【正文】 向載荷，從而激起支承處的振動。 在雙萬向節(jié)傳動中，直接與輸入軸和輸出軸相連的萬向節(jié)叉所受的附加彎矩分別由相應(yīng) 軸的支承反力平衡。 圖 附加彎矩對傳動軸的作用 7 多十字軸萬向節(jié)傳動 多萬向節(jié)傳動的從動叉相對主動叉的轉(zhuǎn)角差 ?? 的計算公式與單萬向節(jié)相似，可寫成 )(2s in4 12 ???? ??? e () 式中， e? 為多萬向節(jié)傳動的當(dāng)量夾角； ? 為主動叉的初相位角； 1? 為主動軸轉(zhuǎn)角。 為使多萬向節(jié)傳動的輸出軸與輸人軸等速旋轉(zhuǎn)，應(yīng)使 e? =0。另外，對多萬向節(jié)傳動輸出軸的角加速度幅值 e2? 21w ；加以限制。 (a)帶有中間支承并有兩根軸管的分段傳動軸 ； (b)具有一根軸管的傳動軸 1— 萬向節(jié)； 2— 傳動軸管； 3— 平衡片； 4— 伸縮軸管； 5— 防塵罩； 6— 十字軸； 7— 中間支承 圖 汽車傳動軸的結(jié)構(gòu)圖 伸縮花鍵具有矩形或漸開線齒形，用于補(bǔ)償由于汽車運(yùn)動時傳動軸兩端萬向節(jié)之間的長度變化?？蓽p小摩擦阻力及磨損?；ㄦI齒與鍵槽應(yīng)按對應(yīng)標(biāo) 記裝配，以免破壞傳動軸總成的動平衡。它安裝在車架橫梁或車身底架上，應(yīng)能補(bǔ)償傳動軸的安裝誤差及適應(yīng)行駛中由于彈性懸置的發(fā)動機(jī)的竄動和車架變形引起的位移，而其軸承應(yīng)不受或少受由此產(chǎn)生的附加載荷。擺臂式中間支承的擺臂用于適應(yīng)中間傳動軸軸線在縱向平面內(nèi)的位置變化。 普通十字輔萬向節(jié) 11 普通十字軸萬向節(jié)如圖 所示，由兩個 萬向節(jié)叉及聯(lián)接它們的十字軸、滾針軸承及訥 封等組成。為了 提高其使用壽命。軸蕊中的滾針直徑的差值應(yīng)控制在 以內(nèi)，否則會加重載荷在滾針間的分配不均勻性。為防止十字軸軸向竄動及避免摩擦發(fā)熱，有的在十字軸軸端和軸承碗之間加裝端面滾針軸承 [7]。不宜過大．當(dāng) ? 由 ?4 增至 ?16 時，滾針軸承壽命將下降至原壽命的 1／ 4。常用作轎車三萬向節(jié)傳動中的靠近變速器的第一萬向節(jié)或用在重型車的離臺器與變速器，變速器與分動器之間。 等速萬向節(jié) 主、從動軸的角速度在兩軸之間的夾角變動時仍然相等的萬向節(jié)，稱為等角速萬向節(jié)或等速萬向節(jié)。多數(shù)等速 萬 向節(jié)工作時的特點(diǎn)也都在于：它們所有的傳力點(diǎn) 總 是位于兩軸夾角的等分平面上，這樣，被萬向節(jié) 所聯(lián) 接的兩軸的角速度就永遠(yuǎn)相等。 本設(shè)計所選 車型為前置后驅(qū)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用十字軸萬向節(jié)；并且 兩萬向節(jié)中心距 為 2186mm（＞ 1500mm 一般須有中間支撐），需采用中 間支撐。 本次設(shè)計為貨車傳動裝置設(shè)計，多數(shù)選用機(jī)械變速器，所以設(shè)計中不考慮液力變矩器的變扭比，則計算載荷如下： 按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動比來計算 n kiTkT edse η1m a x? 其中 ： maxeT 為發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 430Nm 萬向傳動軸的計算載荷 初選是十字軸萬向節(jié)尺寸 由于十字軸萬向節(jié)主、從動叉軸轉(zhuǎn)矩 21,TT 的作用，在主、從動萬向節(jié)叉上產(chǎn)生相應(yīng)的切向力 21, tt FF 和軸向力 21, aa FF ? ?? ?? ?? ? ???????????????????????t a ns i n1s i nc o s2/t a ns i n2/c o s/c o sc o ss i n2/2/12112111212121211RTFRTFRTFRTFaatt 式中 ： R—— 切向力作用線與萬向節(jié)叉軸之間的距離； 1?—— 轉(zhuǎn)向節(jié)主動叉軸之轉(zhuǎn)角； ?—— 轉(zhuǎn)向節(jié)主、從動叉軸之夾角。 即 ? ? mNTTT SSse ??? ,m in1 。 18 表 推薦采用的十字軸總成及花鍵尺寸 汽車載重(t) 十字軸總成 (mm) 花鍵外行 外徑(mm) 花鍵工作長度(mm) 十字軸 滾針 軸承套 H d1 h h1 d0 L n D 套 C 90 18 16 20 3 14 22 32 4 直 35 99 85 90 22 21 26 3 18 26 35 4 直 38 98 65 34 108 25 24 29 3 18 29 39 4 直 50 85 57 127 34 24 29 3 18 38 50 4 直 65 115 初選設(shè)計尺寸 : D=40mm d= H=118mm h=108mm 十字軸萬向節(jié)設(shè)計與校核 十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要有十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落。 則 ： s2 cosTF r ?? 