（定稿）基于有限元分析的汽车万向传动装置设计（全套下载）

静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构影响不显著的问题。

程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析，如塑性蠕变膨胀大变形大应变及接触问题的分析。

结构动力分析结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。

与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。

可进行结构动态分析的类型包括瞬时动力分析模态分析谐波响应分析及随机振动响应分析。

结构非线性分析结构非线性问题包括材料非线性几何非线性和单元非线性三种。

程序可以求解静态和瞬态非非线性问题。

结构屈服分析屈服分析是用来确定结构失稳的载荷大小与在特定的载荷下结构是否失稳的问题。

中的稳定性分析主要分为线性分析和非线性分析两种。

热力学分析可处理热传递的三种基本类型传到对流和辐射。

热传递的三种基本类型均可以进行稳态和瞬态线性和非线性分析。

热分析还可以进行模拟材料固化和熔解过程分析，以及模拟热与结构应力之间的耦合问题的分析。

电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感电容此能量密度涡流电场分布磁力分分布力运动效应电路和能量损失等。

声场分析声场分析主要用来研究主流体气体液体等介质中的传播问题以及在流体介质中的固态结构的动态响应特性。

压电分析压电分析主要可以进行静态分析模态分析瞬态分析和谐波响应分析等，可用来研究压电材料结构在随时间变化的电流和机械载荷响应特性。

主要适用于谐振器振荡器以及其他电子材料的结构动态分析。

流体动态分析中的流体单元能进行流体动态分析，分析类型可以为瞬态和稳态。

分析结果可以是每个节点的压力和流过每个节点的流率。

并且可以利用后处理功能产生压力流率和温度分析的图形显示。

与接口的创建利用对结构进行有限元分析时，通常需要将建立的三维模型，导入中进行分析。

所以需要将三维实体模型通过专用的模型数据转换接口导入到中，与之间的接口技术常用的有以下两种与集成接口在默认的情况下是不能直接对中的或文件进行直接转换的，必须通过以下对设置连接过程进行激活模块鼠标点击“开始程序.”，出现如下图.的对话框，选择如下选项，单机。

图.设置连接过程完成后提示已在自己的安装目录中成功生成.文件，如下图.所示，记完下.的路径。

在接下来出现的对话框中“”选项后输入的起始安装路径如“.”“提示在目录下建立了个.文件。

之后选取退出，在弹出的对话框选择是。

图.的起始安装路径点击确定完成配置，运行，工具菜单后面出现了.，说明连接成功了。

运行打开零件三维模型图，点击.下的按钮如下图.所示，则模型自动导入到中，此时.软件自动打开，点击下的，则模型导入成功。

图.导入界面通过.格式文件导入首先，在环境下建立好零件模型或者完成零部件的装配，然后，选择主菜单文件下的保存副本子菜单，弹出保存副本对话框后，文件类型选择.，在新名称框内为模型输入新名称，点击确定按钮会弹出输出对话框，在输出对话框中可以设置输出图元的类型参考坐标系以及文件结构。

输出的图元类型有线框边曲面实体壳基准曲线和点，缺省输出图元是曲面，缺省是输出所有面组，点击面组.选择特定面组输出。

可以选择多种图元类型进行输出，但是不能同时输出曲面和实体或者曲面和壳。

单击定制层.按钮设置各层的输出特性。

为花键转矩分布不均匀系数，取.花键外径花键内径为花键有效工作长度为花键齿数由于花键齿的许用挤压应力较小，所以选用较大尺寸的花键，查，取，。

传动轴的校核花键齿的许用应力为花键转矩分布不均匀系数，取.花键外径花键内径为花键有效工作长度为花键齿数当花键材料为，齿面的硬度为时，许用挤压应力为。

则，满足花键挤压强度。

.中间支承的结构分析和设计由于轴距较长，为了提高传动轴的临界转速，避免共振以及整车总布置上的需要，将传动轴分段。

这时，需加设中间支承。

中间支承安装在车架横梁上，以补偿传动轴轴向和角度方向打安装误差，以及车辆行驶过程中由于弹性支承的发动机的窜动和车架等变形所引起的位移。

应用较广泛的有橡胶弹性中间支承和摆臂式中间支撑等。

橡胶弹性中间支承如图.所示，其结构中采用单列滚子轴承，橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动，降低噪音。

