基于ANSYS的汽車傳動(dòng)軸有限元分析,基于,ansys,汽車,傳動(dòng)軸,有限元分析 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 基于ANSYS的汽車傳動(dòng)軸有限元分析 學(xué)生姓名： 二級(jí)學(xué)院： 班　　級(jí)： 提交日期： 目錄 1 目錄 摘 要 II Abstract III 1 緒 論 1 1.1 選題的背景和主要內(nèi)容 1 1.2 課題國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史與趨勢(shì) 1 1.3傳動(dòng)軸的功用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2 1.4傳動(dòng)軸關(guān)鍵零部件 2 2有限元理論基礎(chǔ)和相關(guān)軟件簡(jiǎn)介 4 2.1有限元思想與理論 4 2.1.1 有限元基本思想 4 2.1.2 有限元求解的基本步驟 4 2.2 CATIA軟件簡(jiǎn)介 5 3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與建模 6 3.1傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案 6 3.1.1 原始參數(shù) 6 3.1.2 分析傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案 6 3.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 8 3.2.1 萬(wàn)向傳動(dòng)軸載荷的確定 8 3.2.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 8 3.3傳動(dòng)軸的三維建模 9 4傳動(dòng)軸的有限元分析 11 4.1 傳動(dòng)軸的靜態(tài)分析 11 4.2 傳動(dòng)軸的頻率分析 18 5 結(jié)論與展望 22 參考文獻(xiàn) 23 致謝 24 I 摘要 基于ANSYS的汽車傳動(dòng)軸有限元分析 摘 要 課題是以運(yùn)動(dòng)型多用途汽車哈佛H9作為參考，研究的主要內(nèi)容是傳動(dòng)軸。本文首先會(huì)簡(jiǎn)單介紹一些傳動(dòng)軸的基本知識(shí)及其發(fā)展方向，以及有限元的思想和CATIA機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。接下來(lái)會(huì)根據(jù)所選汽車的相關(guān)性能和參數(shù)對(duì)傳動(dòng)軸的類型進(jìn)行選擇，并計(jì)算出對(duì)傳動(dòng)軸需要承載的載荷，再對(duì)其長(zhǎng)度和直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后也是本課題的重點(diǎn)部分就是運(yùn)用CATIA軟件對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行建模及有限元分析。在CATIA的機(jī)械設(shè)計(jì)模塊中，根據(jù)之前的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立傳動(dòng)軸的三維模型，再在有限元分析模塊中分別對(duì)所建模型進(jìn)行靜態(tài)和頻率分析。靜態(tài)分析主要是看傳動(dòng)軸在指定載荷下整體的應(yīng)力分布情況，判斷受載荷最大處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力是否超過(guò)了材料的許用應(yīng)力，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。頻率分析則是為了得到傳動(dòng)軸的固有頻率，推算它的臨界轉(zhuǎn)速，分析此時(shí)傳動(dòng)軸的應(yīng)力分布情況。 關(guān)鍵詞：傳動(dòng)軸，三維建模，CATIA，靜態(tài)分析，頻率分析 III Abstract Based on ANSYS to the finite element analysis of automobile transmission shaft Abstract The topic is based on the sport utility vehicle Harvard H9 as a reference, the main content of the study is the transmission shaft. This paper first introduces some basic knowledge of the transmission shaft and its development direction, as well as the idea of finite element and CATIA mechanical design software. Then select the type of the drive shaft according to the relevant performance and parameters of the selected car, and calculate the load on the drive shaft, and then design the length and diameter of the drive shaft. Finally is the key part of this project is the use of CATIA software for modeling and finite element analysis of the transmission shaft. In the mechanical design module of CATIA, the 3D model of the drive shaft is established according to the previous design data. The static and frequency analysis of the model are carried out in the finite element analysis module.Static analysis is mainly to observe the stress distribution of the transmission shaft under the specified load,then judge whether the maximum stress is more than the allowable stress of the material and verify the rationality of the design. Frequency analysis is to get the natural frequency of the drive shaft, calculate the critical speed, and analyze the stress distribution of the drive shaft at this time. Key words: Transmission shaft , 3D modeling ,CATIA ,Static analysis, frequency analysis 第1章 緒論 1 緒 論 1.1 選題的背景和主要內(nèi)容 根據(jù)我國(guó)工信部最新的統(tǒng)計(jì)資料，中國(guó)2015年的汽車銷量已經(jīng)達(dá)到2472.39萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)6.3%和2649.29萬(wàn)輛。