汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)及有限元分析

汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)及有限元分析,汽車(chē),萬(wàn)向,傳動(dòng),裝置,設(shè)計(jì),有限元分析 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文) 題目： 汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)及有限元分析 學(xué)生姓名 二級(jí)學(xué)院 班 級(jí) 提交日期 目錄 目 錄 摘 要 .IV ABSTRACT .V 1 緒 論 1 1.1 課題研究的背景和意義 1 1.2 課題研究的現(xiàn)狀和趨勢(shì) 1 1.3 課題研究的方法 2 2 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)方案的確定 .3 2.1 主要參數(shù)的設(shè)置 3 2.2 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的選擇和工作原理 3 2.3 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的選擇 3 2.4 萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)的選擇 4 3 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .6 3.1 傳動(dòng)載荷的確定 6 3.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 7 3.3 萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 3.4 滾針軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9 3.5 花鍵軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .10 4 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 12 4.1 傳動(dòng)軸的建模 .12 4.2 軸承的建模 .12 4.3 十字軸的建模 .16 4.4 萬(wàn)向節(jié)叉的建模 .18 4.5 傳動(dòng)裝置的裝配 .18 5 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 20 目錄 5.1 建立萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元模型 .20 5.2 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)剛度分析 .20 6 結(jié)論與展望 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 .29 摘要 汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)及有限元分析 摘 要 汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置是將驅(qū)動(dòng)橋和變速器連接起來(lái)的重要部分。本設(shè)計(jì)主要對(duì)十字軸 式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先是對(duì)傳動(dòng)裝置的進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后以計(jì)算校核過(guò)的數(shù) 據(jù)作為參考，利用 CATIA 軟件對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行三維建模和裝配。以萬(wàn)向傳動(dòng)軸為例，利 用 ANSYS 軟件對(duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度的有限元分析，通過(guò)分析得出萬(wàn)向傳動(dòng)軸的抵抗變形的 能力。通過(guò)得到的分析結(jié)果，確定最終萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵詞：萬(wàn)向傳動(dòng)裝置；設(shè)計(jì)計(jì)算；建模；萬(wàn)向軸；扭轉(zhuǎn)剛度 Abstract IV The Design of Automotive Universal Transmission Device and Finite Element Analysis Abstract The automobile universal transmission device is an important part which connects the drive axle and the transmission. This design mainly carries on the design to the cross axle type universal transmission device. The first is the design and calculation of the transmission device; and then to calculate the check over the data as a reference , the use of CATIA software for three-dimensional modeling and assembly of the transmission device. Taking the universal drive shaft as an example, the finite element analysis of torsional rigidity of the universal drive shaft is made by using ANSYS software, and the ability to resist deformation is obtained by the analysis. According to the analysis results, the design scheme of the final universal drive device is determined. Key words: Automotive Universal Transmission Device; Design Calculation; 3D Modeling; Cardan shaft; Rigidity 第 1 章 緒論 1 1 緒 論 1.1 課題研究的背景和意義 作為汽車(chē)必不可少的一部分，萬(wàn)向傳動(dòng)裝置最早出現(xiàn)是在上個(gè)世紀(jì)初期?，F(xiàn)在的傳 動(dòng)裝置已經(jīng)不僅僅應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)，在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用，比如說(shuō)船舶制造業(yè)。 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的基本作用是為了傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,通常包括傳動(dòng)軸、軸承、十字軸、萬(wàn)向 節(jié)等。在實(shí)際生活中有些車(chē)比較大，車(chē)內(nèi)的軸距會(huì)很長(zhǎng)，所以為了避免這種類型的汽車(chē) 在行駛過(guò)程中出現(xiàn)異狀，傳動(dòng)軸就需要進(jìn)行合理的分段設(shè)計(jì)。