这种弹性中间支承不能传递轴向力，它主要承受传动轴因不平衡偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。

图.橡胶弹性中间支承摆臂式中间支承如图.所示，它的摆臂机构能适应中间传动轴轴线在纵向平面的位置变化，改善了轴承的受力情况，橡胶村套能适应传动轴轴线在横向平面内少量的位置变化。

图.摆臂式中间支承比较二者的优缺点，决定选定中间支承的结构为摆臂式中间支承。

中间支承的轴承选用深沟球轴承，型号为，其基本尺寸如表.所示表.深沟球基本尺寸轴承代号基本尺寸安装尺寸基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速脂润滑油润滑中间支承的固有频率可按下式计算式中，为中间支承的固有频率为中间支承橡胶弹性元件的径向刚度为中间支承悬置质量，它等于传动轴落在中间支承上的部分质量与中间支承及其轴承座所承受的质量之和。

传动轴总成所采用的中间支撑的结构形式，双联传动轴串联使用三个十字轴万向节，支承轴承的承重为.。

径向动态弹簧刚度为，效率在时为，主减速比为.，轮胎规格采用.。

阻尼因素无阻尼自然频率由上式可得阻尼自然频率为符合许用临界转速。

车轮滚动直径为车轮周长传动轴转速与车速比该客车的传动轴转速与车速之比为.，因此，阶和二阶扰动车速分别为阶扰动车速二阶扰动车速结论支撑的径向刚度为时，临界转速为.，低于常用转速，阶和二阶扰动车速分别为.，.。

符合设计推荐值。

.本章小结本章对万向传动装置的主要部件进行了设计选择计算及校核。

主要部件包括十字轴万向节叉传动轴和中间支承等。

万向传动装置的功用是在汽车行驶过程中，在轴间夹角及相互位置经常发生变化的转轴之间传递动力。

这些部件需要进过精确地计算校核，以满足使用的要求。

第章万向传动装置的有限元静力学分析.基于软件的三维建模软件简介是美国参数技术公司年首家推出的使用参数化的特征造型技术的大型集成软件。

近年来在我国大型工厂科研单位和部分大学得到了较为普遍的应用，深受广大从事三维产品设计和研究人员的喜爱。

是个全方位的三维产品开发软件，集成了零件产品装配模具设计数控加工。

钣金设计铸造件设计造型设计逆向工程自动测量机构仿真应力分析电路布线装配管路设计等功能模块和专有模块于体，可以实现面向制造设计面向装配设计逆向设计并行工程等先进的设计方法的特性。