如此龐大的銷量在最近的七年內(nèi)在全球所有國(guó)家中名列前茅。上個(gè)世紀(jì)雖然汽車工業(yè)在我國(guó)有所發(fā)展，但始終都停留在起步階段，工業(yè)化程度低，制作成本高，所以汽車一直都是屬于上層社會(huì)的奢侈品，普通人難以接觸。改革開放以后，人們的生活水平提高了，社會(huì)的生產(chǎn)力也大幅提高，人們開始追求更有品質(zhì)的生活，消費(fèi)市場(chǎng)開始慢慢變成熟，政府也開始和國(guó)外汽車公司合作，我國(guó)的汽車行業(yè)開始進(jìn)入飛速發(fā)展的時(shí)期。制造汽車不可缺少鋼材，汽車的運(yùn)行也離不開能源，鋼鐵、能源等傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展也因此被帶動(dòng)，并且還催生出一大批先進(jìn)制造工業(yè)技術(shù)。新世紀(jì)以后，汽車再也不是一個(gè)平民百姓可望而不可即的奢侈品，發(fā)達(dá)的生產(chǎn)力，成熟的技術(shù)，使普通人也用得起一輛一般汽車，而今汽車已經(jīng)融入了每個(gè)人的生活。運(yùn)動(dòng)型多用途汽車哈弗H9的傳動(dòng)軸是本課題的研究對(duì)象。傳動(dòng)軸是汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，故本課題將重點(diǎn)利用CATIA軟件對(duì)傳動(dòng)軸三維建模并用分析與模擬模塊進(jìn)行強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速校核。 1.2 課題國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史與趨勢(shì) 十九世紀(jì)五十年代，傳動(dòng)軸的技術(shù)尚且不是很成熟，銷售量就已經(jīng)達(dá)到了幾十萬(wàn)件。到了八十年代，隨著各種現(xiàn)代生產(chǎn)制造技術(shù)的成熟，汽車工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了勢(shì)不可擋的飛速發(fā)展階段，僅僅一年就銷售了三千五百萬(wàn)虎克萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸，一億套三樞軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸，1.2億套等速萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸。 在國(guó)內(nèi)，傳動(dòng)軸行業(yè)企業(yè)起步的都稍微滯后，在整車制造廠開始興起時(shí)，只有很少一部分完整地具備生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)異的傳動(dòng)軸的能力，絕大多的傳動(dòng)軸的制作都是在汽車零部件生產(chǎn)制造廠內(nèi)加工制作的。在20世紀(jì)50到70年代，隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)入發(fā)展階段，大部分國(guó)有企業(yè)，部分集體企逐步興建。改革開放后，國(guó)有、集體企業(yè)逐步實(shí)行股份制改造，尤其是進(jìn)入20世紀(jì)90年代，一部分企業(yè)與國(guó)外合資，并且大量民營(yíng)資本的加入，更是激發(fā)了市場(chǎng)活力，使得原本比較弱小的傳動(dòng)軸行業(yè)得到了較快的發(fā)展。經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，傳動(dòng)軸技術(shù)逐步走向成熟，特別是改革開放以來(lái)，通過(guò)合資合作，傳動(dòng)軸行業(yè)在管理、技術(shù)、產(chǎn)品等方面從國(guó)外先進(jìn)國(guó)家公司吸收經(jīng)驗(yàn)。如日本小松公司、日本川崎公司、德國(guó)奔馳重型車、德國(guó)DIN5480標(biāo)準(zhǔn)、重型車系列傳動(dòng)軸、斯太爾重型車傳動(dòng)軸等技術(shù)、美國(guó)卡特彼勒公司等世界聞名的公司的先進(jìn)技術(shù)都值得我們學(xué)習(xí)。通過(guò)和外國(guó)優(yōu)秀公司的密切合作，不斷消化吸收這些公司的先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)傳動(dòng)軸產(chǎn)品的工藝水平、產(chǎn)品檔次得到很大提高。 總體上來(lái)說(shuō)，在商用車方面，我國(guó)傳動(dòng)軸產(chǎn)品性能和設(shè)計(jì)水平與國(guó)外先進(jìn)水平存在差距，但是這種差距是在不斷縮小的；除此之外由于我國(guó)加工制作水平在不斷提高，傳動(dòng)軸 2 產(chǎn)品的質(zhì)量也變得越來(lái)越越好，能滿足絕大多數(shù)的汽車的使用標(biāo)準(zhǔn)，競(jìng)爭(zhēng)力也是不容忽視的。但在轎車傳動(dòng)軸方面，盡管我們通過(guò)合資、合作引進(jìn)了技術(shù)和產(chǎn)品，但由于規(guī)格，標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題水土不服，雖然了國(guó)內(nèi)轎車生產(chǎn)的需求基本滿足，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有掌握產(chǎn)品核心技術(shù)，與國(guó)際大型公司公司相比，還存在很大差距。具體體現(xiàn)在：中國(guó)依舊沒(méi)有制定出對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)甚至是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，絕大部分汽車制造廠商又沒(méi)有對(duì)傳動(dòng)軸及其相關(guān)產(chǎn)品制定出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，而先進(jìn)國(guó)家廠商對(duì)傳動(dòng)軸的制作進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)定，且為了避免傳動(dòng)軸總成和驅(qū)動(dòng)半軸產(chǎn)生共振現(xiàn)象，嚴(yán)格地規(guī)定了其振動(dòng)頻率；但在國(guó)內(nèi)，并沒(méi)有相關(guān)的統(tǒng)一規(guī)定致使國(guó)內(nèi)傳動(dòng)軸供應(yīng)商缺乏相關(guān)意識(shí)，對(duì)于傳動(dòng)軸及其零部件隨意組合，這樣會(huì)對(duì)傳動(dòng)軸產(chǎn)生很多不利影響，輕則使其在傳動(dòng)時(shí)失去穩(wěn)定性，讓汽車產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，嚴(yán)重時(shí)會(huì)讓傳動(dòng)軸發(fā)生共振現(xiàn)象而被破壞，使汽車失去控制而導(dǎo)致悲劇。