（全套资料）基于有限元分析的汽车万向传动装置设计（含图纸论文）

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，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，研究种新的准确快捷的强度分析方法迫在眉睫。

软件作为种广泛应用软件，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。

.课题的国内研究现状万向传动装置最早出现于年，在大教堂时钟机构中的万向节传动轴。

年万向节诞生，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，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，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内，在不计万向节惯性力矩时，它们的矢量互成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。

当主动叉处于和位置时图.，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.，同理可知，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。

图.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。

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平面内，且使两万向节夹角与相等图.。

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.，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.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.，传动轴两端万向节叉