　　—十字軸軸頸直徑。</b></p><p><b>　　因此</b></p><p>　　滾針軸承的許用載荷檢驗(yàn)按下式

60、進(jìn)行：</p><p><b>　?。?.26）</b></p><p>　　式中：——滾針數(shù)，；</p><p>　　——滾針的直徑和工作長(zhǎng)度，；</p><p>　　——發(fā)動(dòng)機(jī)在最大轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速，；</p><p>　　——自發(fā)動(dòng)機(jī)至萬(wàn)向節(jié)間的變速機(jī)構(gòu)的低檔傳動(dòng)比，；</p>&

61、lt;p>　　——萬(wàn)向節(jié)工作夾角，。</p><p>　　因此十字軸滾針軸承滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.3.4萬(wàn)向節(jié)叉的設(shè)計(jì)及校核</p><p>　　萬(wàn)向節(jié)叉在力作用下承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，在截面B-B處，見(jiàn)圖3.5(b)的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為</p><p><b>　?。?.27）</b><

62、;/p><p><b>　　（3.28）</b></p><p>　　式中：——抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù)，對(duì)于矩形截面：；對(duì)于橢圓形截面：；</p><p>　　——矩形截面的高及寬或橢圓形截面的長(zhǎng)、短軸；</p><p>　　——與有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)表3.3。</p><p><b>　　表

63、3.3 的關(guān)系</b></p><p>　　——見(jiàn)圖3.5(b)。</p><p>　　萬(wàn)向節(jié)叉由中碳鋼35，40，45或中碳合金鋼制造，其彎曲應(yīng)力不應(yīng)大于50～80，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不應(yīng)大于80～160。合應(yīng)力為</p><p><b>　?。?.29）</b></p><p><b>　　取</b

64、></p><p><b>　　根據(jù)截面關(guān)系知；</b></p><p><b>　?。?.30）</b></p><p><b>　　（3.31）</b></p><p>　　由式（3.27）、（3.28）、（3.30）、（3.31）得：</p><

65、p>　　因此，通過(guò)各方面的計(jì)算與校核承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷滿足設(shè)計(jì)要就，所以本設(shè)計(jì)的萬(wàn)向節(jié)叉的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　第4章 傳動(dòng)軸總成建模與裝配</p><p>　　4.1 Pro/ENGINEER軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　Pro/ENGINEER是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC）1988年首家推出的使用參數(shù)化的特征造型技術(shù)的大型CAD/CAE/

66、CAM集成軟件。近年來(lái)在我國(guó)大型工廠、科研單位和部分大學(xué)得到了較為普遍的應(yīng)用，深受廣大從事三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究人員的喜愛(ài)。</p><p>　　是一個(gè)全方位的三維產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，集成了零件、產(chǎn)品裝配、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工。鈑金設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、電路布線、裝配管路設(shè)計(jì)等功能模塊和專有模塊于一體，可以實(shí)現(xiàn)DFM (面向制造設(shè)計(jì))、DFA（面向裝配設(shè)計(jì)）、ID（逆向設(shè)計(jì)）、C

67、E（并行工程）等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法的特性。</p><p>　　Pro/ENGINEER參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性：</p><p>　　3D（三維）實(shí)體模型：三維實(shí)體建?？梢詫⒂脩舻脑O(shè)計(jì)思想以最真實(shí)的三維模型在Pro/ ENGINEER中用戶可以方便地對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等操作，可以從各個(gè)不同的角度觀察模型。另外，借助于Pro/ ENGINEER的系統(tǒng)參數(shù)，用戶還可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品體積、重心

68、、重量、模型大小，極大的方便了設(shè)計(jì)人員。</p><p>　　單一數(shù)據(jù)庫(kù)：Pro/ENGINEER是建立在單一數(shù)據(jù)庫(kù)上的。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部倆字一個(gè)庫(kù)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生變動(dòng)，都會(huì)反應(yīng)在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上，這樣確保報(bào)數(shù)據(jù)的正確性、避免反復(fù)修改。這種特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)制造的結(jié)合，使得整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造嚴(yán)謹(jǐn)、有序，大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，優(yōu)化了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。能更快的對(duì)