未來(lái)，傳動(dòng)軸大體的發(fā)展方向不外乎以下幾個(gè)方面：一傳動(dòng)軸的廣泛運(yùn)用會(huì)推動(dòng)市場(chǎng)急需制定一個(gè)所有人都認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)，因此其制作將會(huì)越來(lái)越統(tǒng)一；二新材料逐漸被應(yīng)用于工業(yè)技術(shù)的方方面面，汽車行業(yè)也不例外。用新材料制作的傳動(dòng)軸性能將會(huì)更加優(yōu)異，由此一些更加先進(jìn)的加工方法也會(huì)涌現(xiàn)。三技術(shù)的成熟也會(huì)使傳動(dòng)軸變得更加精密與耐用，而且傳動(dòng)效率也會(huì)比以前更高。四未來(lái)傳動(dòng)軸幾乎沒(méi)有人工操作，所有的制作加工都將自動(dòng)化與信息化。 1.3傳動(dòng)軸的功用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 傳動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件，主要職能是把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞至車輪。工作時(shí)會(huì)以一個(gè)較高的速度旋轉(zhuǎn)，因此動(dòng)平衡性能是傳動(dòng)軸質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。通常情況下，傳動(dòng)軸在投入使用之前都會(huì)在制作廠內(nèi)進(jìn)行一個(gè)動(dòng)平衡測(cè)試，如果不符合標(biāo)準(zhǔn)還要進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于前置后驅(qū)的汽車來(lái)說(shuō)，一節(jié)傳動(dòng)軸不能達(dá)到傳動(dòng)的要求，通常會(huì)由好幾節(jié)萬(wàn)向節(jié)連接起來(lái) 一般傳動(dòng)軸主要是由萬(wàn)向節(jié)，軸管和伸縮套構(gòu)成的。萬(wàn)向節(jié)的關(guān)鍵部分是十字軸，十字軸承和凸緣。變速器軸線與驅(qū)動(dòng)橋軸線在汽車運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)由于車身的振動(dòng)而發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生一定的夾角，萬(wàn)向節(jié)的使用就是保證這種變化不影響動(dòng)力的傳遞，并且讓兩者同步轉(zhuǎn)動(dòng)。伸縮套能根據(jù)變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間距離的變化而改變自身長(zhǎng)度。 1.4傳動(dòng)軸關(guān)鍵零部件 （1）萬(wàn)向節(jié) 萬(wàn)向節(jié)是傳動(dòng)軸上一個(gè)非常重要的部件。前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的車輛，傳動(dòng)軸一般安裝在驅(qū)動(dòng)橋與變速器的兩軸線之間，而萬(wàn)向節(jié)用來(lái)連接各節(jié)傳動(dòng)軸；而前置前驅(qū)的汽車，由于傳動(dòng)軸被省略，萬(wàn)向節(jié)安裝在前橋與驅(qū)動(dòng)輪之間，而前橋既負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)又負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向。車輛負(fù)荷發(fā)生變化，兩個(gè)總成安裝位置誤差或者在不平的路面上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生的跳動(dòng)等因素都會(huì)使減速器主軸與變速器主軸軸之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而需要一個(gè)適應(yīng)此變化的裝置來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，萬(wàn)向節(jié)便由此產(chǎn)生。 （2）伸縮套 傳動(dòng)軸伸縮套的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是把花鍵軸焊在傳動(dòng)軸管上，將花鍵套與凸緣叉焊接成一個(gè)整體。新型的的傳動(dòng)軸進(jìn)行了巨大的改進(jìn)，將花鍵軸與凸緣叉制成一體，將花鍵套與傳動(dòng)軸管焊接成一體，并把傳統(tǒng)的矩形齒花鍵改成漸開線大壓力角短齒花鍵，從而既便于擠壓成形又增加了強(qiáng)度，更好地適應(yīng)大轉(zhuǎn)矩工況的需求?；ㄦI軸由于需要傳遞動(dòng)力，鍵齒磨損嚴(yán)重，而伸縮套管的運(yùn)動(dòng)需要潤(rùn)滑，因此可以對(duì)它們進(jìn)行尼龍材料的整體浸涂，這樣不僅了可以使其摩擦阻力減小，使其更加耐磨，而且降低了突發(fā)載荷對(duì)傳動(dòng)軸的沖擊損壞，提高了緩沖能力。 此外，這種傳動(dòng)軸在軸外添加了一個(gè)密閉的金屬套，并在該套的兩端加設(shè)了一個(gè)密封圈，使傳動(dòng)軸處于一個(gè)完全真空的狀態(tài)，與所有的外界因素隔離，保護(hù)了傳動(dòng)軸不受侵蝕。而在潤(rùn)滑方面，只需要在制作時(shí)，在金屬套內(nèi)涂抹潤(rùn)滑油即可，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，不需要再對(duì)其進(jìn)行二次保養(yǎng)，減少了人力物力。 27 第2章 有限元理論基礎(chǔ)和有關(guān)軟件的簡(jiǎn)介 2有限元理論基礎(chǔ)和相關(guān)軟件簡(jiǎn)介 2.1有限元思想與理論 2.1.1 有限元基本思想 有限元的基本思想就是把求解區(qū)域分解成各個(gè)緊密相連單元，單元之間以一定的規(guī)律排列，由于各個(gè)單元可以接近無(wú)限的細(xì)化，因此也可以模擬比較復(fù)雜問(wèn)題。有限元發(fā)可以在各個(gè)單元內(nèi)假設(shè)出近似的函數(shù)，作為一個(gè)數(shù)值分析的方法，求出各個(gè)不同區(qū)域上的假設(shè)的近似函數(shù)的參數(shù)值。用各個(gè)單元上的節(jié)點(diǎn)上的函數(shù)可以近似表達(dá)這個(gè)單元，然后這個(gè)未知函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)在單元分界點(diǎn)上產(chǎn)生一個(gè)未知量，用新的未知量去去取代原來(lái)的無(wú)限個(gè)未知量，從而把原來(lái)無(wú)限的無(wú)法求解的問(wèn)題變成有限的可以求解的問(wèn)題。