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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 = Temaxigmax =685×103 ×6.938=4.565×106 N·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 \* GB3 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 \* GB3 ②十字轴轴颈为26mm,端面距为170mm,油孔直径为6mm。 = 3 \* GB3 ③万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 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