69、市場(chǎng)需求做出反應(yīng)。</p><p>　　基于特征：Pro/ENGINEER是一個(gè)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征的實(shí)體模型系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)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?yàn)橐惶卣髂貍€(gè)需哦為設(shè)計(jì)單元，用戶可以隨時(shí)對(duì)這些特征作出合理的修改和調(diào)整。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)人員提供了前所未有的簡(jiǎn)易和靈活。</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)：在Pro/ENGINEER中，配合單一數(shù)據(jù)庫(kù)，所

70、有在設(shè)計(jì)過(guò)程中所使用的尺寸都保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，修改模型和工程圖不再繁瑣。設(shè)計(jì)人員只需要更改三維零件的尺寸，則二維工程圖、三維裝配圖、模具等就會(huì)依照零件修改過(guò)的尺寸作出相應(yīng)變化，避免了人為修改出現(xiàn)的疏漏情況。參數(shù)化設(shè)計(jì)還使得設(shè)計(jì)人員可以利用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，建立各尺寸的關(guān)系式，使得零件的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)捷。</p><p>　　4.2利用Pro／ENGINEER軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模</p><p>

71、;　　4.2.1十字軸的實(shí)體建模</p><p>　　一般零件可以使用拉伸或旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建，本設(shè)計(jì)使用拉伸創(chuàng)建。</p><p><b>　　第一步：草繪模型</b></p><p>　　新建>零件>輸入文件名>取消缺省>選擇>進(jìn)入零件模式。</p><p>　　拉伸>放置>進(jìn)入草繪&

72、gt;草繪二維模型，確定所繪圖形準(zhǔn)確無(wú)誤后，點(diǎn)擊確定。</p><p>　　第二步：輸入拉伸尺寸、拉伸特征，確定無(wú)誤后確定拉伸。</p><p>　　第三步：用各種命令實(shí)現(xiàn)十字軸軸徑的創(chuàng)建。</p><p>　　圖4.1 十字軸三維效果圖</p><p>　　4.2.2凸緣叉的創(chuàng)建</p><p>　　三維圖如圖4.2

73、所示</p><p>　　圖4.2 凸緣叉三維效果圖</p><p>　　4.2.3 軸承叉的創(chuàng)建</p><p>　　三維圖如圖4.3所示</p><p>　　圖4.3 軸承叉三維效果圖</p><p>　　4.2.4 傳動(dòng)軸管的創(chuàng)建</p><p>　　三維圖如圖4.4所示</p>

74、;<p>　　圖4.4 傳動(dòng)軸管與軸承差的三維效果圖</p><p>　　4.2.5 帶花鍵的傳動(dòng)軸管的創(chuàng)建</p><p>　　三維圖如圖4.5所示</p><p>　　圖4.5 帶花鍵的傳動(dòng)軸管三維效果圖</p><p>　　第5章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的有限元靜力學(xué)分析</p><p>　　5.1 ANS

75、YS軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　ANSYS是一種應(yīng)用廣泛的通用有限元工程分析軟件。開(kāi)發(fā)初期時(shí)為了應(yīng)用與電力工業(yè)，現(xiàn)在其功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、電子、汽車、土木工程等各個(gè)領(lǐng)域，能夠滿足各行業(yè)有限元分析的需要。ANSYS有限元分析軟件包括三個(gè)模塊：前處理模塊、分析計(jì)算模塊、和后處理模塊。功能完備預(yù)處理器和后處理器（又稱與處理模塊和后處理模塊）使ANSYS具有多種多樣的分析能力，包括簡(jiǎn)單的線性靜態(tài)分析到復(fù)雜的非線性動(dòng)

76、態(tài)分析。可用來(lái)求結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問(wèn)題的解答。它還包括優(yōu)化、估計(jì)分析等模塊將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問(wèn)題必不可少的工具[15]。</p><p>　　5.2 Pro/E與ANSYS接口的創(chuàng)建</p><p>　　利用ANSYS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，通常需要將Pro/E建立的三維模型，導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行分析。所以需要將Pro/E三維實(shí)