在求出這些未知量后，便可以根據(jù)相關(guān)的函數(shù)算出每個(gè)單元內(nèi)的函數(shù)值，將這些函數(shù)值綜合起來(lái)便得到了整個(gè)求解域。顯而易見(jiàn)，在單元分解時(shí)，總單元的數(shù)量越多，每個(gè)單元的尺寸將會(huì)變得越小，相關(guān)函數(shù)的精度將會(huì)越高，得到的求解域也會(huì)越精確。假如每個(gè)單元是收斂的，最終會(huì)得到一個(gè)精確解。 2.1.2 有限元求解的基本步驟 通常對(duì)于我們遇到的問(wèn)題，有各種不同的物理性質(zhì)，可以建立具體的不同數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而通過(guò)以下基本步驟來(lái)對(duì)遇到的問(wèn)題進(jìn)行有限元求解： 1） 問(wèn)題及求解域定義。對(duì)于遇到的不同的問(wèn)題，可根據(jù)具體情況，對(duì)求解域的性質(zhì)進(jìn)行定義。 2） 求解域離散化。要將求解域進(jìn)行有限元的網(wǎng)絡(luò)劃分，具體來(lái)說(shuō)，就是把求解域分解為形狀和大小各不相同，但彼此精密相連的有限個(gè)單元。求解域?yàn)檫@些單元的集合體，而這些單元的集合又稱為其離散域。顯然網(wǎng)絡(luò)劃分越細(xì)，即單元越小，越能更好地近似離散域，相關(guān)計(jì)算結(jié)果也就更精確，但不可避免地誤差和計(jì)算量都將擴(kuò)大。因此有限元技術(shù)的關(guān)鍵是求解域的離散化。 3） 確定表示求解域的變量和函數(shù)。通?？梢韵日业揭粋€(gè)分解單元節(jié)點(diǎn)上的值，這些邊界值包含了各種邊界條件，然后通過(guò)這些邊界值把這個(gè)問(wèn)題用微分方程表示出來(lái)。而有限元求解有與其相適應(yīng)的函數(shù)形式，因此必須將得到的微分方程化為等價(jià)的泛函數(shù)。 4） 單元推導(dǎo)。為了得到單元一個(gè)相對(duì)精確的解，必須得到其剛度陣（即單元矩陣）。當(dāng)然單元推導(dǎo)還要遵循很多原則，應(yīng)為保證了求解問(wèn)題的收斂性才能正確求解。在工程應(yīng)用中，要注意確保每個(gè)單元是約束單元，這樣才能解出最終結(jié)果。最好選擇規(guī)則的單元形狀，這樣更有利于分析過(guò)程中的計(jì)算及求解，否則最終結(jié)果會(huì)不夠精確甚至導(dǎo)致求解困難。 5） 綜合解答。通過(guò)單元的連續(xù)條件來(lái)構(gòu)造連續(xù)的單元函數(shù)。通常函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)的構(gòu)造通常是在相鄰單元的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，從而保證函數(shù)的連續(xù)性。 6） 得出結(jié)果與驗(yàn)證。方程有各種不同的求解方法，而常用的方法有隨機(jī)法和直接法等方法，得到的結(jié)果往往還是不夠精確，因此還要將計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的準(zhǔn)許值進(jìn)行對(duì)比，如果誤差太大，還需重新建立模型，反復(fù)計(jì)算，從而保證計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量。 綜上所敘，有限元法可分為前處理，處理，后處理三個(gè)部分。前處理是對(duì)遇到的問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)定義，然后單元分解，網(wǎng)格劃分。處理則是根據(jù)單元節(jié)點(diǎn)得到相關(guān)的合理方程求出求解域。后處理是把得到的結(jié)果進(jìn)行收集與分析，使人們能夠更簡(jiǎn)單的得到了解計(jì)算結(jié)果，從而得到想要的信息。 2.2 CATIA軟件簡(jiǎn)介 CATIA是一種非常實(shí)用的交互式CAD/CAE/CAM軟件，由法國(guó)達(dá)索公司（Dassault System）開發(fā)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與運(yùn)用，技術(shù)逐步成熟，在行業(yè)內(nèi)是一種被人們所熟知的軟件。 上世紀(jì)后半葉，航空航天工業(yè)蓬勃發(fā)展。由于航天工業(yè)技術(shù)性要求高，各零部件要求精密，且制作成本巨大，因而急需一種能夠建模分析模擬的軟件，CATIA由此應(yīng)運(yùn)而生，并從此一路向前，成為行業(yè)內(nèi)毫無(wú)爭(zhēng)議的領(lǐng)袖。CATIA的精確安全性，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先行業(yè)內(nèi)其他的軟件，因此被商用和軍用航天領(lǐng)域所青睞，被應(yīng)用于加拿大龐巴迪公司的Global Express公務(wù)機(jī)，法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司的陣風(fēng)戰(zhàn)機(jī)，開發(fā)虛擬原型機(jī)如美國(guó)波音公司的Boeing777、Boeing737等。在本專業(yè)汽車領(lǐng)域，CATIA已經(jīng)是無(wú)可爭(zhēng)辯的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，許多著名的公司都是以CATIA作為其車輛設(shè)計(jì)的軟件，日本的豐田公司和本田公司，德國(guó)的大眾和寶馬公司，韓國(guó)的現(xiàn)代公司以及美國(guó)的通用公司等等世界聞名的公司都是CATIA忠實(shí)使用者。另外，CATIA還被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。 本課題運(yùn)用的是CATIA V5R20，在此軟件中，有許許多多的機(jī)械相關(guān)的設(shè)計(jì)模塊，可以進(jìn)行三維建模，運(yùn)動(dòng)仿真，還可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的有限元分析。本課題的內(nèi)容需要用到此軟件對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行三維建模和有限元分析，因此需要用到機(jī)械設(shè)計(jì)模塊和分析與模擬模塊。 第3章 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與建模 3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與建模 3.1傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案 3.1.1 原始參數(shù) 3.1 汽車（參照哈弗H9）主要參數(shù) 3.1.2 分析傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)方案 由于各種汽車的性能不同，需要傳遞的動(dòng)力也不同，還有汽車各種實(shí)際結(jié)構(gòu)的條件限制，因而需要根據(jù)實(shí)際情況選擇傳動(dòng)軸的方案。