式中， TS為萬向傳動的計算轉(zhuǎn)矩， TS = min[Tse， Tss]min； r為合力 F作用線到十字軸中心之間的距離； α為萬向傳動的最大夾角 ，取 04 ， 0cos4 =。滾針軸承徑向間隙過大時，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；而間隙過小時，有可能出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住， 合適的間隙為 ~，滾針軸承的周向總間隙以 ~。 ? ? M P aM P alFdd jnj 3 2 0 0~3 0 0 6 2 718 8 2 12 7 2112 7 21????????? ?????????? ?? ?? 滾針軸承的 材料 為軸 承鋼，許用應(yīng)力 ? ? M Paj 3200~3000?? ，所以設(shè)計的滾針軸承符合要求 。 矩形截面系數(shù)： 2W=bh 6 ， 2tW khb? ； 21 橢圓形截面： 2bhW= 10 ， 2t hbW 16??； h， b 分別為矩形截面的高和寬或橢圓截面的長軸和短軸， k 是與 hb 有關(guān)的系 數(shù)，查表 選取 取 mmemmakmmhmmb 42,25,68,20 ????? 表 系數(shù) k的選取 hb 10 k e， a 如圖 ， 彎曲應(yīng)力的許用 值 ? ?w? 為 MPa80~50 ，扭應(yīng)力的許用值??b? 為 MPa160~80 。 傳動軸經(jīng)常處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，所以軸的材料查機(jī)械零件手冊選取40CrNi，適用于很重要的軸，具有較高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 表 60 95mm毫米的電焊鋼管 (YB24263) 外徑 （ mm） 鋼管厚度 （ mm） 60 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 70 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 75 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 83 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 89 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 95 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 傳動軸 的臨界 轉(zhuǎn)速 長度一定時，傳動軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。傳動軸的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ? (MPa)可按下式計算： rdge WkiT /1m a x?? 式中 ： maxeT — 發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩， mmN? ； 1gi — 變速器的一檔傳動比； dk — 動載系數(shù)； rW — 抗扭截面系數(shù)。 花鍵軸的設(shè)計計算 花鍵軸初選尺寸 滑動花鍵連接套為了后橋跳動時補(bǔ)償傳動軸長度變化而設(shè)置的。目前國產(chǎn)汽車的傳動軸花鍵一般為矩形齒，它以內(nèi)徑或側(cè)面定心，保證傳動軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。 M P anLdDdDKThhhhhy2 2 . 4 016041)24248)(44248()2)(4( 01???????????? 則 ? ?yy ??＜ ,滿足花鍵擠壓強(qiáng)度。應(yīng) 26 用較廣泛的有橡膠彈性中間支承和擺臂式中間支撐等。 圖 擺臂式中間支承 比較二者的優(yōu)缺點(diǎn)，決定選定中間支承的結(jié)構(gòu)為擺臂式中間支承。 F時為 84? 2%，主減速比為 ，輪胎規(guī)格采用 。 本章小結(jié) 本章對萬向傳動裝置的主要部件進(jìn)行了設(shè)計、選擇、計算及校核。 29 第 4 章 萬向傳動裝置的有限元靜力學(xué)分析 基于 Pro/ENGINEER 軟件 的三維建模 Pro/ENGINEER 軟件 簡介 Pro/ENGINEER 是美國參數(shù)技術(shù)公司（ PTC） 1988 年首家推出的使用參數(shù)化的特征造型技術(shù)的大型 CAD/CAE/CAM 集成軟件。 Pro/ENGINEER 參數(shù)化設(shè)計的特性： 3D（三維）實(shí)體模型：三維實(shí)體建?？梢詫⒂脩舻脑O(shè)計思想以最真實(shí)的三維模型在 Pro/ ENGINEER 中用戶可以方便地對設(shè)計模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等操作，可以從各個不同的角度觀察模型。