傳動(dòng)軸在汽車(chē)中的應(yīng)用非 常廣泛，所以它的制造就要很簡(jiǎn)便并且軸要有足夠的使用壽命?？墒侨f(wàn)向傳動(dòng)軸傳統(tǒng)的 設(shè)計(jì)方式有著很明顯的缺點(diǎn)，它的計(jì)算過(guò)程太過(guò)于繁雜，計(jì)算花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)而且可靠 性還不高。在這樣的情形之下，我們需要一種簡(jiǎn)單、完善、高效的分析方式。而分析軟 件 ANSYS 就能很好的滿足這些需求，設(shè)計(jì)者可以通過(guò)它對(duì)各種類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種分析， 比如說(shuō)對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析。ANSYS 的廣泛使用降低了各類零件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的 時(shí)間，更加便捷的設(shè)計(jì)制造也就意味著更低的成本，這樣對(duì)產(chǎn)品多型號(hào)、多種類的開(kāi)發(fā) 便更加有利。 1.2 課題研究的現(xiàn)狀和趨勢(shì) 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置最早出現(xiàn)是在 780 多年前，當(dāng)時(shí)是被用在教堂的時(shí)鐘里。300 多年后， 人們?cè)O(shè)計(jì)出了虎克式萬(wàn)向節(jié)，又稱十字軸萬(wàn)向節(jié)。在 20 年后年雙聯(lián)虎克式萬(wàn)向節(jié)又成功 問(wèn)世，它的問(wèn)世解決了單個(gè)十字軸最大的缺點(diǎn)，就是它的不等速性。各式各樣萬(wàn)向節(jié)的 問(wèn)世解決了實(shí)際情況中的很多問(wèn)題，所以它被廣泛地應(yīng)用于各種行業(yè)，對(duì)許多行業(yè)都有 著極其深的影響。當(dāng)前情況下萬(wàn)向節(jié)分為兩種，分別是撓性萬(wàn)向節(jié)和剛性萬(wàn)向節(jié)，其中 剛性萬(wàn)向節(jié)是依靠鉸接來(lái)傳遞動(dòng)力，它還可以分為準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)、等速萬(wàn)向節(jié)與不等速 萬(wàn)向節(jié)；而撓性萬(wàn)向節(jié)是依靠彈性來(lái)傳遞動(dòng)力，所以它具有明顯的緩沖功用。 上個(gè)世紀(jì)中期傳動(dòng)軸每年的生產(chǎn)量就達(dá)到了萬(wàn)件以上；在往后的三四十年里，汽車(chē) 行業(yè)快速發(fā)展，每年生產(chǎn)的傳動(dòng)軸總量都是數(shù)以億計(jì)，這其中等速萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸生產(chǎn)量 最高。因?yàn)閭鲃?dòng)軸產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)的制造商也如雨后春筍般迅速涌現(xiàn)。在近幾年 我國(guó)傳動(dòng)軸的銷售總值已經(jīng)突破百億。雖然在生產(chǎn)的數(shù)量上日益增高，甚至一度超過(guò)國(guó) 外，但是在軸的質(zhì)量上還存在著不少差距。國(guó)內(nèi)沒(méi)有制定軸部件制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且 廠家在制造的過(guò)程中也比較隨意，但是國(guó)外的商家對(duì)軸部件制造制定的標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)百項(xiàng)， 這么多的行業(yè)規(guī)范就能避免傳動(dòng)軸制造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，所以對(duì)國(guó)內(nèi)的廠家來(lái)說(shuō)還 有比較長(zhǎng)的路要走。 當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助工程隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)應(yīng)用于跟多領(lǐng)域。這其中就包括設(shè) 計(jì)中所用到的建模軟件 CATIA 和分析軟件 ANSYS。 第 1 章 緒論 2 CATIA 是法國(guó)一家公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。它的功能十分強(qiáng)大，國(guó)內(nèi)外的很多公司都 用這款軟件來(lái)進(jìn)行自身產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。當(dāng)然這款軟件并不僅僅只是只能進(jìn)行三維建模，它 還能完成軟件建模之前和之后的許多過(guò)程。從上個(gè)世紀(jì)末開(kāi)始，它就成為市場(chǎng)上同行業(yè) 軟件中的翹楚。目前，它的全面和快捷讓它成為了設(shè)計(jì)使用中的主流產(chǎn)品。 CATIA 最初的研發(fā)是得益于航空領(lǐng)域，隨著時(shí)間的推移，產(chǎn)品也在日益完善，現(xiàn)在 的它早已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，比如 3D 設(shè)計(jì)建筑、汽車(chē)、電力與電子等。而在汽車(chē)行業(yè)里， CATIA 已經(jīng)是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它的客戶商已經(jīng)包含世界上絕大多數(shù)的汽車(chē)商家，比如說(shuō)大眾、 寶馬、現(xiàn)代、福特等。 在本文中我們只需要用到 CATIA 的機(jī)械設(shè)計(jì)模塊功能，其中這里面包括繪制二維草 圖、三維建模和裝配。 而 ANSYS 軟件是一種被用來(lái)進(jìn)行軟件有限元分析的軟件，它能夠和多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)軟件接口相連以此來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和共享。ANSYS 操作簡(jiǎn)單并且用處廣泛，是國(guó) 際上最流行的有限元分析軟件。 ANSYS 主要是分為 3 個(gè)模塊。 第一個(gè)模塊是指創(chuàng)建有限元模型和網(wǎng)格劃分技術(shù)，顧名思義就是創(chuàng)建或?qū)胍粋€(gè)模 型然后將它進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 第二個(gè)模塊是指施加載荷和求解過(guò)程。 第三個(gè)模塊是指結(jié)果和后處理過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中不僅僅就靠電腦計(jì)算出結(jié)果，還 可以把得出的結(jié)果用其它更加直觀的方式表達(dá)出來(lái)，比如表格。 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的發(fā)展趨勢(shì)： 1) 計(jì)算設(shè)計(jì)更加的信息化和數(shù)字化。 2) 標(biāo)準(zhǔn)化的程度會(huì)不斷地提高。 3) 精密程度越來(lái)越高、壽命越來(lái)越長(zhǎng)、效率越來(lái)越高。 4) 在其他某些特殊的方面會(huì)得到更多的應(yīng)用。 5) 多種空腔、多種成型方法、多種材質(zhì)一體化。 6）新材料更多的應(yīng)用將會(huì)衍生出更完善的制造方法。 