在小型車輛中，變速器與驅(qū)動(dòng)橋一般靠得非常近，在汽車運(yùn)行時(shí)兩者之間很容易產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的不利影響，為解決此問(wèn)題，用一根可伸縮的萬(wàn)向傳動(dòng)軸和兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)來(lái)進(jìn)行動(dòng)力的輸送將會(huì)是一種非常適宜的方案。但是對(duì)于越野車來(lái)說(shuō)，變速器第二軸和驅(qū)動(dòng)橋之間的距離往往非常之大，這是大部分越野車會(huì)遇到的問(wèn)題。越野車為了適應(yīng)其性能，分動(dòng)器的位置通常安轉(zhuǎn)得比較高，這就導(dǎo)致了傳動(dòng)軸軸線與驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的軸線還有傳動(dòng)軸線和分動(dòng)器軸線之間的的夾角過(guò)大；另外，汽車零件在制作時(shí)精度不夠，或者安裝時(shí)不夠精確，或者車輛的車身意外變形從而引起了傳動(dòng)動(dòng)時(shí)對(duì)傳動(dòng)軸的額外載荷。所以傳動(dòng)軸的最佳方案是選擇靈活度較大萬(wàn)向節(jié)把與傳動(dòng)有聯(lián)系的部件連接起來(lái)，且在工作時(shí)，它的轉(zhuǎn)角通常在2~3度之間。 目前在汽車制造業(yè)中，十字軸式剛性傳動(dòng)軸是市場(chǎng)上被大范圍為使用的傳動(dòng)軸，它簡(jiǎn)單實(shí)用，經(jīng)濟(jì)性好，更重要的是它有一個(gè)最大的特點(diǎn)附帶滑動(dòng)花鍵。在車輛制作的過(guò)程中，首先要對(duì)汽車進(jìn)行整車布置，在這時(shí)會(huì)校核傳動(dòng)軸的跳動(dòng)，由此確定滑動(dòng)花鍵的最大伸縮量和傳動(dòng)軸的萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)角。一般的傳動(dòng)軸是附帶軸管的，實(shí)際上普通傳動(dòng)軸雖然剛度較大，但是抗扭轉(zhuǎn)能力弱，因此要想獲得更高的臨界轉(zhuǎn)速，空心傳動(dòng)軸是最好的選擇。 在長(zhǎng)度固定后，要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，來(lái)確定傳動(dòng)軸的的直徑。確定傳動(dòng)軸的最大轉(zhuǎn)速的和傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核是傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的兩個(gè)部分。直徑大則其強(qiáng)度大，也能有較高的臨界轉(zhuǎn)速，但是會(huì)消耗更多的材料，經(jīng)濟(jì)性也是不得不考慮的因素，同時(shí)直徑的大小也需適應(yīng)汽車的車型。在傳動(dòng)軸工作時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，轉(zhuǎn)速越大，傳動(dòng)軸的振幅越大，當(dāng)次振幅開始與傳動(dòng)軸發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速，這時(shí)對(duì)傳動(dòng)軸的傷害最大。傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速最主要的決定性因素便是傳動(dòng)軸的直徑和長(zhǎng)度。 本課題選擇的是4×4SUV的傳動(dòng)軸，汽車在行駛時(shí)由于路況的原因，可能會(huì)上下顛簸，懸架會(huì)根據(jù)路面情況而做出相應(yīng)的柔性變形，從而增加乘客的舒適度，但是也因此驅(qū)動(dòng)輪的軸線與減速器輸出軸的軸線之間的距離會(huì)經(jīng)常發(fā)生改變，此時(shí)傳動(dòng)軸也應(yīng)該能做出相應(yīng)的變化，故可伸縮的傳動(dòng)軸是不二選擇。 通過(guò)以上的分析，本課題的方案思路及研究?jī)?nèi)容如下：主要分析研究帶有可以變動(dòng)距離的鍵槽的空心傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸的材料可以選擇45號(hào)鋼材，在焊接成型之后，能有效地提高傳動(dòng)軸的剛度與強(qiáng)度。由于變速器與驅(qū)動(dòng)橋經(jīng)常發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以伸縮的滑動(dòng)花鍵滑動(dòng)花鍵能有效地適應(yīng)此變化。除此之外，為了減少滑動(dòng)阻力以及降低花鍵副的磨損，花鍵軸的健齒最好進(jìn)行磷化處理，增強(qiáng)硬度。最后，課題選擇的這種傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，而且制作起來(lái)非常容易，成本低傳動(dòng)效果卻很好。所以，這次課題選擇了帶伸縮花鍵的傳動(dòng)軸的方案。如圖3.1.2。 3.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 3.2.1 萬(wàn)向傳動(dòng)軸載荷的確定 （1）在變速器和驅(qū)動(dòng)橋之間，由發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與一檔傳動(dòng)比確定。 　 （3-1） 式中，：離合器踩到底時(shí)的動(dòng)載系數(shù)，通常取1； ：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，查上表可知它的值為324 N·m； ：液力變矩器的變矩系數(shù)，k=[(k0-1)/2]+1= 1.9 ，k0為最大變矩系數(shù)，k0 = 2.8； ?。鹤兯倨饕粰n傳動(dòng)比，取4.31； ?。悍謩?dòng)器傳動(dòng)比，查上表可知，if =1（高檔）； 　 ：發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸之間的效率，由以往經(jīng)驗(yàn)取0.97； 　：變速器傳動(dòng)軸數(shù)，取1。 