77、體模型通過(guò)專用的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入到ANSYS中， Pro/E與ANSYS之間的接口技術(shù)常用的有以下兩種：</p><p>　?。?）Pro/E與ANSYS集成接口：ANSYS在默認(rèn)的情況下是不能直接對(duì)Pro /E中的prt(或asm)文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的,必須通過(guò)以下對(duì)ANSYS設(shè)置連接過(guò)程進(jìn)行激活模塊:鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開(kāi)始→程序→ANSYS8.0→Utilities→ANS_ADM IN”,出現(xiàn)如下圖5.1的對(duì)話框

78、,選擇configuration options→OK,接下來(lái)的對(duì)話框順序選取。Configuration Connection for Pro/E→OK，ANSYSMultiphysics & WIN 32→OK。</p><p>　　圖5.1 設(shè)置ANSYS連接過(guò)程</p><p>　　完成后ANSYS提示已在自己的安裝目錄中成功生成config.anscon文件,如下圖5.

79、2所示,記完下config.anscon的路徑。在接下來(lái)出現(xiàn)的對(duì)話框中“Pro/Engireer Installation path”選項(xiàng)后輸入Pro/E的起始安裝路徑如“C: \ Program Files \ proeWildfire3.0 ”:“Language used with Pro /Enginee提示在Pro /E目錄下建立了一個(gè)protk.dat文件。</p><p>　　圖5.2 Pro/E

80、的起始安裝路徑</p><p>　　點(diǎn)擊確定完成配置,運(yùn)行Pro /E,工具菜單后面出現(xiàn)了ANSYS8.0,說(shuō)明連接成功了。運(yùn)行Pro/E打開(kāi)某零件三維模型圖，點(diǎn)擊ANSYS8.0下的ANSYSGeom按鈕(如下圖5.3所示)，則模型自動(dòng)導(dǎo)入到ANSYS中，此時(shí)ANSYS8.0軟件自動(dòng)打開(kāi)，點(diǎn)擊Plot下的Volume，則模型導(dǎo)入成功。</p><p>　　圖5.3 導(dǎo)入界面</p

81、><p>　?。?）通過(guò)IGES( *.igs)格式文件導(dǎo)入：首先, 在Pro/E 環(huán)境下建立好零件模型或者完成零部件的裝配, 然后, 選擇主菜單【文件】下的【保存副本】子菜單, 彈出保存副本對(duì)話框后, 文件類型選擇IGES( *.igs) ,在【新名稱】框內(nèi)為模型輸入新名稱,點(diǎn)擊【確定】按鈕會(huì)彈出輸出IGES對(duì)話框, 在輸出IGES 對(duì)話框中可以設(shè)置輸出圖元的類型、參考坐標(biāo)系以及IGES 文件結(jié)構(gòu)。輸出的圖元類型有

82、: 線框邊、曲面、實(shí)體、殼、基準(zhǔn)曲線和點(diǎn), 缺省輸出圖元是曲面, 缺省是輸出所有面組, 點(diǎn)擊【面組...】選擇特定面組輸出。可以選擇多種圖元類型進(jìn)行輸出, 但是不能同時(shí)輸出曲面和實(shí)體或者曲面和殼。單擊【定制層...】按鈕設(shè)置各層的輸出特性。文件結(jié)構(gòu)類型有: 平整、一級(jí)、所有級(jí)別、所有零件, 默認(rèn)輸出為平整。平整: 將組件的所有幾何輸出到一個(gè)IGES 文件。導(dǎo)入到另一個(gè)系統(tǒng)時(shí), 該組件就擔(dān)當(dāng)一個(gè)零件的角色。應(yīng)將每一個(gè)零件分別放到一個(gè)層上,

83、 以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。一級(jí): 輸出一個(gè)組件的IGES 文件, 該文件只包含頂級(jí)幾何( 如組件特征) 。所有級(jí)別: 輸出一個(gè)組件的IGES 文件。用</p><p>　　5.3 利用ANSYS對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行有限元受力分析</p><p>　　由前面的分析可知，十字軸、萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸是萬(wàn)向傳動(dòng)裝置中重要的結(jié)構(gòu)件，受力條件較惡劣。所以利用有限元進(jìn)行分析時(shí)，主要分析十字軸、萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)