1.3 課題研究的方法 查閱相關(guān)資料，要對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有足夠的了解，比如說(shuō)它的結(jié)構(gòu)和原理等；再者對(duì)設(shè) 計(jì)中要用到的建模軟件 CATIA 和分析軟件 ANSYS 要充分了解，最后要能夠?qū)⒆约旱乃?學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車(chē)設(shè)計(jì)等知識(shí)相結(jié)合并且能夠熟練運(yùn)用它們。 對(duì)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算并檢驗(yàn)，計(jì)算完成之后用 CATIA 軟件進(jìn)行三維建模和裝 配。 利用有限元分析軟件 ANSYS 對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度分析，以得出的數(shù)據(jù)分析軸 的變形是否在可接受范圍之內(nèi)。 第 1 章 緒論 3 第 2 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)方案的確定 4 2 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)方案的確定 2.1 主要參數(shù)的設(shè)置 表 2.1 以哈佛 H9 數(shù)據(jù)為參考設(shè)計(jì)的參數(shù) 2.2 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的選擇和工作原理 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置分為開(kāi)式和閉式兩種，本設(shè)計(jì)采用的是開(kāi)式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。它通常由 傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)、軸承、十字軸等組成，它是用來(lái)在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷改變的兩 根軸間傳遞動(dòng)力的裝置。它的工作原理是：連接不在同一直線上的變速器輸出軸和主減 速器輸入軸，并保證在兩軸之間的夾角和距離經(jīng)常變化的情況下仍能可靠地傳遞運(yùn)動(dòng)和 動(dòng)力。 2.3 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的選擇 在汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)系統(tǒng)中，常會(huì)選用很多種不同的布置方案，那是因?yàn)榭紤]到實(shí)際情 況對(duì)動(dòng)力傳遞產(chǎn)生的影響。比如說(shuō)驅(qū)動(dòng)橋和變速器的間距比較小的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候?yàn)榱?消除他們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的不利影響，通常就會(huì)在傳動(dòng)軸中加一個(gè)滑動(dòng)花鍵，它可 以讓傳動(dòng)軸適合的調(diào)整自己的長(zhǎng)度。有些車(chē)在實(shí)際的行駛過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)分動(dòng)器的位 置比較高或是輸出軸線和傳動(dòng)軸軸線之間的夾角比較大等情況。在遇到這種問(wèn)題的時(shí)候， 大多數(shù)的會(huì)用萬(wàn)向節(jié)來(lái)解決，但是萬(wàn)向節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也不會(huì)太大，一般就在 以下。?3 近幾年使用最多的傳動(dòng)軸應(yīng)該就是十字軸剛性萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸。在進(jìn)行整車(chē)設(shè)計(jì)的時(shí) 候，通過(guò)傳動(dòng)軸的跳動(dòng)校核來(lái)確定軸的萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)角和滑動(dòng)花鍵副的伸縮量，這樣的布置 能夠讓它們更好地適應(yīng)易傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的變化。在進(jìn)行傳動(dòng)軸管的選取的時(shí)候，一般情況 下空心軸管更具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榭招妮S管的臨界轉(zhuǎn)速比實(shí)心軸管更高。在汽車(chē)的實(shí)際行駛 過(guò)程中車(chē)架會(huì)不停變化，這種情況下就會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)橋和分速器位置的變化，所以在設(shè)計(jì) 過(guò)程中就要采用由空心軸制成的可伸縮萬(wàn)向傳動(dòng)軸。 綜合以上所說(shuō)，可以確定傳動(dòng)軸的選用：傳動(dòng)軸的軸管要是空心軸，因?yàn)榭招妮S有 比較高的臨界速度。并且軸管要是可伸縮的，這樣就可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整長(zhǎng)度，讓它 更能夠更好地適應(yīng)間距的變化。這樣的傳動(dòng)軸成本低，制造簡(jiǎn)單，壽命也比較高。如圖 2.1 第 2 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)方案的確定 5 所示。 圖 2.1 帶伸縮花鍵的萬(wàn)向傳動(dòng)裝置圖 1-蓋子，2-蓋板，3-蓋墊，4-萬(wàn)向節(jié)叉，5-加油嘴，6-伸縮套， 7-滑動(dòng)花鍵槽，8-油封，9-油箱蓋，10-傳動(dòng)軸管 2.4 萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)的選擇 一般情況下萬(wàn)向節(jié)分為以下幾種： 等角速度萬(wàn)向節(jié)（等速萬(wàn)向節(jié)）：主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的角速度周期相等； 不等角速度萬(wàn)向節(jié)（不等速萬(wàn)向節(jié)）：主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的角速度周期相等； 準(zhǔn)角速度萬(wàn)向節(jié)（近似的等速萬(wàn)向節(jié)）：可以用一些部件來(lái)實(shí)現(xiàn)兩軸之間的近似于 等速度的轉(zhuǎn)動(dòng)。 若是本設(shè)計(jì)采用普通的十字軸萬(wàn)向節(jié)，那么它的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)，就是主從動(dòng)軸的角 速度周期性不等。我們可以使用雙十字軸萬(wàn)向節(jié)來(lái)避免這一問(wèn)題。 采用雙十字軸可以解決周期性不等的問(wèn)題，但還要確定使用哪一型號(hào)的萬(wàn)向節(jié)?？?慮到本設(shè)計(jì)軸之間的夾角不是很大，所以可以使用十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)，如圖 2.2，從圖 中我們可以看到兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉套在十字軸的軸頸上。