推算可得 Tse ==25632N·m （2）在變速器與驅(qū)動(dòng)輪中，以驅(qū)動(dòng)輪打滑驗(yàn)算（變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間） 　　　　　　　　　　　　　 （3-2） 式中，：驅(qū)動(dòng)橋在滿載時(shí)的靜載荷，取17750 N； ：汽車的加速度最大時(shí)后軸的偏移系數(shù)，對(duì)于本車型m'2 = 0.80~0.85，取0.83； ： 輪胎與地面的附著系數(shù)，本課題選擇的是SUV越野汽車，可取1； ：車輪滾動(dòng)半徑，查上表可知輪胎規(guī)格為265/65R17，B/H=65，由此可得輪胎半徑為388mm（265×0.65+17×25.4/2）； ：從主減速器主動(dòng)動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比，可取1； ：主減速器傳動(dòng)比，取值3.7； ：主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率，取0.97。 由上計(jì)算 = 1590 N·m 于是，計(jì)算最終載荷為=1590 N·m。 3.2.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) （1）確定傳動(dòng)軸的尺寸 根據(jù)以上的分析，由本課題對(duì)傳動(dòng)軸的要求和已知參數(shù)，初步選定傳動(dòng)軸的尺寸為外徑Dc =58mm，內(nèi)徑dc=26mm。 （2）校核傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速 1) 當(dāng)傳動(dòng)軸的軸長(zhǎng)固定后，便可以計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，和傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，用計(jì)算得到的臨界轉(zhuǎn)速和汽車參數(shù)中傳動(dòng)軸的最高比較，確保最高轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界轉(zhuǎn)速。所謂的臨界轉(zhuǎn)速就是當(dāng)傳動(dòng)軸因?yàn)樾D(zhuǎn)而振動(dòng)的頻率達(dá)到了自身的固有頻率時(shí)，而發(fā)生共振使其失去穩(wěn)定性甚至斷裂時(shí)的轉(zhuǎn)速。另外根據(jù)上文計(jì)算得到的載荷，可以算出傳動(dòng)軸收到的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，要確保此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力要小于該材料的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。相關(guān)的計(jì)算過(guò)程如下： 　　　　　　　　　　　　　 （3-3） 式中，Dc：傳動(dòng)軸外徑，58mm； dc：傳動(dòng)軸內(nèi)徑，26mm； Lc：傳動(dòng)軸支承長(zhǎng)度，取550mm。 經(jīng)計(jì)算得 =12279.93 rpm 安全系數(shù)K= nk/nmax = 1.2~2.0，nmax 是傳動(dòng)軸最高轉(zhuǎn)速，查表可知它的值為7000，K= nk/nmax =12279.93/7000=1.75，因此滿足課題要求。 2) 傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的校核： 　　　　　　　　　　　　　 （3-4） 式中，T1：傳動(dòng)軸管的最終載荷，為1590000 N?mm； τc：傳動(dòng)軸管受到的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）； ［τc］：傳動(dòng)軸管許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力［τc］=300 MPa。 由上可計(jì)算得 =166.94 MPa Τc不大于許用剪切應(yīng)力［τc］=300 MPa，所以此傳動(dòng)軸方案滿足要求可行。 3.3傳動(dòng)軸的三維建模 CATIA與其他三維建模軟件類似，建模的基本步驟大同小異，都是在草繪的基礎(chǔ)上通過(guò)一些三維建模操作得到立體圖形，但總的來(lái)說(shuō)CATIA功能更加全面，界面更加友善，操作起來(lái)也更加簡(jiǎn)便。另外CATIA還可以進(jìn)行多方面仿真，這在機(jī)械汽車行業(yè)十分重要，但本課題并不涉及仿真操作，而是對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行有限元分析，具體步驟如下： （1）點(diǎn)擊CATIA軟件的圖標(biāo)，進(jìn)入CATIA軟件界面，點(diǎn)中菜單欄的“開始”，在其子菜單中找到“機(jī)械設(shè)計(jì)”模塊，在其彈出的伸展項(xiàng)中找出“零件設(shè)計(jì)”，單機(jī)即進(jìn)入CATIA的零件設(shè)計(jì)的工作臺(tái)。 （2）零件設(shè)計(jì)工作臺(tái)中，在右邊的工具欄找到“旋轉(zhuǎn)體”按鈕，單擊后跳出“旋轉(zhuǎn)定義”顯示框，首先點(diǎn)擊顯示框中的中的，便會(huì)進(jìn)入草圖編輯器的工作臺(tái)。在草繪平面左上角選中“xy”平面，在此平面可以正式開始草繪工作。由上計(jì)算出的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，畫出傳動(dòng)軸的二維草圖，完成后如圖3.3所示 3.3 傳動(dòng)軸草圖 （3）確認(rèn)草圖所有數(shù)據(jù)正確后，單擊，旋轉(zhuǎn)定義框再次彈出，這時(shí)選擇好旋轉(zhuǎn)軸線，最后單擊確定按鈕，傳動(dòng)軸的三維模型便建模成功，如圖3.4所示。 3.4 傳動(dòng)軸三維圖形 第4章 傳動(dòng)軸的有限元分析 4傳動(dòng)軸的有限元分析 CATIA是一款功能全面而強(qiáng)大的軟件，其中就有分析與模擬模塊，對(duì)CATIA所建模型進(jìn)行有限元分析。由于此次是對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行有限元分析，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，由CATIA自帶模塊就足以完成任務(wù)，并不需要專業(yè)的有限元分析軟件。在實(shí)際生活中汽車的傳動(dòng)軸由于會(huì)與其他零件配合使用，分析時(shí)要考慮到的因素很多，而在本課題中省略了其他的配件，是傳動(dòng)軸的一個(gè)簡(jiǎn)化模型。與設(shè)計(jì)過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算相比，此簡(jiǎn)化模型分析結(jié)果難免會(huì)有一些誤差與漏洞。 4.1 傳動(dòng)軸的靜態(tài)分析 （1）點(diǎn)擊CATIA軟件界面左下角的打開文件按鈕，打開之前畫好的傳動(dòng)軸模型“propeller shaft”，點(diǎn)擊菜單欄中最左邊的“開始”鍵，在展開項(xiàng)選擇“分析與模擬”模塊，點(diǎn)擊“Generative Structural Analysis”便進(jìn)入了有限元分析界面，在跳出顯示框后選擇靜態(tài)分析，確定之后如圖4.1所示。 