84、軸即可。</p><p>　　5.3.1 十字軸有限元受力分析</p><p>　　十字軸式萬(wàn)向節(jié)的主動(dòng)軸及被動(dòng)軸均向十字軸施加兩對(duì)力，它們構(gòu)成兩對(duì)大小相等、方向相反的力偶。這兩對(duì)力偶矢量處于主動(dòng)軸與被動(dòng)軸所決定的平面內(nèi)，如不計(jì)兩軸傾角(很小，可忽略)，則構(gòu)成兩力偶的力均處于十字軸軸線平面內(nèi)。十字軸受力情況如圖5.4。</p><p>　　圖5.4 十字軸受力圖&

85、lt;/p><p>　　通過(guò)PRO/E與ANSYS建立的通道導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行分析如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 PRO/E導(dǎo)入ANSYS通道</p><p>　　1、定義屬性 單元屬性主要包括：?jiǎn)卧愋?、?shí)常數(shù)、材料常數(shù)。典型的實(shí)常數(shù)包括：厚度、橫截面面積、高度、梁的慣性矩等。材料屬性包括：彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。這次定義屬性只用到其中

86、的幾項(xiàng)。</p><p>　?。?）Preferences/Structural；</p><p>　　（2）Preprocessor/Element Type/ADD Edit Delete/Library of Element Types 第一對(duì)話框選擇Structural Solid，第二對(duì)話框選擇Tet 10node 92；</p><p>　　（3）Pre

87、processor/MaterialProps/MaterialModels/Structural/Linear/E</p><p>　　lastic/Isotropic/輸入EX(彈性模量)值，輸入PRXY(泊松比)值。</p><p>　　十字軸的材料選用，材料的屬性如表5.1所示。</p><p>　　表5.1 的材料屬性</p><p&g

88、t;　　2、網(wǎng)格劃分 ANSYS為用戶提供了兩種常用的網(wǎng)格劃分類型：自由和映射。自由劃分，體現(xiàn)在沒(méi)有特定的準(zhǔn)則，對(duì)單元形狀無(wú)限制，生成的單元不規(guī)則，基本適用于所有的模型。自由網(wǎng)格生成的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)位置比較隨意，用戶無(wú)法控制。映射網(wǎng)格劃分要求面或體形狀滿足一定規(guī)則，它生成的單元形狀比較規(guī)則，適用于形狀規(guī)則的面和體。這次主要采用自由網(wǎng)格劃分，軸模型自由劃分可采用以下兩種途徑，大家可以觀察劃分的網(wǎng)格有何區(qū)別。</p><p&g

89、t;　　途徑一：劃分網(wǎng)格：Meshing/MeshTool選中Smart Size復(fù)選框（精度從1到10，1為最高，網(wǎng)格最細(xì)，但劃分耗時(shí)長(zhǎng)，一般設(shè)為5），單擊Mesh/Pick All；</p><p>　　途徑二：劃分網(wǎng)格：Meshing/Size Cntrls/ManualSize/Global/Size，密</p><p><b>　　度為20。</b><

90、/p><p>　　此次分析采用途徑一對(duì)十字軸進(jìn)行劃分，為了提高劃分速度，精度取8，劃分后效果如下圖5.6所示。 </p><p>　　圖5.6 網(wǎng)格劃分結(jié)果</p><p>　　3、約束、加載求解 ANSYS中載荷(Loads)包括邊界條件和模型內(nèi)部或外部的作用力。在結(jié)構(gòu)分析中，載荷主要有：位移、力、壓力、彎矩、溫度和重力。載荷主要分為六大類：DOF約束(自由度約

91、束)、力(集中載荷)、表面載荷、體載荷、慣性力及耦合場(chǎng)載荷。DOF約束(DOF constraint)：用戶指定某個(gè)自由度為已知值，在結(jié)構(gòu)分析中約束是位移和對(duì)稱邊界條件。力(集中載荷)(Fome)：施加于模型節(jié)點(diǎn)的集中載荷，如結(jié)構(gòu)分析中的力和力矩。表面載荷(SurfaceLoad)：作用在某個(gè)表面上的分布載荷，如結(jié)構(gòu)分析中的壓力。體載荷(Body loads)：作用在體積或場(chǎng)域內(nèi)，如結(jié)構(gòu)分析中的溫度和重力。慣性載荷(Inertia lo