從動(dòng)軸可以隨著主動(dòng)軸的受力轉(zhuǎn)動(dòng) 而轉(zhuǎn)動(dòng)，它還能跟著十字軸的變化在任意方向上擺動(dòng)。十字軸與萬(wàn)向節(jié)叉之間還裝有滾 針軸承，滾針軸承是由滾針和套筒組成，這樣的組合能減小摩擦損耗從而提高它自身的 傳動(dòng)效率。軸承與萬(wàn)向節(jié)叉之間還有一個(gè)固定他們的卡環(huán)，作用是為了防止在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò) 程中脫落。這樣的結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率會(huì)很高、零件比較少?gòu)亩|(zhì)量也就會(huì)比較輕。 將十字軸是制成中空樣式的，這樣內(nèi)部的清洗和軸承的潤(rùn)滑就會(huì)比較方便，潤(rùn)滑油 可以由油嘴處出注入。這個(gè)結(jié)構(gòu)的十字軸還有著一個(gè)毛氈油封，這個(gè)小部件是為了避免 灰塵飛進(jìn)去或是潤(rùn)滑油從里面飛濺出來(lái)。 萬(wàn)向節(jié)在工作的時(shí)候要受很大的力，所以加載在它身上的載荷和扭矩就會(huì)非常大。 這樣就經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)十字軸軸頸和滾針軸承的磨損的情況。通常認(rèn)為當(dāng)部件的磨損超過(guò) 0.25mm 時(shí)，為了保護(hù)其他的零件就必須要去換掉它。所以為了能讓部件的使用壽命足夠 的長(zhǎng)，人們研究出了各種方案，這其中就包括有組合式潤(rùn)滑密封裝置。萬(wàn)向節(jié)采用了橡 第 2 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)方案的確定 6 膠制成的密封圈，這種部件可以大大地減低連接之中的縫隙，增強(qiáng)密封性能。這種萬(wàn)向 節(jié)在正常工作的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)軸腔內(nèi)的實(shí)際油壓比較大超出它的許用值的時(shí)候，但是它 卻不需要安裝其他的零部件，因?yàn)槌龅挠蜁?huì)從軸頸自動(dòng)流出，如圖 2.2 所示。 圖 2.2 十字軸式萬(wàn)向節(jié) 1-軸承蓋，2-萬(wàn)向節(jié)叉，3-油嘴，4-十字軸，5-安全閥， 6-萬(wàn)向節(jié)，7-油封，8-滾針，9-套筒 根據(jù)以上所述再結(jié)合本設(shè)計(jì)課題，選十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)制作簡(jiǎn)易、成本低廉、效 率還很高，這個(gè)萬(wàn)向節(jié)的選取是符合設(shè)計(jì)要求的。 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 7 3 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 傳動(dòng)載荷的確定 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置布置的不同，最后的載荷計(jì)算和選取也不同。本設(shè)計(jì)的過(guò)程中不考慮 變矩器的變扭比，計(jì)算如下： 3.1.1 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比算 （3- 1） 其中： ：表示發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， N M；maxeT324max?eT? ：表示發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率， ；? 96.0? ：表示檔位為 1 檔時(shí)的傳動(dòng)比， ；1i .1i ：表示變矩器的變矩系數(shù)， ；k 9k ：表示驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目， ；n?n ：表示離合器猛接時(shí)的動(dòng)載系數(shù)， 。d ?d 計(jì)算得： MNniTkedse ????253196.032.41max? 3.2.2 按驅(qū)動(dòng)輪打滑計(jì)算 （3- 2） 其中： ：表示加速度最大時(shí)后軸的轉(zhuǎn)移系數(shù)， ；2m? 82.0m?’ ：表示汽車(chē)輪胎的滾動(dòng)半徑，從它的規(guī)格我們得到 mm；r 3r ： 表示輪胎的附著系數(shù)， ；?1?? ：表示減速器齒輪的傳動(dòng)比， ；oi 7.3io ：表示車(chē)輪到減速器齒輪的傳動(dòng)比， m 1im ：表示車(chē)輪到減速器齒輪的傳動(dòng)效率， ； ? 96.0n? G2：表示車(chē)身滿載時(shí)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷， N。52G 計(jì)算得： 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 MNirmGTs ????15906.017,8250 '2?? 計(jì)算時(shí)應(yīng)取載荷較小的值 ，所以 N MT? 3.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.2.1 傳動(dòng)軸的選擇 我們以它的設(shè)計(jì)要求為標(biāo)準(zhǔn)初選的軸的外徑和內(nèi)徑如下表。 表 3.1 傳動(dòng)軸內(nèi)外徑的選擇 3.2.2 軸的計(jì)算與校驗(yàn) 在軸的長(zhǎng)度已經(jīng)確定下來(lái)的時(shí)候，軸的斷面尺寸應(yīng)能夠保證它有足夠高的強(qiáng)度和臨 界轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速 的計(jì)算公式： ???? （3-3 ） 其中： ：表示軸的內(nèi)圈直徑， ；cdm54?cd ：表示軸的外圈直徑， ；D8D ：表示軸的長(zhǎng)度， 。cL0cL 計(jì)算得： rp93.127854102.2????kn 為傳動(dòng)軸最高轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)中 ，安全系數(shù) K 一般取在 1.2 到 2.0max m0maxn 之間， 安全系數(shù)的計(jì)算公式 ，所以在合理范圍之內(nèi)。5.Kk 強(qiáng)度的驗(yàn)核公式： （3- 4） 其中： T1：根據(jù)上面載荷計(jì)算而來(lái)的最大轉(zhuǎn)矩， N M；??253,max1??SseT? 和 分別表示軸的內(nèi)外徑。cDd 計(jì)算得： 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9 ?? ??a3018.26548016)(4 MPPadDT ccc ???????? ???? 剛度的校驗(yàn)公式： （3-?????? zipimIlTLG14/073.? 5） G：表示為軸材料的剪切彈性模量， MPa；40.8? 分別表示階梯軸上所受扭矩、長(zhǎng)度和極慣性矩。piiIlT、、 計(jì)算得： ??? ??????zipi mIlTL1 44 /162.03295.180573073.5?? 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知 ，所以軸的剛度是符合要求的。???? 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度小于許用剪切應(yīng)力，再結(jié)合它的臨界轉(zhuǎn)速要求，最終可以說(shuō)該軸的設(shè) 計(jì)滿足要求。 