圖4.1 靜態(tài)分析界面 （2）網(wǎng)格劃分：打開傳動(dòng)軸模型后，便可以對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在CATIA界面點(diǎn)擊，選中傳動(dòng)軸，在彈出的顯示框中進(jìn)行如圖4.2所示的設(shè)置，最后確定。 圖4.2 網(wǎng)格劃分 （3）設(shè)置約束：在CATIA界面選擇，調(diào)整角度，選擇傳動(dòng)傳動(dòng)軸的大端面然后單擊，便設(shè)定好了固定約束。如下圖。 圖4.3設(shè)置約束 （4）設(shè)置材料：選中按鈕，便可在跳出材料顯示框中選擇材料，因?yàn)樵趥鲃?dòng)軸設(shè)計(jì)時(shí)選擇的是鋼材，故選擇Metal材料，并在如圖4.4圖所示顯示框中選擇最底下的steel選項(xiàng)，點(diǎn)中復(fù)選框，傳動(dòng)軸的材料設(shè)定完畢。 圖4.4 材料選擇 （5）扭轉(zhuǎn)載荷的設(shè)置：點(diǎn)擊在工具欄中的，跳出扭矩顯示框，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，如圖4.5所示 圖4.5 施加載荷 （6）在施加完扭轉(zhuǎn)載荷后，在單擊工具欄中的，接著找到工具欄中的,彈出“Image Layout”顯示框后，完成顯示框中的相關(guān)設(shè)置確定后顯示如圖4.6所示 圖4.6 傳動(dòng)軸應(yīng)力分布圖 由上圖可知傳動(dòng)軸的整體應(yīng)力分布情況。應(yīng)力主要集中分布在傳動(dòng)軸的右端軸頸處，且受到的最大應(yīng)力為329MPa，已經(jīng)超過(guò)了材料的許用應(yīng)力300MPa，因此傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案需要進(jìn)行改進(jìn)。由于應(yīng)力主要集中在右端小頸處，因此可以增大此段傳動(dòng)軸的半徑。故將傳動(dòng)軸的最小外徑由20mm改為22mm，再進(jìn)行有限元的分析。步驟如下： 1） 在CATIA中打開之前畫好的“propeller shaft”傳動(dòng)軸模型，在左上端的模型樹上點(diǎn)擊零件幾何體，再打開旋轉(zhuǎn)體下的零件草圖，把傳動(dòng)軸的右端半徑由20mm改為22mm，然后退出，如圖4.7所示： 圖4.7 修改草圖 2） 打開分析與模擬模塊，點(diǎn)擊“Generative Structural Analysis”便進(jìn)入了有限元分析界在跳出顯示框后選擇靜態(tài)分析，確定之后如圖4.8所示： 圖4.8 優(yōu)化圖靜態(tài)分析界面 3）網(wǎng)格劃分：打開傳動(dòng)軸模型后，便可以對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在CATIA界面點(diǎn)擊，選中傳動(dòng)軸，在彈出的顯示框中進(jìn)行如圖4.9所示的設(shè)置，最后確定。 圖4.9 優(yōu)化圖劃分網(wǎng)格 4）設(shè)置約束：在CATIA界面選擇，調(diào)整角度，選擇傳動(dòng)傳動(dòng)軸的大端面然后單擊，便設(shè)定好了固定約束。如下圖。 圖4.10 優(yōu)化圖靜態(tài)分析界面 5）設(shè)置材料：選中按鈕，便可在跳出材料顯示框中選擇材料，因?yàn)樵趥鲃?dòng)軸設(shè)計(jì)時(shí)選擇的是鋼材，故選擇Metal材料，并在如圖4.11圖所示顯示框中選擇最底下的steel選項(xiàng)，點(diǎn)中復(fù)選框，傳動(dòng)軸的材料設(shè)定完畢。 圖4.11優(yōu)化圖靜態(tài)分析界面 6）扭轉(zhuǎn)載荷的設(shè)置：點(diǎn)擊在工具欄中的，跳出扭矩顯示框，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，如圖4.12所示。 圖4.12 優(yōu)化圖靜態(tài)分析界面 7）在施加完扭轉(zhuǎn)載荷后，在單擊工具欄中的，接著找到工具欄中的,彈出“Image Layout”顯示框后，完成顯示框中的相關(guān)設(shè)置確定后顯示如圖4.13所示。 圖4.13 優(yōu)化圖傳動(dòng)軸應(yīng)力分布 由圖4.13可得到傳動(dòng)軸的整體應(yīng)力分布情況。受力最小的節(jié)點(diǎn)處承受的應(yīng)力才僅僅12..47MPa,而應(yīng)力最大的節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力為177.6 MPa，與設(shè)計(jì)中的計(jì)算結(jié)果166.94MPa誤差非常小，但都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于300MPa的許用剪切應(yīng)力，因此達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)方案可行。觀察分析的全過(guò)程，導(dǎo)致誤差的原因最主要有兩個(gè)：在建立模型時(shí)產(chǎn)生了一些不可避免的誤差，另外就是劃分網(wǎng)格的數(shù)量，顯然，劃分的網(wǎng)格數(shù)量越多，結(jié)果就越精確。 4.2 傳動(dòng)軸的頻率分析 （1）點(diǎn)擊CATIA軟件界面左下角的打開文件按鈕，打開之前畫好的傳動(dòng)軸三維模型，點(diǎn)擊界面左下角的工具欄中的新建按鈕，顯示框跳出之后，選擇Analysis模塊，點(diǎn)擊確認(rèn)系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)進(jìn)入傳動(dòng)軸的的頻率分析模塊模塊，如圖4.14所示。 圖4.14 頻率分析界面 （2）施加約束：在工具欄中選擇，調(diào)整角度，選擇傳動(dòng)傳動(dòng)軸的大端面然后單擊，便設(shè)定好了固定約束。如圖4.15所示。 圖4.15 施加約束 （3）網(wǎng)格劃分：打開傳動(dòng)軸模型后，便可以對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在工具欄中點(diǎn)擊，選中傳動(dòng)軸，單擊在跳出的顯示框中設(shè)置如圖4.16所示的相關(guān)選項(xiàng)，最后確定。 圖4.16 劃分網(wǎng)格 （4）定義頻率求解參數(shù)：打開界面左上角的模型樹，找到如圖4.17所示的黃色顯示項(xiàng)，雙擊進(jìn)行如圖所示相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。 圖4.17 定義頻率求解參數(shù) （5）在CATIA界面找到點(diǎn)擊，在跳出窗口后進(jìn)行如圖4.18所示的設(shè)置。 4.18 計(jì)算求解顯示框 （6）接下來(lái)點(diǎn)擊Image工具欄中的,“Image Layout”顯示框隨之跳出，如圖4.19所示。在CATIA軟件中經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算分析，最終得到傳動(dòng)軸的固有頻率為204.599 Hz，經(jīng)過(guò)換算可得傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速是12275.94rpm，對(duì)比設(shè)計(jì)過(guò)程中得到的臨界轉(zhuǎn)速12279.93 rpm大約小4 rpm，兩者的誤差非常小，進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的正確性。 