【正文】 在右側(cè)列表框中依次選擇 StructuralLinearElasticIsotropic 命令。 基于 ANSYS 的有限元模型生成 本次設(shè)計(jì)主要分析的模型生成的簡(jiǎn)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(wàn)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(wàn)向傳動(dòng)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(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸 是 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置 中重要的結(jié)構(gòu)件，受力條件較惡劣。可以選擇多種圖元類(lèi)型進(jìn)行輸出 , 但是不能同時(shí)輸出曲面和實(shí)體或者曲面和殼。 電磁場(chǎng)分析 主要用于電磁場(chǎng)問(wèn)題的分析，如電感、電容、此能量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力分分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。經(jīng)過(guò) 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。 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 。 Pro/ENGINEER 參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性： 3D（三維）實(shí)體模型：三維實(shí)體建模可以將用戶(hù)的設(shè)計(jì)思想以最真實(shí)的三維模型在 Pro/ ENGINEER 中用戶(hù)可以方便地對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等操作，可以從各個(gè)不同的角度觀察模型。 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。 花鍵軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 花鍵軸初選尺寸 滑動(dòng)花鍵連接套為了后橋跳動(dòng)時(shí)補(bǔ)償傳動(dòng)軸長(zhǎng)度變化而設(shè)置的。 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(zhǎng)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 。 18 表 推薦采用的十字軸總成及花鍵尺寸 汽車(chē)載重(t) 十字軸總成 (mm) 花鍵外行 外徑(mm) 花鍵工作長(zhǎng)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(jì)尺寸 : D=40mm d= H=118mm h=108mm 十字軸萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)與校核 十字軸萬(wàn)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。 本設(shè)計(jì)所選 車(chē)型為前置后驅(qū)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用十字軸萬(wàn)向節(jié)；并且 兩萬(wàn)向節(jié)中心距 為 2186mm（＞ 1500mm 一般須有中間支撐），需采用中 間支撐。不宜過(guò)大．當(dāng) ? 由 ?4 增至 ?16 時(shí)，滾針軸承壽命將下降至原壽命的 1／ 4。 普通十字輔萬(wàn)向節(jié) 11 普通十字軸萬(wàn)向節(jié)如圖 所示，由兩個(gè) 萬(wàn)向節(jié)叉及聯(lián)接它們的十字軸、滾針軸承及訥 封等組成。可減小摩擦阻力及磨損。 圖 附加彎矩對(duì)傳動(dòng)軸的作用 7 多十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng) 多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的從動(dòng)叉相對(duì)主動(dòng)叉的轉(zhuǎn)角差 ?? 的計(jì)算公式與單萬(wàn)向節(jié)相似，可寫(xiě)成 )(2s in4 12 ???? ??? e () 式中， e? 為多萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的當(dāng)量夾角； ? 為主動(dòng)叉的初相位角； 1? 為主動(dòng)軸轉(zhuǎn)角。從萬(wàn)向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知，主動(dòng)叉對(duì)十字軸的作用力偶矩，除主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 1T 之外， 還有作用在主動(dòng)叉平面的彎曲力偶矩 1T? 。 20xx 年汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到 938 萬(wàn)兩，而作為汽車(chē)零部件的汽車(chē)傳動(dòng)軸需求量也接近 1900 萬(wàn)套，產(chǎn)值達(dá)到 50 億元。通過(guò) ANSYS 軟件的應(yīng)用，可以大大縮短軸類(lèi)零件的設(shè)計(jì)周期，從而減少設(shè)計(jì)成本，并有利于多種型號(hào)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。并通過(guò)有限元ANSYS 軟件對(duì)設(shè)計(jì) 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì) 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置 進(jìn)行改進(jìn) 優(yōu)化 設(shè)計(jì) 并 得出合理的設(shè)計(jì)方案。 Drive Shaft?，F(xiàn)在，根據(jù)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，萬(wàn)向節(jié)可分為剛性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)。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(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ，是非常重要和必須的。這樣，從動(dòng)叉上的附加 彎矩 2T? =1T ?cos 。 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)角差會(huì)引起動(dòng)力總 成支承和懸架彈性元件的振動(dòng)，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。動(dòng)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。出現(xiàn)了各種有效的組合式潤(rùn) 向節(jié)滑密封裝置，以潤(rùn)滑和保護(hù)十字軸軸頸與 1 一 軸承蓋； 6 一 萬(wàn)向節(jié) 一油嘴；滾針 軸承如圖 ?？紤]到用到這些地方的撓性萬(wàn)向節(jié)常要在掛直接檔時(shí)的高轉(zhuǎn)速下工作，為保證傳動(dòng)軸總成的平衡精度，則必須使萬(wàn)向節(jié)兩側(cè)的軸線對(duì)中。M n 為驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目 n =1 1i 為變速器 1 擋傳動(dòng)比 1i =（ 由變速器設(shè)計(jì)知 ） ? 為發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸的傳動(dòng)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(dòng)載系數(shù) 1?dk 即，對(duì)于性能系數(shù) 0?fi的汽車(chē)（一般貨車(chē)、礦用汽車(chē)和越野車(chē)） 計(jì)算可得： 6 0 51 %935 1 3 011m a x ?????? n iTkT edse ? mN? 按驅(qū)動(dòng)輪打滑來(lái)計(jì)算 mmrss ii rmGT η039。 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(mǎn)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。 