3.3 萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.3.1 萬(wàn)向節(jié)的選擇 本設(shè)計(jì)選擇的是十字軸式萬(wàn)向節(jié)，而萬(wàn)向節(jié)大小和尺寸的初選如下： 表 3.2 尺寸初選 3.3.2 萬(wàn)向節(jié)的計(jì)算和校核 （3- 6） 其中： ：表示傳動(dòng)的夾角的最大值，取 ，即 ，那么 ；??8???9.08cos?? ：表示十字軸的中心到總作用力作用線的間距，選擇 mm；r 3r 計(jì)算得： N????6.21.03.2/1590cos2/1 ???RTF 在進(jìn)行校核的時(shí)候十字軸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力應(yīng)該分別滿足公式： 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 10 （3-??wwdFs??????)(241 7） （3-??21)??（ 8） 其中： ：表示為軸頸的直徑，由上圖知 d1=22mm ；1d ：表示油道的直徑，由上圖知 mm ；2 32? ： 表示合力的作用線和根部之間的間距 mm；s 14s ：表示彎曲的許用應(yīng)力值，一般取在 250 到 350 之間；??w? ：表示為 切應(yīng)力 τ的許用值，一般在 80 到 120 之間。? 計(jì)算得： ??????a350~204.2833216.0.32441 MPMPadFs ww ????????? ?????Pa~.5.1221 ??? 通過(guò)計(jì)算結(jié)果我們可以看到彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力都是滿足要求的，所以十字軸式萬(wàn)向 節(jié)的設(shè)計(jì)是合理的。 3.4 滾針軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.4.1 滾針軸承的選擇 由傳動(dòng)軸的已知參數(shù)再結(jié)合十字軸的尺寸大小，初步選定滾針軸承的個(gè)數(shù)、尺寸如 下。 表 3.3 軸承的初選 3.4.2 滾針軸承的計(jì)算與校核 在合力作用下的滾針軸承受到的最大的載荷計(jì)算公式： （3- 9） 其中： ：表示每列滾針的個(gè)數(shù)，由上圖知 ；Z28?Z 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11 ：表示滾針的列數(shù)，由上圖知 ；i 1?i 計(jì)算得： N 8.3470281646.??iZFn 接觸應(yīng)力的判斷公式為： （3- 10） 其中： ：表示滾針的直徑， mm；0d3d0? ：表示滾針的長(zhǎng)度， mm；bL15bL 計(jì)算得： MPa??320~a46.258.47327127 ??????????????????? jnj MPlFd ?? 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 為3000~3200MPa, 所以說(shuō)滾針軸承的設(shè)計(jì)是滿足條件的。j????? 3.5 花鍵軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.5.1 花鍵軸的選擇 花鍵軸的添加是為了改變傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度，它的一端是直接與軸固定在一起的，另一 端是可以滑動(dòng)的，花鍵軸的尺寸是按照推薦表和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初選，如下表： 表 3.4 花鍵軸的選擇 3.5.2 花鍵軸的計(jì)算與校核 花鍵軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算公式為： （3- 11） 其中： ：表示花鍵的內(nèi)輪廓直徑， mm。hd30?hd 計(jì)算得： MPaPa2903.156??????h 第 3 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 12 從計(jì)算結(jié)果可以看到滿足設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求。 花鍵齒許用應(yīng)力的計(jì)算公式為： （3- 12） 其中： ：表示花鍵的內(nèi)輪廓直徑， mm；hd30?hd ：表示花鍵的外輪廓直徑， mm；D5D ：表示花鍵的有效長(zhǎng)度， mm；hL14hL ：表示花鍵的總齒數(shù)， ；0n60n ：表示花鍵轉(zhuǎn)矩分布的系數(shù)， 。K? .'?K 計(jì)算得： MPa46.21.023-5.043.5.0419????? 材料的許用擠壓應(yīng)力為 ，而 ,花鍵的設(shè)置是滿足條件的。??a~Py????y?＜ 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 13 4 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 4.1 傳動(dòng)軸的建模 1）先打開(kāi)繪圖軟件，在菜單欄里找到零件設(shè)計(jì)模塊，單擊進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。 2）在工具欄中找到旋轉(zhuǎn)按鈕并點(diǎn)擊，在彈出的彈框中單擊按鈕選擇草繪平面，選擇 完之后就會(huì)直接進(jìn)入草繪界面；這個(gè)時(shí)候就直接根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)把草圖畫(huà)出來(lái)。 3）在草圖完成之后單擊退出工作臺(tái)的命令按鈕，根據(jù)對(duì)話框的提示把軸線給選擇好 然后點(diǎn)擊“確定” ，傳動(dòng)軸的模型圖就完成了，如圖 4.1 所示。 圖 4.1 傳動(dòng)軸的三維圖 4.2 軸承的建模 4.2.1 滾針的建模 1）打開(kāi)繪圖軟件，在菜單欄里找到的零件設(shè)計(jì)模塊，單擊進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。在進(jìn)入設(shè) 計(jì)界面的時(shí)候?qū)ξ募M(jìn)行重命名，然后再選擇定義凸臺(tái)，在彈出的彈框中單擊選擇草繪 平面：進(jìn)入草繪平面后作一個(gè)圓，如圖 4.2 所示。 圖 4.2 滾針 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 14 2）完成草繪之后退出工作臺(tái)，輸入滾針長(zhǎng)度后點(diǎn)擊確定生滾針的模型圖。 圖 4.3 滾針 4.2.2 軸承保持架的建模 1）打開(kāi)繪圖軟件，在菜單欄里找到的零件設(shè)計(jì)模塊，單擊進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。在進(jìn)入設(shè) 計(jì)界面的時(shí)候?qū)ξ募M(jìn)行重命名，完成之后就能是零件設(shè)計(jì)界面了。 2）在工具欄里找到打拉伸選項(xiàng)并點(diǎn)擊，然后在彈出的對(duì)話框的提示下選擇一個(gè)草繪 平面進(jìn)行畫(huà)圖，在草繪平面里畫(huà)兩個(gè)圓，直徑分別為 27mm 和 29mm，如圖 4.4 所示。 圖 4.4 套筒草圖 3）在草圖完成之后單擊退出工作臺(tái)的命令按鈕，在跳出的對(duì)話框中輸入拉伸長(zhǎng)度， 確定之后薄壁套筒三維模型就建成了，如圖 4.5 所示。 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 15 圖 4.5 套筒 4）在工具欄中找到定義凹槽的按鈕并點(diǎn)擊，在彈出的定義對(duì)話框中選取草繪平面， 在圓壁上繪制一個(gè)矩形；完成后點(diǎn)擊退出工作臺(tái)的命令按鈕，退出后再選擇一個(gè)限制曲 面，確定之后凹槽就繪制完成了，如圖 4.6 所示。 