万向节设计有限元分析.pdf

十字轴式万向节设计设计实例【题目】已知某商用车总质量为 14t ，其动力系统采用的发动机是型号为 EQB210直列六缸柴油机，最大功率输出 Pemax =155kw/2500r/min ，最大输出扭矩 Temax 为658N· m;传动系统中变速器的最大传动比 igmax =6.938 试对该车辆的十字轴式万向传动系统进行设计设计过程如下1. 计算载荷的确定按发动机最大转矩和一挡传动比来确定，即Tmax= T emaxi gmax=685× 103 × 6.938=4.565 × 106N· m 2. 十字轴万向节设计参照相关结构尺寸和设计手册， 初定以下结构尺寸： ①滚针轴承 滚针长度为 24mm,滚针有效工作长度为 17.1mm， 滚针直径为 3mm， 滚针数为 28 ②十字轴轴颈为 26mm,端面距为 170mm,油孔直径为 6mm③万向节叉最大允许夹角为 20°十字轴的设计计算由式（ 4-12 ）可得滚针对十字轴轴颈的作用力合力 F 为= =37953N 由式（ 4-13 ）和（ 4-14）分别得到十字轴轴颈根部的弯曲应力 σ 和剪切应力 τ 为σ =τ =根据第三强度理论，求得等效应力十字轴的弯曲应力不大于 350MPa;剪切应力不大于 80～ 120MPa,故符合要求。

十字轴静力学分析1． 根据所选数据用 CATIA画出对应的三维模型图2. 将所画图形保存为 igs 的格式3. 打开 ANSYS的 Workbench平台， 并拖入静力学分析模块 （ static structural ） 4. 右键单击 Geometry--Import Geometry — browse，选择十字轴的模型，单击打开5．双击下图 engineering data 或右击点 edit, 打开材料设置界面，输入 45 钢的材料属性就在数据库中添加完成6. 双击 Geometry，进入 DM界面，单击 Generate ，生成模型7. 由于用 CATIA画出的圆柱体并不是封闭的， 这里要用 merge指令将四个轴颈部分结合成一个整体8. 双击 Modal，进入 Mechanical 界面9. 为模型添加材料属性，选择 45 钢10. 网格划分，单击流程树中的 mesh，在下方出对话框设置参数，其他默认11. 施加载荷及边界条件， 将一对轴颈外圆周面施加固定约束， 另一对轴颈外圆周面施加两个等大反向的集中力，大小为 37953N，方向垂直于轴线12. 静力学求解，单击 solution ，在工具栏中选择 Stress — equivalent stress （等效应力） ， Deformation — total （最大变形） ，点击 Solve 求解。

13. 得到等效应力云图和最大形变图14． 在轴颈处分别添加 5mm,10mm的圆角， 以同样的方法得到等效应力云图和最大形变图以上两图为 5mm圆角得出的结果）（以上两图为 10mm圆角得出的结果）结论：通过以上的静力学分析，在已有的力学环境下，十字轴的应力值均在需用应力范围内，即满足使用要求同时，增加圆角能够减小轴颈处的应力，在一定范围内，圆角越大，减小应力的效果越明显车辆工程汽 车 设 计 课 程 作 业专 业 车辆工程学 生 姓 名 张鑫班 级 车辆 133 学 号 1311601308 任 课 教 师 吕红明完 成 日 期 2016 年 5 月 20 日。