参数化设计的特性三维实体模型三维实体建模可以将用户的设计思想以最真实的三维模型在中用户可以方便地对设计模型进行旋转平移缩放等操作，可以从各个不同的角度观察模型。

另外，借助于的系统参数，用户还可以随时计算出产品体积重心重量模型大小，极大的方便了设计人员。

单数据库是建立在单数据库上的。

所谓单数据库，就是工程中的资料全部俩字个库，在整个设计过程的任动装置因布置的不同，计算转矩也不同，设计载荷的选取也是不样的。

本次设计为货车传动装置设计，多数选用机械变速器，所以设计中不考虑液力变矩器的变扭比，则计算载荷如下按发动机最大转矩和档传动比来计算其中为发动机的最大转矩•为驱动桥的数目为变速器挡传动比.由变速器设计知为发动机到万向传动轴的传动效率为液力变矩器的变矩系数为猛接离合器所产生的动载系数即，对于性能系数的汽车般货车矿用汽车和越野车计算可得按驱动轮打滑来计算其中为满载状态下个驱动桥上的静载荷为汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数，货车，取.为轮胎与路面间的附着系数，对于安装般轮胎的公路用汽车，在良好的混凝土或沥青路面上，可取.为车轮滚动半径，本设计已知轮胎规格.，根据轮胎标号取.为主减速器传动比，.为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，为主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，取.计算可得对万向传动轴进行静强度计算时，计算载荷取两者之间的最小值，所以取.•.万向传动轴的计算载荷初选是十字轴万向节尺寸由于十字轴万向节主从动叉轴转矩的作用，在主从动万向节叉上产生相应的切向力和轴向力式中切向力作用线与万向节叉轴之间的距离转向节主动叉轴之转角转向节主从动叉轴之夹角。

初始位置时主动叉轴转角时图.作用在万向节叉及十字轴上的力在十字轴轴线所在的平面内并作用于十字轴的切向力与轴向力的合力为图.为主动叉轴位于初始位置的受力状况。

此时达到最大值图.为主动叉轴转角时的受力状况。

这时均达最大值计算转矩取在发动机最大转矩下且变速器处于档是的转矩和满载是的驱动车轮最大附着力矩的换算转矩两者中的较小值。

即。

而万向节工作夹角，。

将这些数据代入得十字轴的材料选用低碳合金钢，轴颈表面进行渗碳淬火处理，渗碳层深度为，表面硬度为，轴颈端面硬度不低于，芯部硬度为。

根据汽车的吨位查机械设计手册初步选定十字轴总成尺寸如表.。

表.推荐采用的十字轴总成及花键尺寸汽车载重十字轴总成花键外行外径花键工作长度十字轴滚针轴承套套.直.直直直初选设计尺寸.十字轴万向节设计与校核十字轴万向节的损坏形式主要有十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面出现压痕和剥落。

般情况下，当磨损或压痕超过．时，十字轴万向节便应报废。

十字轴的主要失效形式是轴颈根部处的断裂，所以在设计十字轴万向节时，应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。

设各滚针对十字轴轴颈作用力的合力为图.。

则式中，为万向传动的计算转矩为合力作用线到十字轴中心之间的距离为万向传动的最大夹角，取，.。

作用力为图.十字轴基本尺寸及受力图十字轴轴颈根部的弯曲应力应满足式中，为十字轴轴颈直径.为十字轴油道孔直径为合力作用线到轴颈根部的距离为弯曲应力许用值，为。

十字轴轴颈的切应力应满足式中，为切应力许用值，为。

.滚针轴承设计滚针轴承初选尺寸根据万向传动轴已知参数设计要求和十字轴尺寸，参考专业厂的系列产品初步选取滚针轴承尺寸如表.初选尺寸滚针数滚针直径工作长度每列滚针数滚针轴承的接触应力滚针轴承中的滚针直径般不小于.，以免压碎，而且差别要小，否则会加重载荷在滚针间分配的不均匀性，般控制在.以内。

滚针轴承径向间隙过大时，承受载荷的滚针数减少，有出现滚针卡住的可能性而间隙过小时，有可能出现受热卡住或因脏物阻滞卡住，合适的间隙为，滚针轴承的周向总间隙以为好。

滚针的长度般不超过轴颈的长度，使其既有较高的承载能力，又不致因滚针过长发生歪斜而造成应力集中。

滚针在轴向的游隙般不应超过选用双列滚针，直径为，滚针数量为，滚针轴承的接触应力为式中，为滚针直径为滚针工作长度为在合力作用下个滚针所受的最大载荷，由式.确定式中，为滚针列数，为每列中的滚针数，。

滚针的材料采用轴承钢，滚针和十字轴轴颈表面硬度在以上时，许用接触应力为。

滚针轴承的材料为轴承，为各万向节的夹角。

式中的正负号这样确定当第万向节的主动叉处在各轴轴线所在的平面内，在其余的万向节中，如