傳動(dòng)軸管由低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成，軸管外徑及壁厚 (或內(nèi)徑 )是根據(jù)所傳最大轉(zhuǎn)矩、最高轉(zhuǎn)速及長(zhǎng)度按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) YB24263 選定，并校核臨界轉(zhuǎn)速及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 [13]。國(guó)外也有根據(jù)用戶(hù)要求使用漸開(kāi)線花鍵的。 阻尼因素 ??? ?? 無(wú)阻尼自然頻率 wkgmkf n ?? 2121 ?? 由上式可得： Hzf n ??? ? 阻尼自然頻率為： Hzff nDn )(1 22)( ?????? ? c p mF Dn 7 7 )( ??? 符合許用臨界轉(zhuǎn)速 1000～ 20xx min/r 。能更快的對(duì)市場(chǎng)需求做出反應(yīng)。如圖 所示 。 ANSYS 程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸問(wèn)題的分析。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和流過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的流率。應(yīng)將每一個(gè)零件分別放到一個(gè)層上 , 以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。十字軸 受力情況如圖 。該單元在有限元法中具有 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有 x、 y、 z位移方向的 3 個(gè)自由度 ， 共生成 5552 個(gè)節(jié)點(diǎn) ， 網(wǎng)格 后模型如 圖 。 導(dǎo)入 了 零件 的實(shí)體模型后 ,緊接著 定義 該模型 各項(xiàng)屬性。零件使用相同的參照坐標(biāo)系 , 使接受系統(tǒng)中的重新裝配更加容易。 之后選取 EXIT 退出，在彈出的對(duì)話框選擇是。 結(jié)構(gòu)屈服分析 屈服分析是用來(lái)確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的載荷大小與在特定的載荷下結(jié)構(gòu)是否失穩(wěn)的問(wèn)題。目前，ANSYS 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車(chē)交通、國(guó)防、軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等工業(yè)及科學(xué)研究。設(shè)計(jì)人員只需要更改三維零件的尺寸，則 二維工程圖、三維裝配圖、模具等就會(huì)依照零件修改過(guò)的尺寸作出相應(yīng)變化，避免了人為修改出現(xiàn)的疏漏情況。這些部件需要進(jìn)過(guò)精確地計(jì)算、校核，以滿(mǎn)足使用的要求。 中間支承安裝在車(chē)架橫梁上，以補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度方向打安裝誤差，以及車(chē)輛行駛過(guò)程中由于彈性支承的發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車(chē)架等變形所引起的 位移。 最大轉(zhuǎn)速 maxn = m i n/ 0 1 2%??? 23 式中 為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 0? 為超速擋傳動(dòng)比，取為 安全系數(shù) k k = = = = 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度和內(nèi)外徑確定 根據(jù)兩萬(wàn)向節(jié)中心距 2186mm 傳動(dòng)軸分為兩段， mmLmmL 1386,800 21 ?? 由臨界轉(zhuǎn)速 = = 得 cc dD? = 又 mm 3 mm 根據(jù)電焊鋼管外徑 60 95mm的標(biāo)準(zhǔn)資料（從冶金部標(biāo)準(zhǔn) YB242 63 中選取 ） 初選 cD = 70 mm ，則 cd = mm 其中 cL 為傳動(dòng)軸長(zhǎng)度 (mm)，即兩萬(wàn)向節(jié)中心的距離 cD 和 cd 分別為傳動(dòng)軸軸管的外、內(nèi)徑 (mm) 傳動(dòng)軸的校核 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的斷面尺寸除應(yīng)滿(mǎn)足臨界轉(zhuǎn)速的要求外，還應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 滾針的材料采用軸承鋼， 滾針和十字軸軸頸表面硬度在 58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力j?????為 3000~3200MPa。這時(shí) 22 at FFQ 及、 均達(dá)最大值： ? ?? ?? ? ???????????t an2/c o s2/c o s2/1m a x11m a x21m a xRTFRTFRTQat 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 1T 取在發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩下且變速器處于 ? 檔是的轉(zhuǎn)矩和滿(mǎn)載是的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪最大附著力矩（ ?? ）的換算轉(zhuǎn)矩兩者中的較小值。 由點(diǎn) P 到兩軸線 的 垂直距離相等并等于 0r 在 P 點(diǎn)處兩齒輪的圓周速 度是相等的，因而兩齒輪的角速度相等。重型汽車(chē)有時(shí)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)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇支承剛度，避免 在傳動(dòng)軸常用轉(zhuǎn)速內(nèi)產(chǎn)生共振。 傳動(dòng)軸管、伸縮花鍵及中間支承 結(jié)構(gòu)方案分析 傳動(dòng)軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄 (～ )、管徑較大、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)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。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(wàn)向節(jié)傳動(dòng)，但必須保證同傳動(dòng)軸相連的兩萬(wàn)向節(jié)叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，且使兩萬(wàn)向節(jié)夾角 1? 與 2? 相等 (圖 )。因此，當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸時(shí)快時(shí)慢， 5 此即為普 通十字軸萬(wàn)向節(jié)傳 動(dòng)的不等性 [3]。一般萬(wàn)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。 傳統(tǒng)的分析方法，一般都是首先通過(guò)軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，計(jì)算出軸的最小直徑；然后通過(guò)計(jì)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(jì)算公式進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定安全系數(shù)。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于有限元分析的 汽車(chē) 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置 設(shè)計(jì) 院系 名稱(chēng)： 汽車(chē) 與交通 工程 學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛工程 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 副教授 The Graduation Design for Bachelor39。此外，萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)還要求傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易。萬(wàn)向節(jié)是保證變速器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸兩軸線夾角的變化，并實(shí)現(xiàn)兩軸的等角速傳動(dòng)。當(dāng)1? 為 0、 ? 時(shí)， 2? 達(dá)最大值 max2w 且為 1w ／ ?cos ；當(dāng) 1? 為 2? 、 23? 時(shí)， 2w 有最小值 min