论文总字数：17754字

摘 要

万向传动装置是汽车传动系统的重要组成部分，它一般由传动轴与万向节构成。它的功用是柔性地联接两根距离和夹角时常改变的轴，并且稳定地传递动力。万向传动装置诞生在二十世纪初，它在汽车工业中的地位举足轻重。

在本次毕设中，我按照任务书给定的参数和要求，完成了以下工作：（1）确定了万向传动的布置方案，选择了两轴三万向节的布置形式；（2）通过参考相似车型的对应参数，对万向传动的零部件参数进行初选；（3）对各零部件进行受力分析，确定校核的公式，并且完成校核。如果初选参数不符合要求，将作适当调整，再次进行校核，直至达到要求；（4）运用CATIA进行三维建模，并使用CAD绘制零件图和万向传动总成装配图；（5）将三维模型导入ANSYS软件，选择单元划分类型，根据所用材料选用对应的杨氏模量和泊松比等参数，然后进行网格划分、输入约束、施加载荷、求解等操作；（6）在后处理阶段，应力分布情况将会通过不同的颜色直观的展现出来。我得出花键轴中部所受应力较大的结论。这为花键轴的优化设计提供了参考。

关键词：传动轴 万向节 设计 校核 CAE

Design of the Universal Transmission Device for Light Bus and CAE Analysis of Key Components

ABSTRACT

The universal transmission device is an important part of the automotive transmission system. It is generally composed of a transmission shaft and a universal joint. Its function is to flexibly connect two shafts whose distances and angles change from time to time, and transmit power stably.The universal transmission was born at the beginning of the 20th century. Its position in the automotive industry plays a decisive role.

In this graduation project， I completed the following tasks according to the parameters and requirements given in the task book: (1) The layout scheme of the universal transmission was determined, and the layout of two-axis and three-joint joints was selected; (2) By referring to the corresponding parameters of the similar models, the primary parameters of the components of the universal transmission are selected; (3) The force analysis of each component is performed, the formula for calibration is determined, and the calibration is completed. If the primary parameters do not meet the requirements, they will be appropriately adjusted and checked again until they meet the requirements; (4) Using CATIA for 3D modeling and using CAD to draw the parts drawings and the assembly diagram of the universal drive assembly; (5) The three-dimensional model is imported into ANSYS , and the unit division type is selected. The corresponding Young's modulus and Poisson's ratio are selected according to the materials used, and then the operations such as meshing, input constraints, load application, and solution are performed; (6) At the stage of after-processing , the stress distribution will be visualized through different colors. I conclude that the stress in the middle of the spline shaft is greater. This provides a reference for the optimum design of the spline shaft.

Keywords：Universal transmission device；Universal joint；Design ；Check；CAE

目 录

摘　　要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1. 选题的目的和价值 1

1.2. 国内研究情况和前景预测 1

1.2.1万向传动研究情况和未来趋势 1

1.2.2 CAE分析的情况与未来趋势 2

1.3. 研究内容及所用途径 3

1.3.1万向传动方案的确定 3

1.3.2万向节的参数选择 3

第二章 万向传动装置设计计算 5

2.1传动轴总成设计 5

2.1.1布置方案选择 5

2.1.2轴的设计和校验 6

2.1.3花键的设计 9

2.1.4小结 10

2.2万向节总成的设计 11

2.2.1万向节的分类 11

2.2.2十字轴的设计 11

2.2.3滚针轴承的设计 13

2.2.4联接元件的设计 15

2.2.5小结 16

2.3经济性分析 17

第三章 万向传动关键件三维建模 18

3.1 CATIA软件的简单介绍 18

3.2 实现三维建模的步骤 18

3.2.1前期的准备工作 18

3.2.2扫描过程 18

3.3采用Geomagic 软件加工点云信息 18

3.3.1 Geomagic 的简要介绍 18

3.3.2处理点云数据 19

3.3.3曲面重构及实体化 19

3.3.4 三维数模转而为工程设计图 19

第四章 万向传动关键件ANSYS分析 25

4.1ANSYS简单介绍 25

4.2传动轴的CAE模型获取 25

4.3万向传动轴的 ANSYS 分析步骤 25

第五章 总结展望 31

参考文献 32

致 谢 34

第一章 绪 论

选题的目的和价值

万向传动装置作为汽车传动系统的重要组成部分，如果其布置方案选择以及设计的不够恰当会产生一定的附加载荷，这对汽车传动系统而言是不利的。所以如何恰当地选择和设计传动系从而减少这种附加的负荷、优化整个传动系统的性能就变得十分重要了。是以，万向传动装置的设计在汽车结构改进或者创新中起着举足轻重的作用。