圖 4.6 保持架的凹槽 5）在插入工具欄中找到圓形陣列并點(diǎn)擊，在彈出的對(duì)話框中輸入所需數(shù)據(jù)，實(shí)例的 值 28，角度間距的值 12.857，如圖 4.7 所示。 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 16 圖 4.7 軸承保持架的三維圖 4.2.3 軸承內(nèi)圈的建模 1）打開(kāi)繪圖軟件，在菜單欄里找到的“零件設(shè)計(jì)”模塊，單擊進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。在進(jìn) 入設(shè)計(jì)界面的時(shí)候?qū)ξ募M(jìn)行重命名，之后就進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面了。 2）在工具欄里找到拉伸選項(xiàng)并點(diǎn)擊，然后在彈出的對(duì)話框的提示下選擇一個(gè)草繪平 面進(jìn)行畫(huà)圖，在草繪平面里畫(huà)兩個(gè)同心圓，直徑分別為 27mm 和 22mm。在草圖完成之后 單擊退出工作臺(tái)的命令按鈕，在跳出的對(duì)話框中輸入拉伸長(zhǎng)度，點(diǎn)擊確定之后軸承內(nèi)圈 的建模就完成了，如圖 4.8 所示。 圖 4.8 內(nèi)圈 4.2.4 軸承外圈的建模 1）打開(kāi)繪圖軟件，在菜單欄里找到的零件設(shè)計(jì)模塊，單擊進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。在進(jìn)入設(shè) 計(jì)界面的時(shí)候?qū)ξ募M(jìn)行重命名，之后就進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面了。 2）在工具欄里找到拉伸選項(xiàng)并點(diǎn)擊，然后在彈出的對(duì)話框的提示下選擇一個(gè)草繪平 面進(jìn)行畫(huà)圖，在草繪平面里畫(huà)兩個(gè)同心圓，直徑分別為 30mm 和 33mm。在草圖完成之后 單擊退出工作臺(tái)的命令按鈕，在跳出的對(duì)話框中輸入拉伸長(zhǎng)度，點(diǎn)擊確定之后軸承外圈 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 17 的建模就完成了，如圖 4.9 所示 圖 4.9 外圈 3）單擊工具欄中的旋轉(zhuǎn)體按鈕，在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊草圖按鈕，選擇軸線所在的 平面進(jìn)入草圖繪制平臺(tái)。然后繪制所要開(kāi)槽的輪廓線和旋轉(zhuǎn)軸，退出草圖繪制平臺(tái)，最 后點(diǎn)擊確定按鈕，旋轉(zhuǎn)開(kāi)槽創(chuàng)建完成，如圖 4.10 所示。 圖 4.10 旋轉(zhuǎn)槽 4.3 十字軸的建模 1）打開(kāi)繪圖軟件，在菜單欄里找到的“零件設(shè)計(jì)”模塊，單擊進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。在進(jìn) 入設(shè)計(jì)界面的時(shí)候?qū)ξ募M(jìn)行重命名，完成后就進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面了。 2）在工具欄里找到拉伸選項(xiàng)并點(diǎn)擊，然后在彈出的對(duì)話框的提示下選擇一個(gè)草繪平 面進(jìn)行畫(huà)圖，在草繪界面畫(huà)一個(gè) 36mm×36mm 的矩形，草圖完成之后單擊退出工作臺(tái)的 命令按鈕，在跳出的對(duì)話框中輸入拉伸長(zhǎng)度，確定之后如圖 4.11 所示。 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 18 圖 4.11 凸臺(tái) 3）按照數(shù)據(jù)在長(zhǎng)方體上再繪制出兩個(gè)凸臺(tái)，如圖 4.12 所示。 圖 4.12 凸臺(tái) 4）對(duì)兩個(gè)圓柱體凸臺(tái)進(jìn)行陣列操作，完成之后再進(jìn)行開(kāi)油孔、油槽等，如圖 4.13 所示。 圖 4.13 十字軸萬(wàn)向節(jié) 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 19 4.4 萬(wàn)向節(jié)叉的建模 1）打開(kāi)繪圖軟件，在菜單欄里找到的“零件設(shè)計(jì)”模塊，單擊進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。在進(jìn) 入設(shè)計(jì)界面的時(shí)候?qū)ξ募M(jìn)行重命名，完成后就進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面了。 2）在工具欄里找到拉伸選項(xiàng)并點(diǎn)擊，然后在彈出的對(duì)話框的提示下選擇一個(gè)草繪平 面進(jìn)行畫(huà)圖，在草繪界面依數(shù)據(jù)畫(huà)圓，草圖完成之后單擊退出工作臺(tái)的命令按鈕，在跳 出的對(duì)話框中輸入拉伸長(zhǎng)度，單擊確定，將此步驟重復(fù) 3 次得到如下圖的基礎(chǔ)凸臺(tái)，圖 4.14 所示。 圖 4.14 凸臺(tái) 3）先對(duì)最下面的圓柱體進(jìn)行定義凹槽，完成之后進(jìn)行陣列，對(duì)最上面的凸臺(tái)多次進(jìn) 行定義凹槽，操作結(jié)束之后萬(wàn)向節(jié)叉就完成了。如圖 4.15 所示。 圖 4.15 萬(wàn)向節(jié)叉 4.5 傳動(dòng)裝置的裝配 1）先打開(kāi)繪圖軟件，在菜單欄里找到裝配設(shè)計(jì)模塊，修改文件名為“zhuang pei tu” ， 確定之后進(jìn)入界面。 2）先點(diǎn)擊按鈕添加部件，第一個(gè)部件是傳動(dòng)軸，添加完成之后對(duì)其進(jìn)行約束。 第 4 章 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的三維建模 20 3）繼續(xù)點(diǎn)擊按鈕添加部件，第二個(gè)部件是十字軸，對(duì)兩個(gè)部件進(jìn)行相合、約束等。 4）繼續(xù)點(diǎn)擊按鈕進(jìn)行添加部件，再相添加約束，重復(fù)以上操作。 5）最后將裝配好的軸承添加進(jìn)去， 裝配總圖就完成了，圖 4.16 所示。 圖 4.16 裝配總圖 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 21 5 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 5.1 建立萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元模型 因?yàn)?ANSYS 軟件能夠直接導(dǎo)入 CATIA 軟件所畫(huà)的圖，所以就不需要用 ANSTS 再 進(jìn)行模型的建立，直接導(dǎo)入就好了。 5.1.1 導(dǎo)入過(guò)程 1）打開(kāi) ANSYS 軟件，按順序點(diǎn)擊 FileImportCATIA，然后選擇已有的傳動(dòng)軸的 CATIA 模型（ CATIA 模型用 model 格式保存） ； 2）文件導(dǎo)入后所顯示出來(lái)的全部是線條，要將它轉(zhuǎn)換成實(shí)體模型，路徑為 PlotCtrlsStyleSolid Model Facets，將彈出的對(duì)話框中的 wireframe 改為 Normal Faceting，這樣就會(huì)轉(zhuǎn)換出實(shí)體模型，如圖 5.1 所示。 