【正文】 兩端萬向節(jié)叉上所受的 附加彎矩方向相同，不能彼此平衡，傳動軸發(fā)生如圖 中雙點劃線所示的彈性彎曲， 從而對兩端的十字軸產(chǎn)生大小相等、方向相反的徑向力。 雙十字軸萬向節(jié)傳動 當(dāng)輸入軸與輸出軸之間存在夾角 ? 時，單個十字軸萬向節(jié)的輸出軸相對于輸入軸是不 等速旋轉(zhuǎn)的。當(dāng)主動叉 1? 處 于 2? 和 23? 位置時 (圖 )，同理可知 2T? =0， 主動叉上的附加彎矩 1T? = 1T ?tan 。在這四個力矩作用下，使十字軸萬向節(jié)得以平衡。 具有夾角 ? 的十字軸萬向節(jié)，僅在主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和從動軸反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平 衡的。當(dāng)1? 為 0、 ? 時， 2? 達最大值 max2w 且為 1w ／ ?cos ；當(dāng) 1? 為 2? 、 23? 時， 2w 有最小值 min2w 且為 ?cos1w 。在此基礎(chǔ)上，再進行萬向傳動裝置設(shè)計不但可以獲得最佳的萬向傳動裝置基本參數(shù)，還可以大大縮短萬向傳動裝置總成開發(fā)周期、降低開發(fā)費用，提高設(shè)計質(zhì)量，保證其設(shè)計的精確性。但產(chǎn)品的性能與國外相比仍有相當(dāng)大的差距，具體表現(xiàn)在兩個方面：絕大多數(shù)轎車廠家對等速萬向節(jié)產(chǎn)品沒有制定出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，而國外公司對驅(qū)動軸和傳動軸的技術(shù)規(guī)定達 67 款之多，其中嚴(yán)格規(guī)定驅(qū)動半軸總成和傳動軸總成的振動頻率，目的是避免和發(fā)動機、輪胎 以及其他傳動系部件發(fā)生共振，從而更加全面合理地設(shè)計汽車底盤；零件供應(yīng)商，易隨意組合 中心固定型等速萬向節(jié)和伸縮型等速萬向節(jié)，從而造成總成的失衡，使汽車產(chǎn)生異常振動，出現(xiàn)異響 [2]。在國內(nèi)，近年來隨著我國汽車業(yè)的高速發(fā)展，帶動我國汽車傳動軸需求 持續(xù)大幅增長。萬向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸兩軸線夾角的變化，并實現(xiàn)兩軸的等角速傳動。剛性萬向節(jié)是靠零件的鉸鏈?zhǔn)絺鬟f動力，又分為不等速萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)；撓性萬向節(jié)是靠彈性零件傳遞動力的， 2 具有緩沖減震作用 [1]。 1663 年 Robert Hook 萬向節(jié)誕生，后來被 人們叫做虎克萬向節(jié)，也就是十字軸萬向節(jié)。因此，研究一種新的準(zhǔn)確、快捷的強度分析方法迫在眉睫。此外，萬向節(jié)傳動還要求傳動效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易。 Finite Element Analysis。 全套圖紙，加 153893706 關(guān)鍵詞 ： 萬向傳動裝置 ； 十字軸 ； 萬向節(jié) ； 傳動軸； 有限元分析； 優(yōu)化 設(shè)計 II ABSTRACT Universal transmission is important in automobile transmission assembly, which directly linked to transmission and drive axle, used to achieve the transfer of the power transmission system. Research object is widely used in rearwheel drive transmission cross shaft universal, the main parts including drive shafts, universal joints, support devices, the design of these key ponents for the universal transmission has a great influence on the performance . This article mainly is carries on the design to the automobile cross shaft type rotary transmission device. According to vehicles exploitation conditions and vehicles parameter, according to transmission system design procedure and request, Mainly has carried on following work: Mainly has carried on following work choice correlation design variable