圖4.19 頻率分析 由以上分析圖可以看出當(dāng)傳動(dòng)軸的振動(dòng)頻率達(dá)到了其固有頻率時(shí)的整體應(yīng)力分布圖。顯而易見(jiàn)，在約束端受到的應(yīng)力極大，達(dá)到了五千八百兆帕左右，除了極少數(shù)的特殊材料外，絕大多數(shù)常規(guī)金屬材料都是無(wú)法承受如此強(qiáng)大的應(yīng)力的。通常情況下是不可能對(duì)傳動(dòng)軸施加這樣大的載荷的，而這里傳動(dòng)軸之所以會(huì)承受這樣大的應(yīng)力，最主要是當(dāng)其轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速一萬(wàn)二千圈每分鐘時(shí)，換算后它的振動(dòng)頻率為兩百零四赫茲剛好接近它的固有頻率，由此會(huì)與自身發(fā)生共振，產(chǎn)生強(qiáng)大的附加載荷對(duì)材料產(chǎn)生巨大的破壞作用。這樣的分析結(jié)果也汽車設(shè)計(jì)者們一個(gè)重要的啟示，不僅僅是傳動(dòng)軸，汽車其他的零部件都要防止其自身共振現(xiàn)象而產(chǎn)生的巨大破壞作用。在本課題中防止傳動(dòng)軸共振的最有效方法便是控制其轉(zhuǎn)速，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界轉(zhuǎn)速。 第5章 結(jié)論與展望 5 結(jié)論與展望 （1）首先，本文對(duì)傳動(dòng)軸做出了一個(gè)基本的介紹，說(shuō)明了選擇這個(gè)課題的原因，及傳動(dòng)軸的一些基礎(chǔ)知識(shí)。接下來(lái)仔細(xì)觀察汽車的原始參數(shù)，并根據(jù)其數(shù)值仔細(xì)研究討論傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)反復(fù)的推敲與演算，最終確定了對(duì)帶伸縮花鍵的傳動(dòng)軸進(jìn)行分析。 （2）要對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行分析，首先要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。通常在設(shè)計(jì)萬(wàn)向傳動(dòng)軸時(shí)，第一步就是要確定它的最小直徑，這也是設(shè)計(jì)過(guò)程中最為關(guān)鍵的一部，此外還要對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度校核，看其是否在強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)，最后根據(jù)數(shù)據(jù)得到他的臨界轉(zhuǎn)速。在設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸時(shí)，用到了汽車設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造等方面的知識(shí)，就這樣在不知不覺(jué)中把所學(xué)過(guò)的知識(shí)融會(huì)貫通，并且熟練使用，也讓我體會(huì)到了知識(shí)不是一蹴而就，要層層梯進(jìn)，還要有系統(tǒng)性。 （3）設(shè)計(jì)完傳動(dòng)軸之后，需要對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行三維建模。由設(shè)計(jì)過(guò)程中得到的相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)，在CATIA中的零件設(shè)計(jì)模塊對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行三維建模。對(duì)傳動(dòng)軸三維建模時(shí)，應(yīng)當(dāng)先利用CATIA的草圖繪制模塊繪制出其二維草圖。最后根據(jù)旋轉(zhuǎn)規(guī)律能輕松地得到傳動(dòng)軸的三維立體模型。 （4）最后也是最為關(guān)鍵的一步，是本課題的重點(diǎn)內(nèi)容，便是對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行有限元分析。這一步將會(huì)用到CATIA的有限元分析模塊，分別對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行靜態(tài)分析和頻率分析。在對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行有限元分析時(shí)，最主要的目的便是了解傳動(dòng)軸的應(yīng)力分布，靜態(tài)分析便能很好地讓我們實(shí)現(xiàn)此目的。另外得到傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速同樣是有限元分析的又一個(gè)目的，由此便需要對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行頻率分析，由此得到其固有頻率，推算出傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速。 （5）傳動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件，設(shè)計(jì)，制造，再到實(shí)驗(yàn)，實(shí)際運(yùn)行是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，在對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)要考慮到的因素實(shí)在太多，由于本人的專業(yè)素養(yǎng)有限，無(wú)法做到面面俱到，只能選擇其中幾個(gè)重點(diǎn)進(jìn)行分析。 （6）隨著科技的進(jìn)步，傳動(dòng)軸技術(shù)也將會(huì)變得越來(lái)越成熟。未來(lái)，傳動(dòng)軸大體的發(fā)展方向不外乎以下幾個(gè)方面：一傳動(dòng)軸的廣泛運(yùn)用會(huì)推動(dòng)市場(chǎng)急需制定一個(gè)所有人都認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)，因此其制作將會(huì)越來(lái)越統(tǒng)一；二新材料逐漸被應(yīng)用于工業(yè)技術(shù)的方方面面，汽車行業(yè)也不例外。用新材料制作的傳動(dòng)軸性能將會(huì)更加優(yōu)異，由此一些更加先進(jìn)的加工方法也會(huì)涌現(xiàn)。三技術(shù)的成熟也會(huì)使傳動(dòng)軸變得更加精密與耐用，而且傳動(dòng)效率也會(huì)比以前更高。四未來(lái)傳動(dòng)軸幾乎沒(méi)有人工操作，所有的制作加工都將自動(dòng)化與信息化。 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