圖 5.1 傳動(dòng)軸實(shí)體 5.2 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)剛度分析 5.2.1 單元類型的定義 在傳動(dòng)軸的實(shí)體模型顯示出來(lái)后就要對(duì)單元類型進(jìn)行定義，路徑為 Main Menu Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete，在顯示出來(lái)的 Element Types 對(duì)話框中單擊 Add 并進(jìn)行如下的設(shè)置： 在左側(cè)的選擇框中選擇 Structural solid； 在右側(cè)的選項(xiàng)框中選擇 8 node 185。 最后在下面的 Element type reference number 空格中輸入 1。 完成之后點(diǎn)擊 Close 關(guān)閉對(duì)話框，如圖 5.2 所示。 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 22 圖 5.2 定義單元類型 5.2.2 材料屬性的定義 單元類型選擇結(jié)束后還要定義材料屬性，路徑是 Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models,隨后在彈出 Define Material Model Behavior 的對(duì)話框的右側(cè) Material Models Available 選項(xiàng)框中依次選擇 StructurallinearElasticIsotropic,最后在 linear Isotropic Properties for Material 對(duì)話框中進(jìn)行材料屬性的設(shè)置： 在上面的 EX 項(xiàng)中輸入彈性模量 2.08E11 在下面的 PRXY 項(xiàng)中輸入泊松比 0.3。 隨后點(diǎn)擊 OK 就會(huì)返回到 Define Material Model Behavior 對(duì)話框，在該對(duì)話框的菜單 欄中依次點(diǎn)擊 MaterialExit 就會(huì)退出此過(guò)程，如圖 5.3、5.4 所示。 圖 5.3 材料屬性定義 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 23 圖 5.4 屬性設(shè)置 5.2.3 劃分有限元網(wǎng)格模型 選擇菜單欄中的 Preprocessor，隨后依次點(diǎn)擊 Meshing 和 Mesh Tool，在跳出的對(duì)話 框中進(jìn)行網(wǎng)格化的設(shè)置，將 Smart Size 選中然后將滾動(dòng)條拖到最小，然后選中 Free 表示 是自由網(wǎng)格，完成設(shè)置后就點(diǎn)擊 Mesh，在隨后彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊 Pick All 按鈕并選中 傳動(dòng)軸實(shí)體，這樣就完成了使用網(wǎng)格劃分工具 Mesh Tool 對(duì)傳動(dòng)軸換分有限元網(wǎng)格模型。 網(wǎng)格選用的是 SOLID185 實(shí)體單元，單元由 8 節(jié)點(diǎn)組成。如圖 5.5 所示。 圖 5.5 傳動(dòng)軸的網(wǎng)格劃分 5.2.4 施加載荷并執(zhí)行求解 在施加載荷和分析的時(shí)候第一步就是選擇分析類型，在菜單欄下的路徑依次選擇 Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，在隨后跳出的對(duì)話框中選中 Static，隨 后點(diǎn)擊 OK 就可以了，如圖 5.6 所示。 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 24 圖 5.6 選擇靜態(tài)分析 在設(shè)置完分型類型之后就要來(lái)做設(shè)計(jì)時(shí)間，在分析過(guò)程中它是計(jì)算的跟蹤參數(shù)，這 也是必不可少的設(shè)置。設(shè)置途徑 Main MenuSolutionAnalysis TypeSol’n Control,在跳出 的對(duì)話框中選擇 Basic，然后將 Time at end of load step 的屬性值設(shè)置為 1，意思就是總時(shí) 間為 1 秒。將 Time step size 的屬性值設(shè)置為 0.2，意思就是時(shí)間增量為 0.2。最后將 Frequency 設(shè)置為 Write every Nth sub step,意思就是所有的結(jié)果都輸出文件，然后點(diǎn)擊 OK 就完成了設(shè)置，如圖 5.7 所示。 圖 5.7 時(shí)間設(shè)置 在設(shè)置完時(shí)間之后，就要設(shè)置約束和扭矩的施加，對(duì)最左側(cè)的面施加一個(gè)約束，在 右側(cè)的花鍵軸上施加一個(gè)大小為 1590 的扭矩，施加約束的途徑是 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas，在跳出的選項(xiàng)框 中點(diǎn)擊 pick 然后拾取左側(cè)的面，然后在 Apply U,ROT on Areas 選項(xiàng)框中選擇 All DOF,其 他的選項(xiàng)都設(shè)置成默認(rèn)值，完成了約束的設(shè)置之后要施加扭矩，路徑依次選擇 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes,在彈出對(duì)話框中 點(diǎn)擊 pick，選中建立在軸外的那個(gè)點(diǎn)，選取完成后點(diǎn)擊 Apply 在彈出的對(duì)話框中進(jìn)行扭矩 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 25 的施加，將 VALUE Force/moment value 的屬性設(shè)置為 1590N M，即扭矩的大小為 1590N? M,其它不變，設(shè)置完之后點(diǎn)擊 OK，如圖 5.8、5.9 所示。? 圖 5.8 約束施加 圖 5.9 扭矩施加 5.2.5 結(jié)果和后處理過(guò)程 載荷施加完成之后就要進(jìn)行求解，過(guò)程為 Main MenuSolutionSolveCurrent LS,這 時(shí)會(huì)彈出一個(gè)為 Solve Current Load Step 的對(duì)話框和 STAT Command 窗口。當(dāng) STAT Command 窗口中的顯示沒(méi)有錯(cuò)誤的時(shí)候，就將它關(guān)閉，然后點(diǎn)擊 Solve Current Load Step 對(duì)話框中的 OK 開(kāi)始求解。求解完成時(shí)，會(huì)有對(duì)話框彈出來(lái)，上面顯示 “Solution is done!”,這就是已經(jīng)成功完成了分析，如圖 5.10、5.11 所示。 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 26 圖 5.10 計(jì)算過(guò)程 圖 5.11 計(jì)算結(jié)束 在求解結(jié)束之后，我們要讓結(jié)果顯示出來(lái)，操作依舊是選擇菜單，按順序依次點(diǎn)擊， Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour plotNodal Solu,在彈出的對(duì)話框中進(jìn)行 如下的設(shè)置： Item to be contoured 的設(shè)置依次為 Nodal Solution DOF solution Displacement vector sum。 Undisplaced shape key 項(xiàng)設(shè)置為 Deformed shape only, Scale Factor 選項(xiàng)設(shè)置為 Auto Calculated。 