mainly is: Cross axle, universal joint, drive shaft, middle supporting parameter determination, and has carried on the unit design mainly is: Cross axle design, universal joint design, drive shaft design as well as middle supporting design and so on. And to designs the rotary transmission device through the finite element ANSYS software to carry on the structure analysis, Carries on the improvement design according to the analysis result to the rotary transmission device to obtain the reasonable design proposal. The propeller shaft of the design used in technical research on these crucial ponent element of statics. in its structural design and optimize can greatly shorten the automobile universal transmission device always into the development cycle and reduce the development costs and improve the quality of design to ensure the accuracy of its design. Key word: Universal Transmission Device。 本文主要是對 汽車 的 十字軸式萬向傳動裝置 進行設(shè)計。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 基于有限元分析的 汽車 萬向傳動裝置 設(shè)計 院系 名稱： 汽車 與交通 工程 學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 The Graduation Design for Bachelor39。根據(jù)車輛使用條件和車輛參數(shù)，按照 傳動 系統(tǒng)的設(shè)計步驟和要求，主要進行了以下工作： 選擇相關(guān)設(shè)計參數(shù)主要為： 十字軸、萬向節(jié)、傳動軸、中間支承 的 參數(shù) 確定，并進行了總成設(shè)計主要為：十字軸 的設(shè)計， 萬向節(jié)的 設(shè)計 、傳動軸的 設(shè)計以及 中間支承的設(shè)計 等。 Cross Axle。 Optimization Design 1 第 1 章 緒 論 課題研究的目的意義 萬向傳動裝置是汽車傳動系中的重要總成，它直接與變速器和驅(qū)動橋相聯(lián)系，用來實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞。 傳統(tǒng)的分析方法，一般都是首先通過軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，計算出軸的最小直徑；然后通過計算作用在軸上的載荷、不同斷面上的轉(zhuǎn)矩、軸向力和彎矩，利用解析法或圖解法確定軸不同位置的支反力，最后利用傳統(tǒng)的計算公式進行強度校核，確定安全系數(shù)。 ANSYS 軟件作為一種廣泛應(yīng)用 CAE 軟件，應(yīng)用有限元法對結(jié)構(gòu)進行靜力學(xué)、動力學(xué)、熱力學(xué)和電磁學(xué)等多種分析。緊接著在 1683 年研制出的雙聯(lián)式虎克萬向節(jié)，消除了單個虎克萬向節(jié)傳遞的不等速性，并于 1901 用于汽車轉(zhuǎn)向輪。 現(xiàn)在汽車萬向傳動裝置一般是由萬向節(jié)、 傳動軸和中間支撐組成。一般萬向節(jié)由十字軸、十字軸承、凸緣叉及軸向定位件和橡膠密封件等組成。 20xx 年中國汽車傳動軸的需求已經(jīng)突破 992萬根，產(chǎn)值達到 45 億。對于創(chuàng)立自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車廠家來說，造出一流汽 車仍有很長的路要走。 1. 設(shè)計的主要內(nèi)容 本設(shè)計選擇萬向傳動軸的優(yōu)化，設(shè)計 基本要求如下 ： （ 1） 保證所連接的兩軸的夾角及相對位置在一定范圍內(nèi)變化時，能可靠而穩(wěn)定的傳遞動力 ； （ 2） 保證所連接的兩軸 盡 可能等速運轉(zhuǎn) ； 3 （ 3） 使用有限元分析軟件 ANSYS 對萬向傳動裝置的設(shè)計零部件進行靜態(tài)分析，完成萬向傳動裝置主要部件的優(yōu)化設(shè)計從而解決工藝合理、成本低 、可靠性高的設(shè)計要求； （ 4）在 CAE 分析的基礎(chǔ)上完成設(shè)計圖紙。