【毕业论文】基于有限元分析的汽车万向传动装置毕业设计说明书

紧接着在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，黑龙江工程学院本科生毕业设计具有缓冲减震作用。

现在汽车万向传动装置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。

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。

在年后，传动轴的产量达到数以万计。

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，亿二千万套等速万向节传动轴，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。

年中国汽车传动轴的需求已经突破万根，产值达到亿。

年汽车销量达到万两，而作为汽车零部件的汽车传动轴需求量也接近万套，产值达到亿元。

倒年我国汽车传动轴总销售额达到亿之多，因次国内也出现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。

对于创立自主知识产权的汽车厂家来说，造出流汽车仍有很长的路要走。

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。

设计的主要内容本设计选择万向传动轴的优化，设计基本要求如下保证所连接的两轴的夹角及相对位置在定范围内变化时，能可靠而稳定的传递动力保证所连接的两轴尽可能等速运转黑龙江工程学院本科生毕业设计使用有限元分析软件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在分析的基础上完成设计图纸。

设计的基本技术路线设计的技术路线如图所示。

图设计技术路线图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完成零部件装配完成设计图纸完成毕业设计说明书黑龙江工程学院本科生毕业设计第章万向传动装置结构方案确定设计已知参数本设计的已知参数如表所示表设计基本参数发动机转矩••变速器挡传动比整车总质量驱动桥满载载荷主减速器传动比轮胎规格万向传动装置最左与最右两万向节中心之间的距离万向传动的运动和受力分析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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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，黑龙江工程学院本科生毕业设计此即为普通十字轴万向节传动的不等性。

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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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定时，在其最大值与最小值之间每转变化两次。

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和子组件。

该选项支持所有层次。

所有零件将个组件作为多个文件输出到，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。

导入文件的方法有两种种是通过软件的用户界面操作导入种是通过输入命令导入。

通过用户界面操作导入的步骤是选择主菜单下的子菜单的次级子菜单，弹出导入属性设置对话框，在导入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，输入文件路径后，点击按钮完成文件导入。

基于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所示图导入后十字轴的有限元模型图导入后万向轴叉的有限元模型黑龙江工程学院本科生毕业设计图导入后花键轴叉的有限元模型图导入后花键套筒轴的有限元模型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表几种材料属性弹性模量泊松比抗拉强度密度号中碳钢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。

图十字轴受力图参数的定义单元属性主要包括单元类型实常数材料常数。

黑龙江工程学院本科生毕业设计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，材料的属性如表所示。

导入了零件的实体模型后，紧接着定义该模型各项属性。

依次展开命令，出现如图所示的的对话框。

图单元类型对话框单击按钮，弹出对话框选择好自己要定义的元素类型，单击按钮即可，如图所示。

图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命令，弹出对话框，如图所示。

在右侧列表框中依次选择命令。

双击将弹出所示的对话框。

在文本框中输入弹性模量，在文本框中输入泊松比。

黑龙江工程学院本科生毕业设计图定义材料参数对话框图设置弹性模量和泊松比网格划分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，进行结构离散，即网格划分。

该单元在有限元法中具有个节点，每个节点有位移方向的个自由度，共生成个节点，网格后模型如图。

图网格化的模型黑龙江工程学院本科生毕业设计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。

加载步骤如下选择轴的两个端面进行约束，这里有全约束方向位移方向位移方向位移方向旋转方向旋转方向旋转，根据实际分析，应用全约束加载压强的大小注意方向，受力最大时产生的压强值求解。

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。

在般后处理器中，可以看到加载后应力等值线图，由图可看出十字轴交叉处的应力最大，以致产生变形，取应力比较大的个节点，列出应力表，见表，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致的。

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，由图可看出轴颈顶部的位移最大，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。

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。

加载压强的大小注意方向，受力最大时产生的压强值网格选用实体单元，单元有个节点组成，划分个节点，网格后的模型如图。

黑龙江工程学院本科生毕业设计图十字轴的应力云图图十字轴的位移云图黑龙江工程学院本科生毕业设计表节点的应力单位表节点的位移单位在般后处理器中，可以看到加载后应力等值线图，由图可看出十字轴交叉处的应力最大，以致产生变形，取应力比较大的个节点，列出应力表，见表。

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致的。

而节点的应力值最大为，小于许用应力，其中加约束的端面的应力也比其他部位的明显要小，由图可看出节叉顶部的位移最大，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。

黑龙江工程学院本科生毕业设计图万向节受力图图网格划分结果表节点的应力单位黑龙江工程学院本科生毕业设计图万向节叉的应力云图图万向节叉的位移云图黑龙江工程学院本科生毕业设计表节点的位移单位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端受到转矩，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。

图中间传动轴受力图加载压强的大小注意方向，受力最大时产生的压强值网格选用实体单元，单元有节点组成，划分个节点，网格后的模型如图。

在般后处理器中，可以看到加载后应力等值线图，由图可看出传动轴轴管处应力最大，以致产生变形，取应力比较大的个节点，列出应力表，见表，这些节点应力最大。

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