這種特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計制造的結(jié)合，使得整個產(chǎn)品的設(shè)計制 造嚴(yán)謹(jǐn)、有序，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，優(yōu)化了整個設(shè)計過程。正是因?yàn)檫@個 特征，用戶可以隨時對這些特征作出合理的修改和調(diào)整。參數(shù)化設(shè)計還使得設(shè)計人員可以利用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，建立各尺寸的關(guān)系式，使得零件的設(shè)計更加簡捷 [16]。 第一步：草繪模型 新建 零件 輸入文件名 取消缺省 選擇 mmns進(jìn)入零件模式 。 圖 十字 軸 塊 的草繪圖形 圖 拉伸后的效果圖 第 三步：用拉伸和鏡像 命令實(shí)現(xiàn)十字軸軸徑的創(chuàng)建。 圖 主傳動軸 三維效果圖 圖 中間傳動軸套軸 三維效果圖 中間傳動軸花鍵軸 和法蘭盤 的創(chuàng)建 三維模型如圖 和 所示 。 ANSYS 軟件含有多種分析能力，包括簡單的靜態(tài)分析和復(fù)雜的非線性的模態(tài)分析，可用來求結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題的解答。經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，如今的 ANSYS 軟件更加趨于完善，功能更強(qiáng)大，使用也更加方便。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)影響不顯著的問題。 ANSYS可進(jìn)行結(jié)構(gòu)動態(tài)分析的類 型包括瞬時動力分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動響應(yīng)分析。 ANSYS 中的穩(wěn)定性分析主要分為線性分析和非線性分析兩種。 電磁場分析 主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、此能量密度、渦流、電場分布、磁力分分布、力、運(yùn)動效應(yīng)、電路和能量損失等。 流體動態(tài)分析 ANSYS 中的流體單元能進(jìn)行流體動態(tài)分析，分析類型可以為瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)。所以需要將 Pro/E 三維實(shí)體模型通過專用的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入到 ANSYS 中， Pro/E 與 ANSYS 之間的接口技術(shù)常用的有以下兩種： （ 1） Pro/E 與 ANSYS 集成接口： ANSYS 在 默認(rèn)的情況下是不能直接對Pro /E 中的 prt(或 asm)文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的 ,必須通過以下對 ANSYS 設(shè)置連接過程進(jìn)行激活模塊 :鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開始→程序→ → Utilities→ ANS_ADM IN” ,出現(xiàn)如下圖 的對話框 ,選擇 如下選項(xiàng) , 單機(jī) NEXT。 圖 Pro/E 的起始安裝路徑 點(diǎn)擊確定完成配置 ,運(yùn)行 Pro /E,工具菜單后面出現(xiàn)了 ,說明連接成功了。可以選擇多種圖元類型進(jìn)行輸出 , 但是不能同時輸出曲面和實(shí)體或者曲面和殼。導(dǎo)入到另一個系統(tǒng)時 , 該組件就擔(dān)當(dāng)一個零件的角色。用它可創(chuàng)建帶有各自的幾何和外部參照的元件零件和子組件。ANSYS 導(dǎo)入 IGES( *.igs) 文件的方法有兩種 : 一種是通過 ANSYS 軟件的用戶界面操作導(dǎo)入 。 基于 ANSYS 的有限元模型生成 本次設(shè)計主要分析的模型生成的簡圖如下 ~ 所示 圖 導(dǎo)入后 十字軸 的有限元模型 圖 導(dǎo)入后 萬向軸叉 的有限元模型 36 圖 導(dǎo)入后 花鍵軸叉 的有限元模型 圖 導(dǎo)入后 花鍵套筒軸 的有限元模型 萬向傳動裝置 靜載和約束 的施加與 結(jié)果分析 由前面的分析可知， 十字軸、萬向節(jié)和傳動軸 是 萬向傳動裝置 中重要的結(jié)構(gòu)件，受力條件較惡劣。 這兩對力偶矢量處于主動軸與被動軸所決定的平面內(nèi)，如不計兩軸傾角 (很小，可忽略 )，則構(gòu)成兩力偶的力均處于 十字軸軸線平面內(nèi)。材料屬性包括：彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。 依次展開 Main MeunPreprocessorElement TypesAdd/Edit/Delete 命令，出現(xiàn)如圖 所示的Element Types 的對話框。在右側(cè)列表框中依次選擇 StructuralLinearElasticIsotropic 命令。 本設(shè)計 使用的是自由網(wǎng)格， 采用實(shí)體塊單元（ SOLID45），進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散，即網(wǎng)格劃分