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（独家原创）基于有限元分析的汽车万向传动装置设计（全套CAD图纸完整版）

图.中间传动轴的应力云图图.中间传动轴的位移云图.本章小结本章将三维建模后的图形导入环境中，利用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。第章用软件进行优化设计汽车万向传动结构是汽车上的个重要部件，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。.优化设计概述优化设计是新兴发展起来的门科学，也是项新的技术，在工程设计的各个领域得到了广泛的应用。“最优化”是每个工程产品设计者所追求的目标。任何项工程或个产品的设计，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。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定能够向更优的方向调整，同时也不可能保证定能找到最合适的设计方案。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，就定能实现工程设计的自动化和最优化。.基于有限元的十字轴优化设计十字轴数学模型建立设计变量的选取设计变量的选取从两个方面考虑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为十字轴的直径十字轴的厚度。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满足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。对于每个设计变量，其边界约束条件如下.优化方法的选择及优化过程程序提供了两种优化方法零阶方法和阶方法。它们都是通过罚函数法，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．优化过程是系列的分析过程，即系列的前处理求解后处理优化的循环。十字轴优化结果分析通过系列的迭代，得出最优的设计结果值，以表格和图形的方式列出。表.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.体积随迭代次数的变化规律体积随变量的变化规律体积随变量的变化规律体积随变量的变化规律图.变化规律图十字轴的优化结果，查看所有序列的结果，得出次迭代，其中第次的结果为最优结果，如图.，经过分析和最初设计比较如表.，十字轴的优化结果表明，当过渡圆弧半径从增大到.，十字轴轴径从.减小到.，十字轴承宽度从减小到.时，当十字轴传递.•扭矩时，它所承受的最大主应力值从到.。与原始设计方案相比，其体积减少了.，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。.万向节叉的结构优化万向节叉的数学模型建立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满足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。对于每个设计变量。其边界约束条件如下万向节叉的优化结果分析通过系列的迭代，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.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.体积和变量随迭代次数