国内研究情况和前景预测

1.2.1万向传动研究情况和未来趋势

在汽车行业不断繁荣壮大下，万向节和传动轴的设计和制造也迎来了它的春天。众所周知，新产品要想受到认可并且成功地投放到市场，首先要满足客户对其强度，刚度，寿命等方面的要求，这些要求是保证使用性能和质量的前提。同时它的价位要足够恰当，能够得到绝大数部分客户认可。减少零件材料的用量既可以节省材料从而降低成本，又可以减轻总成的重量，从而提高性能，不失为一举多得的好策略。在“八五”计划实施之后，等速万向节的研究受到了国家重视，国家对应政策也随之向其倾斜。十一届三中全会之后，大量公有制企业股份化，大量合资企业诞生。在机械制造兴起的大环境下，汽车行业，传动轴行业萌发出新的活力和生机。中国已经发展成为NO.2经济体 , 各种行业都处在上升的途中，汽车行业承担起工业化升级的主力任务^[1]。经过最初的亦步亦趋学习再到后来独立自主创新，我们在此方面得到了提高，也奠定了厚实的基础。这让汽车行业迎来了下一个春光明媚的高速发展时机。德国首创的工业四点零目标现在变成了国家大局规划的一个部分^[2]。因为我国在该方面的研究开始的相对滞后，所以在品设与制造方面和发达国家相比较，研究水平较低，产品质量不高等问题就相对突出了。

全世界的轿车数目不断增长，并且在长期内保持上升的趋势，故尾气排放量，资源浪费等全球性问题日益明显，我们赖以生存的环境面临巨大威胁。根据前文讲述的内容，减少或替换零件生产所用的材料能够定向定量地降低整车的重量，有利于降低油耗，减少尾气的排放量。无论是目前大热的新能源汽车还是其他正在研究的新型汽车都有必要在轻量化方面下足功夫。目前，轻量化的主要实现路子有2条，一条是通过减少总零件的数目，去除零件意义不大的部分或者是优化或创造新的布局。第二种是在保证使用要求的前提下，选择密度更低，价格低廉的非金属材料。零件轻量化设计如日中天的进步和信息技术息息相关^[3]。比如目前常用的三维设计软件有Catia、SolidWorks、CAD。应力分析软件比较有代表性也是最常用的是ANSYS软件。三维模型的动力学过程模拟程序有Adams等，当然有些三维建模软件自带这个部分。万向节及传动轴的设计正向着“5i”方向发展，体系也越来越成熟。

1.2.2 CAE分析的情况与未来趋势

就机械工程范畴而言，目前比较火的应力分析软件是ANSYS。在计算机技术迅猛发展的大背景下，旧软件的优化和更新以及新软件的研发和投入使用不再是蜗牛爬行。中国自改革开放以来经济一路稳步腾飞，目前的中国已经是世界第二大经济体。蛋糕已经做得够大了，我们接下去思考的应该是如何把蛋糕做得美味精致。同样的道理，在科学技术方面，我们也应该从“干粗活”到“干细活”方面转变。这要求中国的发展眼光渐渐向世界的高标准看齐。近年来大学生数量和质量提升，每年有大量优质的人才加入到这个行业中来。教育经费提升，海外人才的引进，国家政策的利好，行业发展的必然趋势，业内人员的认识拓宽等等，这些因素促使计算机辅助工程不再被束之高阁，而是飞入到了寻常百姓家。CAE的滥觞及成长源于现代力学研究以及信息技术，对口社会生产需求^[4]。CAE的分析可以说涉及各行各业，在任何一方面都有其用武之地。它的数值模拟和分析技术于海外收到大力的支持，连锁效应，其他的许多搭边领域也蓬勃发展^[5]。由于之前中国较美国在该方面的起步与发展，软件垄断等情况，目前国内CAE这块没有深厚的底子，很多软件和技术需要从国外引进。领导层总是把CAE 技术当成模拟,没看到和它对应的和的关键性, 导致这类技术不能良好的发挥效用^[6]。但是这并不影响国内CAE技术的发展态势，尤其是国内的有些汽车企业开始大量招募CAE分析人员，由此可见一斑。综上所述，中国在CAE分析方面留有许多空白，这些空白代表着机遇，通过发掘机遇，抓住机遇，我们将在该领域大有作为。

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