92、ads)：結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載荷，如重力加速度、角速度和角加速度，主要在結(jié)構(gòu)分析中使用。耦合場(chǎng)載荷(Coupled-field loads)：它是一種特殊的情況，從一種分析中得到的結(jié)果用作另一種分析的載荷，如熱分析中得到的節(jié)點(diǎn)溫度可作為結(jié)構(gòu)分析中的體載荷施加到每一個(gè)節(jié)點(diǎn) 。 對(duì)剪刀式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)我們進(jìn)行面力分析，即加的為表面載荷。加載步驟如下:</p><p>　?。?）Solution/Analysi

93、s Type/New Analysis/Static；</p><p>　?。?）Solution/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On Areas；</p><p>　　選擇軸的兩個(gè)端面進(jìn)行約束，這里有ALL DOF(全約束)、UX（X方向位移）、UY（Y方向位移）、UZ（Z方向位移）、ROTX（X方向旋轉(zhuǎn)）、ROTY（Y方向旋轉(zhuǎn)）、

94、ROTZ（Z方向旋轉(zhuǎn)），根據(jù)實(shí)際分析，應(yīng)用ALL DOF(全約束)；</p><p>　　（1） Solution/Define Loads/Apply/Structural/Pressure/On areas加載壓強(qiáng)的大?。ㄗ⒁夥较颍?，受力F最大時(shí)產(chǎn)生的壓強(qiáng)值：</p><p>　　（2） 約束和受載如圖5.7所示。</p><p>　　圖5.7 約束及加載&l

95、t;/p><p>　?。?）求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。</p><p><b>　　4、查看結(jié)果及分析</b></p><p>　?。?）查看變形結(jié)果： General PostProc/Plot Results/Deformed Shape/Ok;(變形結(jié)果可動(dòng)畫(huà)演示：PlotCtrls/Animate/ Deform

96、ed Shape/Ok,可直觀觀察軸的變形情況)General PostProc/Plot Results/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/DOF Solution;總變形如面分析下圖。</p><p>　　圖5.8 總變形情況</p><p>　　變形量分析：從圖中可以看出總方向最大變形為0.112853mm，可見(jiàn)十字軸的變形量很小，充分滿足剛

97、度要求。</p><p>　　（2）查看應(yīng)力結(jié)果：General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/SX,SEQV（綜合應(yīng)力）；</p><p>　　圖5.9 綜合應(yīng)力情況 </p><p>　　應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。綜合應(yīng)力最大值為74M

98、Pa。</p><p>　　的抗拉強(qiáng)度為，無(wú)論是單個(gè)方向的最大應(yīng)力，還是綜合應(yīng)力值均充分滿足強(qiáng)度要求。通過(guò)有限元分析可知，所設(shè)計(jì)的十字軸軸及選用的材料均符合要求。</p><p>　　5.3.2 凸緣叉有限元受力分析</p><p>　　法蘭盤各螺栓點(diǎn)均向凸緣叉施加力，它們構(gòu)成一對(duì)大小相等、方向相反的力偶。力偶的力均處于凸緣叉軸線平面內(nèi)。</p>&l

99、t;p>　　加載壓強(qiáng)的大小（注意方向），受力F最大時(shí)產(chǎn)生的壓強(qiáng)值：</p><p>　　求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。</p><p>　　查看變形結(jié)果： General PostProc/Plot Results/Deformed Shape/Ok;(變形結(jié)果可動(dòng)畫(huà)演示：PlotCtrls/Animate/ Deformed Shape/Ok,可直觀觀察萬(wàn)向

100、節(jié)的變形情況)General PostProc/Plot Results/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/DOF Solution; 總變形如面分析下圖。</p><p>　　圖5.10 總變形情況</p><p>　　變形量分析：從圖中可以看出總方向最大變形為0.027078，可見(jiàn)凸緣叉的變形量很小，充分滿足剛度要求。</p>&

