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1、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。

2、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传动轴内径与外径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.传动轴管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.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.体积随迭代次数的变化规律体积随变量的变化规律传动轴管的优化结果，查看所有序列的结果，得出次迭代，其中第次的结果为。

3、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，采用的参数化设计语言，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计算确定万向传动装置。

4、将生成的零件通过相互之间的定位关系装配在起，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。装配操控面板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个对话框，通过装配操控板如图.，用户可以更简单地进行零件间的装配。图.装配操控面板装配约束对零件进行约束，从空间角度来说，即是在三个方向限制零件，约束零件的个自由度。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.所示。图.装配约束。

5、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。

6、优结果，如图.，经过分析和最初设计比较如表.，传动轴的优化结果表明，当传动轴传递.•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。应力随迭代次数的变化规律图.变化规律图.万向传动装置优化后尺寸的确定经过软件优化后，得到各零件的优化尺如表.所示。表.优化各零件主要尺寸单位零件十字轴万向节叉传动轴管主要尺寸优化最优尺寸推荐最优尺寸.进行整机装配与校核利用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。实体建模后的整体装配图装配概述装配是零件形成组件的过程，其实是个通过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，在约束不足或是约束过度时，同样能进行零件装配。在的装配模块中，可以。

7、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。

8、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，。

9、应力最大。而节点的应力值最大为.，小于许用应力，其中加约束的轴面的应力也比其他部位的要明显，由图.可看出轴端的位移最大，表.中列出了个节点的位移值，节点的位移最大.，载荷加在轴管上形成了轴管端的位移比较大，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.网格划分结果表.节点的应力单位表.节点的位移单位图.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。

10、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。

11、装配图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.和图.所示。图.十字轴总成装配后效果图图.中间支承总成装配后效果图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.所示。图.十字轴总成装配后效果图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.所示。图.全局干涉操作窗口干涉检查结果如图.所示。图.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。.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软件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。

12、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的变化规律体积和变量的变化规律体积和变量的变化规律体积和变量的变化规律图.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。.传动轴管的优化传动轴管的数学模型的建立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。

参考资料：

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