因此，當(dāng)主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動時，從動軸時快時慢， 5 此即為普 通十字軸萬向節(jié)傳 動的不等性 [3]。這是因為這兩個轉(zhuǎn)矩作用在不同的平面內(nèi)，在不計萬向節(jié)慣性力矩時，它們的矢量互成一角度而不能自行封閉，此時在萬向節(jié)上必然還作用有另外的力偶矩。下面僅討論主動叉在兩特殊位置時，附加彎曲力偶矩的大小及變化特點。 分析可知，附加彎矩的大小是在零與上述兩最大值之間變化，其變化周期為? ，即每一 轉(zhuǎn)變化兩次。為使處于同一平面的輸出軸與輸人軸等速旋轉(zhuǎn)，可采用雙萬向節(jié)傳動，但必須保證同傳動軸相連的兩萬向節(jié)叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬向節(jié)夾角 1? 與 2? 相等 (圖 )。此徑向力作用在滾針軸承碗的底部，并在輸入軸與輸出軸的 支承上引起反力 [4]。 式中的正負(fù)號這樣確定：當(dāng)?shù)谝蝗f向節(jié)的主動叉處在各軸軸線所在的平面內(nèi)，在其余的 萬向節(jié)中，如果其主動叉平面與此平面重合定義為正，與此平面垂直定義為負(fù)。 。 傳動軸管、伸縮花鍵及中間支承 結(jié)構(gòu)方案分析 傳動軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄 (～ )、管徑較大、扭轉(zhuǎn)強度高、彎曲 剛度大、適于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成。應(yīng)提高鍵齒表面硬度及光潔度，進行磷化處理、噴涂尼龍，改善潤滑。內(nèi)、外花鍵應(yīng)對中，為減小鍵齒摩擦表面間的壓力及磨損應(yīng)使鍵齒長 jl 與其最大直徑 jd 之比不小于 2。中間支承用于長軸距汽車的分段傳動軸，以提高傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速，避免共 1— 滾柱； 2— 帶有滾柱內(nèi)滾道的傳動軸管； 3— 帶有滾柱外滾道的軸管 圖 帶有滾柱的汽車傳動軸 振，減小噪聲 [6]。設(shè)計時應(yīng)合理選擇支承剛度，避免 在傳動軸常用轉(zhuǎn)速內(nèi)產(chǎn)生共振。 汽車除轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋及帶有擺動半軸的驅(qū)動橋的分段 式半軸多采用等 速 萬向節(jié)外，一般驅(qū)動橋傳動軸均采用一對十字軸萬向節(jié)，如圖 (b)。通常認(rèn)為當(dāng)磨損或壓痕超 過 0． 25mm 時，十字軸萬向節(jié)就應(yīng)報廢。當(dāng)需定期加注潤滑脂時，應(yīng)如圖 所示將油封反裝以利在加注潤滑脂時能將陳油和磨損產(chǎn)物排出。重型汽車有時采用較粗的滾針并分成兩段以提高其壽命，也有以滾柱代替滾針的結(jié)構(gòu)。 圖 轉(zhuǎn)角差 ??? 與)( 21 ? 的關(guān)系 圖 雙十字軸萬向節(jié)的等速傳動條件 十字軸萬向節(jié)兩軸的夾角。有的結(jié)構(gòu)還允許一定的軸向變形．當(dāng)這種軸向變形量能滿足使用要求時，可省去伸縮花鍵。金屬套筒結(jié)構(gòu)的橡膠應(yīng)具有的物理機械特性為：抗拉強度不小于 1 5 MPa ；相對拉伸率不小于 350％；肖氏硬度 65～ 75；最大擠壓應(yīng)力為 ～8 MPa ；剪切彈性模量 G = ；工作溫度范圍為 45℃ ～ 80℃ 。 由點 P 到兩軸線 的 垂直距離相等并等于 0r 在 P 點處兩齒輪的圓周速 度是相等的，因而兩齒輪的角速度相等。 綜上所述，確定傳動軸的基本方案。 15 第 3 章 萬向 傳動 裝置 設(shè)計 萬 向節(jié)傳動的計算載荷 萬向節(jié)傳動裝置因布置的不同，計算轉(zhuǎn)矩也不同，設(shè)計載荷的選取也是不一樣的。22 ??? ????? mm rss ii rmGT ?? mN? 對萬向傳動軸進行靜強度計算時，計算載荷取兩者之間的最小值，所以取n kiTkT edse η1m a x? =這時 22 at FFQ 及、 均達最大值： ? ?? ?? ? ???????????t an2/c o s2/c o s2/1m a x11m a x21m a xRTFRTFRTQat 計算轉(zhuǎn)矩 1T 取在發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩下且變速器處于 ? 檔是的轉(zhuǎn)矩和滿載是的驅(qū)動車輪最大附著力矩（ ?? ）的換算轉(zhuǎn)矩兩者中的較小值。 根據(jù)汽車的噸位查 機械設(shè)計手冊 初步選定十字軸總成尺寸 如表 [11]。 設(shè)各滾針對十字軸軸頸作用力的合力為 F(圖 )。 滾針軸承設(shè)計 滾針軸承初選尺寸 根據(jù)萬向傳動軸已知參數(shù)、設(shè)計要 求和十字軸尺寸，參考專業(yè)廠的系列產(chǎn)品初步選取滾針軸承尺寸（如表 ） 初選尺寸： 滾針數(shù) 1 滾針直徑 3 工作長度 18 每列滾針數(shù)