【正文】 組成連接支承。 作用力為： ? ? ? ? NRTF 1 2 9 1 0 74c o s10452/ 6 0 5c o s2/ 31 ????? ?? 19 圖 十字軸基本尺寸及受力圖 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力 σw 應(yīng)滿足 ? ?ww dd Fsd ??? ??? )(32 4241 1 ? ? ? ? ? ? M P aM P add Fsd ww 350~ 152910 444241 1 ???? ?????? ???? 式中， d為十字軸 軸頸直徑 ； 1d 為十字軸油道孔直徑 4mm； s為合力 F作用線到軸頸根部的距離 15mm； [σw]為彎曲應(yīng)力許用值，為 250~350MPa。而萬向節(jié)工作夾角 ??4? ， mmR 45? 。M n 為驅(qū)動橋的數(shù)目 n =1 1i 為變速器 1 擋傳動比 1i =（ 由變速器設(shè)計知 ） ? 為發(fā)動機(jī)到萬向傳動軸的傳動效率 ? =93% k 為液力變矩器的變矩系數(shù) k=1 dk 為猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù) 1?dk 即，對于性能系數(shù) 0?fi的汽車（一般貨車、礦用汽車和越野車） 計算可得： 6 0 51 %935 1 3 011m a x ?????? n iTkT edse ? mN? 按驅(qū)動輪打滑來計算 mmrss ii rmGT η039。 圖 等速 萬 向節(jié)的工作原理 在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋、斷開式驅(qū)動橋和 de Dion 式驅(qū)動橋的車輪傳動裝置中，廣泛地采 用 各種型式的等速萬向節(jié)和近似等速的萬向節(jié)?？紤]到用到這些地方的撓性萬向節(jié)常要在掛直接檔時的高轉(zhuǎn)速下工作，為保證傳動軸總成的平衡精度，則必須使萬向節(jié)兩側(cè)的軸線對中。 1 一 防塵罩； 2 一 油封座圈； 3 一 止推環(huán)； 4 一 滾針； △— 間隙； a 一油封壓配錐面 圖 十字軸的潤滑與密封 單個十字軸萬向節(jié)不是等速萬向節(jié)，其特點(diǎn)是當(dāng)主動軸與從動軸之間有夾角時，不能等速傳遞而有轉(zhuǎn)角差 (圖 )，使主、從動軸的角速度周期性地不相等。出現(xiàn)了各種有效的組合式潤 向節(jié)滑密封裝置，以潤滑和保護(hù)十字軸軸頸與 1 一 軸承蓋； 6 一 萬向節(jié) 一油嘴；滾針 軸承如圖 。 66 越野汽車傳動軸的中間支承常安裝在中驅(qū)動橋殼上 ,多采用兩個圓錐滾子軸承，軸承座應(yīng)牢固地固定在中橋殼上如圖 所示 。動平衡的不平衡度由點(diǎn)焊在軸管外表面上的平衡片補(bǔ)償。當(dāng)承受轉(zhuǎn)矩的花鍵在伸縮時，產(chǎn)生軸向摩擦力為 aF RTfF ja ? 式中： jT — 傳動軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩； R— 花鍵齒側(cè)工作表面的中徑； f — 摩擦系數(shù) 。 萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)角差會引起動力總 成支承和懸架彈性元件的振動，還能 引起與輸出軸相連齒輪的沖擊和噪聲及駕駛室內(nèi)的諧振噪聲。當(dāng)輸人軸與輸出軸平行時 (圖 )，直接連接傳動軸的兩萬向節(jié)叉 所受的附加彎矩彼此平衡．，傳動軸發(fā)生如圖 中雙點(diǎn)劃線所示的彈性彎曲，從而引起 傳動軸的彎曲振動。這樣，從動叉上的附加 彎矩 2T? =1T ?cos 。當(dāng) 1T 與 ? 一定 時， 2T 在其最大值與最小值之間每 一轉(zhuǎn)變化兩次。采用有限元技術(shù)研究這些關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)特性，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 ，是非常重要和必須的。 1984 年主要由于汽車工業(yè)的增長，生產(chǎn)了三千五百萬套虎克萬向節(jié)傳動軸，一億二千萬套等速萬向節(jié)傳動軸，一億三樞軸式萬向節(jié)傳動軸?，F(xiàn)在，根據(jù)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，萬向節(jié)可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。此過程計算繁雜，反復(fù)性強(qiáng) ，而且可靠性差，很可能因為計算誤差，造成由于傳動軸強(qiáng)度不夠而引發(fā)的軸裂、軸斷事故。 Drive Shaft。課題研究對象是后輪驅(qū)動廣泛應(yīng)用的十字軸式萬向傳動裝 置，主要零件包括傳動軸、萬向節(jié)、支撐裝置等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計對整個萬向傳動裝置性能具有很大的影響。并通過有限元ANSYS 軟件對設(shè)計 萬向傳動裝置 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)分析結(jié)果對 萬向傳動裝置 進(jìn)行改進(jìn) 優(yōu)化 設(shè)計 并 得出合理的設(shè)計方案。課題研究對象是后輪驅(qū)動廣泛應(yīng)用的十字軸式萬向傳動裝置，主要零件包括傳動軸、萬向節(jié)、支撐裝置等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計對整個萬向傳動裝置性能具有很大的影響。通過 ANSYS 軟件的應(yīng)用，可以大大縮短軸類零件的設(shè)計周期，從而減少設(shè)計成本，并有利于多種型號產(chǎn)品的開發(fā)。主要用于工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 20xx 年汽車銷量達(dá)到 938 萬兩，而作為汽車零部件的汽車傳動軸需求量也接近 1900 萬套，產(chǎn)值達(dá)到 50 億元。 2. 設(shè)計的基本 技術(shù)路線 設(shè)計的技術(shù)路線如圖 所示 。從萬向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動叉對十字軸的作用力偶矩，除主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 1T 之外， 還有作用在主動叉平面的彎曲力偶矩 1T? 。附加彎矩可引起與萬向節(jié)相連零部件的彎曲振動，可在萬向節(jié)主、從動軸支承上引起周期性變化的徑向載荷，從而激起支承處的振動。 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。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。可減小摩擦阻力及磨損。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。 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。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。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。 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)。 本設(shè)計所選 車型為前置后驅(qū)，根據(jù)經(jīng)驗采用十字軸萬向節(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。m 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。 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。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 ~。 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 。 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。 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。 M P anLdDdDKThhhhhy2 2 . 4 016041)24248)(44248()2)(4( 01???????????? 則 ? ?yy ??＜ ,滿足花鍵擠壓強(qiáng)度。 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。 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。 Pro/ENGINEER 參數(shù)化設(shè)計的特性： 3D（三維）實體模型：三維實體建?？梢詫⒂脩舻脑O(shè)計思想以最真實的三維模型在 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。正是因為這個 特征，用戶可以隨時對這些特征作出合理的修改和調(diào)整。 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 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 。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。 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。 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。所以需要將 Pro/E 三維實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 , 單機(jī) NEXT?？梢赃x擇多種圖元類型進(jìn)行輸出 , 但是不能同時輸出曲面和實體或者曲面和殼。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。 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。材料屬性包括：彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。在右側(cè)列表框中依次選擇 StructuralLinearElasticIsotropic 命令