然后點(diǎn)擊 Additional Options，在彈出的選項(xiàng)框中進(jìn)行如下設(shè)置： 將 Scale Factor contact items 項(xiàng)的屬性值設(shè)置為 1.0； Number of facets per slsment edge 選項(xiàng)選擇設(shè)置為 Corner only。 最后點(diǎn)擊 OK。如圖 5.12、5.13 所示 第 5 章 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的有限元靜力分析 27 圖 5.12 位移云圖 圖 5.13 應(yīng)力云圖 以實(shí)際數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) CATIA 進(jìn)行三維建模和 ANSYS 的分析，分析得出在傳動(dòng)軸上施加 上扭矩之后，位移最大的部分是軸管的右端，位移大小為 ，位移的變化量很小，m109.2-? 應(yīng)力最大的是軸管處，最大值為 3.9MPa，遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力 300MPa，軸角度變化最大 為 ,計(jì)算可得軸每米的扭轉(zhuǎn)角為 ，略小于實(shí)際計(jì)算所得值 ，??10-4. m/15.0? /162.0? 認(rèn)為這個(gè)傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)剛度是合格的。 第 6 章 結(jié)論 28 6 結(jié)論與展望 本設(shè)計(jì)在閱讀了大量有關(guān)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)資料的基礎(chǔ)之上，再結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情 況和課題的研究手段等；對(duì)汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行了計(jì)算設(shè)計(jì)。裝置的類型經(jīng)過(guò)對(duì)比和 推敲確定了選用了十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。本文的設(shè)計(jì)方法如下： 1）確定萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和樣式，最終確定使用可伸縮的十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。 2）在設(shè)計(jì)的方案大體確定之后，就要對(duì)傳動(dòng)裝置的零部件進(jìn)行計(jì)算。包括其中的傳 動(dòng)軸、十字軸、萬(wàn)向節(jié)。在計(jì)算完之后還要對(duì)其進(jìn)行校核，保證設(shè)計(jì)的零部件滿足自己 的使用要求。 3）在所有的計(jì)算和校核完成之后，就是對(duì)他們進(jìn)行三維建模的時(shí)候了。充分利用自 己計(jì)算時(shí)所用的數(shù)據(jù)，以它們?yōu)橐罁?jù)用 CATIA 進(jìn)行三維建模，在各個(gè)零部件的模型建好 之后再使用裝配功能對(duì)它們進(jìn)行裝配。 4)本設(shè)計(jì)是對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度分析，所以我們就將畫(huà)好的傳動(dòng)軸模型導(dǎo)入 ANSYS 進(jìn)行分析。給傳動(dòng)軸施加一個(gè)扭矩，看它的應(yīng)力變化、位移變化和角度變化，通 過(guò)分析判斷傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)剛度是否合格。 汽車(chē)的部件設(shè)計(jì)肯定是相當(dāng)繁雜的，其中的傳動(dòng)裝置更是如此。即使通過(guò)自己的學(xué) 習(xí)對(duì)設(shè)計(jì)有了一定的了解，但是還肯定不可能面面俱到，在設(shè)計(jì)之中可能還會(huì)有一些不 足之處。設(shè)計(jì)過(guò)程中使用 ANSYS 軟件進(jìn)行輔助確實(shí)便利了很多，但是還是會(huì)有些許的小 誤差。因?yàn)槿S圖在導(dǎo)入過(guò)程中會(huì)有一些的簡(jiǎn)化，這些簡(jiǎn)化方便了分析過(guò)程中的操作的 同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，但是這些小的誤差并不會(huì)影響最終的設(shè)計(jì)結(jié)果。 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置在未來(lái)會(huì)有著更好的發(fā)展：它的精密程度會(huì)越來(lái)越高、標(biāo)準(zhǔn)化程度也 會(huì)不斷提高，在其它的一些新興領(lǐng)域也會(huì)有更多的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 29 參考文獻(xiàn) [1] 陳家瑞．汽車(chē)構(gòu)造：下冊(cè) [M]．第 3 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009． [2] 王望予．汽車(chē)設(shè)計(jì) [M]．第 4 版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004． [3] 王國(guó)慶．龔國(guó)慶．汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) [M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社， 2009． [4] 智淑亞．汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M]. 第 1 版. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社，2014． [5] 范欽珊、殷雅俊主編．材料力學(xué) [M]．北京：清華大學(xué)出版社，2008． [6] 丁源．劉慶偉．CATIA V5 R21 從入門(mén)到精通 [M]．北京：清華大學(xué)版社， 2012． [7] 王新榮．陳永波主編．有限元法基礎(chǔ)及 ANSYS 應(yīng)用[M] ．北京：科學(xué)出版社， 2008． [8] 陳立德．機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) [M] .第三版. 高等教育出版社 ，2012． [9] 詹熙達(dá)主編． CATIA V5 R20 快速入門(mén)教程[M].第三版.機(jī)械工業(yè)出版社，2015． [10] 郝勇．鐘禮東 .ANSYS 15.0 有限元分析完全自學(xué)手冊(cè)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版 社，2015． [11] 吳宗澤 .機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2006． [12] 賈奎．汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)十字軸失效分析[J]．機(jī)械工程師， 2011(7)：174～175． [13] 龔曙光 .ANSYS 基礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002． [14] 郭慧玲 .傳動(dòng)軸的優(yōu)化設(shè)計(jì) [J]. 機(jī)械傳動(dòng), 2008, 32 (6)．. 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