101、lt;p>　　查看應(yīng)力結(jié)果：General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/SX，SEQV（綜合應(yīng)力）；</p><p>　　圖5.11 綜合應(yīng)力情況 </p><p>　　應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。綜合應(yīng)力最大值為28MPa。</p><

102、p>　　的抗拉強(qiáng)度為800，無(wú)論是單個(gè)方向的最大應(yīng)力，還是綜合應(yīng)力值均充分滿足強(qiáng)度要求。通過(guò)有限元分析可知，所設(shè)計(jì)的凸緣叉及選用的材料均符合要求。</p><p>　　5.3.3 傳動(dòng)軸有限元受力分析</p><p>　　以花鍵軸一軸為例，進(jìn)行有限元受力分析；軸承叉處受到一轉(zhuǎn)矩，作用于軸承叉內(nèi)側(cè)面上。</p><p>　　加載壓強(qiáng)的大?。ㄗ⒁夥较颍芰最大

103、時(shí)產(chǎn)生的壓強(qiáng)值：</p><p>　　求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。</p><p>　　查看應(yīng)力結(jié)果：General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/SEQV（綜合應(yīng)力）；如圖5.12所示</p><p>　　圖5.12 綜合應(yīng)力情況</p><

104、p>　　應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。綜合應(yīng)力最大值為70MPa。的抗拉強(qiáng)度為，綜合應(yīng)力值充分滿足強(qiáng)度要求。說(shuō)明設(shè)計(jì)和材料的選擇均合適。</p><p><b>　　5.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章將Pro/E三維建模后的圖形導(dǎo)入ANSYS環(huán)境中，利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置中主要受力部件十字軸、

105、萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行靜態(tài)分析，根據(jù)有限元的分析結(jié)果圖，我們能夠很清晰的看到軸及臂的變形和應(yīng)力狀況，驗(yàn)證設(shè)計(jì)內(nèi)容是否合理。軟件ANSYS有限元分析與研究，為汽車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高汽車萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的

106、十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，闡述了十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的原理、組成、及其特性。通過(guò)詳細(xì)的推導(dǎo)過(guò)程積累了大量的數(shù)據(jù)，并成功的繪制出了十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的成品圖。</p><p>　　主要敘述了萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，和它的工作原理，在此過(guò)程中，經(jīng)過(guò)對(duì)比結(jié)合，初步確定了合適的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)形式，選取了十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，并且?guī)в兄虚g支承，為后面的計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。</p><p>　　通過(guò)多

107、方面查找資料以及機(jī)械設(shè)計(jì)、工程力學(xué)、汽車構(gòu)造、Pro/E實(shí)體建模、ANSYS有限元法分析等學(xué)科的知識(shí)，并按汽車萬(wàn)向傳裝置的設(shè)計(jì)要求，先后完成了以下工作：</p><p>　?。?）確定萬(wàn)向傳裝置的結(jié)構(gòu)尺寸及結(jié)構(gòu)形式；</p><p>　　（2）計(jì)算確定萬(wàn)向傳動(dòng)裝置各零部件的尺寸并進(jìn)行校核；結(jié)果表明其強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；</p><p>　　（3）用Pro/E軟件對(duì)萬(wàn)向

108、傳動(dòng)裝置的各部件進(jìn)行三維建模；</p><p>　　（4）用有限元ANSYS8.0軟件對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置主要承重零部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，結(jié)果表明其強(qiáng)度滿足要求；</p><p>　?。?）用Pro/E軟件對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的各部件完成整機(jī)裝配。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，對(duì)汽車的零部件設(shè)計(jì)過(guò)程有了大體上的了解。在將各零部件從Pro/E軟件導(dǎo)入ANSYS8.0進(jìn)行靜力學(xué)

109、分析時(shí)，遇到了不少困難。主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)格劃分難以實(shí)現(xiàn)。后在保持基本結(jié)構(gòu)不變的情況下重新建模，解決了問(wèn)題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[01] 盧曦,周萍,孫躍東.汽車等速萬(wàn)向節(jié)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2007,6 .</p><p>　　[02] 吳修義.汽車萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸的選擇和應(yīng)用.

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