在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天,有限元法和虛擬樣機(jī)法得到了巨大的發(fā)展。近年來,基于有限元、多體動(dòng)力學(xué)和疲勞理論的零部件的疲勞與強(qiáng)度分析也成為了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究熱點(diǎn)之一。萬向聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分,其中十字軸式萬向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng),在汽車傳動(dòng)軸及軋制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。萬向節(jié)聯(lián)軸器在使用過程中承受不斷變化的交變載荷的作用,容易發(fā)生疲勞破壞,因此疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)對萬向節(jié)聯(lián)軸器必不可少。早期對構(gòu)件強(qiáng)度與疲勞分析采用的是建立物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的方法,這種方法實(shí)驗(yàn)成本高并且周期長,不利于提高企業(yè)生產(chǎn)率,而本文利用有限元技術(shù)和虛擬樣機(jī)技術(shù)對某型號(hào)十字軸式萬向聯(lián)軸器的關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析和疲勞壽命預(yù)測可以有效的縮短其研發(fā)周期。首先,本文建立了某型號(hào)卡車的萬向節(jié)聯(lián)軸器的有限元模型,對其關(guān)鍵部件十字軸和萬向節(jié)叉頭進(jìn)行了靜態(tài)強(qiáng)度分析,在其強(qiáng)度分析結(jié)果的基礎(chǔ)上對十字軸和萬向節(jié)叉頭進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正。其次,建立傳動(dòng)軸有限元模型并對其進(jìn)行模態(tài)分析,依據(jù)其固有頻率對傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行校核�；谀B(tài)應(yīng)力恢復(fù)方法對十字軸萬向節(jié)聯(lián)軸器中的十字軸與萬向節(jié)叉頭進(jìn)行了疲勞分析。利用ANSYS獲得了拓?fù)鋬?yōu)化前后十字軸的柔性體即模態(tài)中性文件用于替換Adams中萬向聯(lián)軸器多剛體模型的對應(yīng)零件,形成傳動(dòng)軸試驗(yàn)臺(tái)的剛?cè)狁詈戏抡婺Ｐ?對模型進(jìn)行剛?cè)狁詈戏抡娴玫狡潢P(guān)鍵零部件疲勞分析所需的載荷譜文件,將載荷譜文件導(dǎo)入到Ncode design life中,對優(yōu)化前后十字軸與萬向節(jié)叉頭進(jìn)行疲勞分析,獲得了優(yōu)化前后十字軸與萬向節(jié)叉頭在特定工況下的疲勞壽命的分布和最小疲勞壽命的分布點(diǎn)。最后,對優(yōu)化前后的十字軸與萬向節(jié)叉頭零件的疲勞壽命、質(zhì)量和強(qiáng)度進(jìn)行分析對比并做出評價(jià)。發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后十字軸零件質(zhì)量減少了5.56%,在滿足十字軸強(qiáng)度要求條件的下其疲勞壽命有著明顯提高;萬向節(jié)叉頭零件質(zhì)量減少了8.96%且仍可滿足其強(qiáng)度要求,其疲勞壽命有雖輕微下降,但仍滿足使用要求。對不同材料的拓?fù)鋬?yōu)化后的十字軸與萬向節(jié)叉頭零件疲勞壽命進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)使用20CrMnTi材料可大幅提高十字軸的使用壽命。本文研究成果可對新型萬向節(jié)聯(lián)軸器的研發(fā)和現(xiàn)有型號(hào)萬向節(jié)聯(lián)軸器的優(yōu)化提供一定參考。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH133.4
【部分圖文】：

其萬向節(jié)叉頭和十字軸的實(shí)際模型如圖 3.1 所示。圖 3.1 聯(lián)軸器零部件實(shí)物圖3.1 傳動(dòng)軸扭矩分析萬向節(jié)聯(lián)軸器承受經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器傳遞到傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩作用，所以首先要對五十鈴內(nèi)卡萬向節(jié)聯(lián)軸器服務(wù)的某車型發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器進(jìn)行選型，然后計(jì)算得出萬向節(jié)聯(lián)軸器在發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率下所承受的扭矩，以便對十字軸萬向聯(lián)軸器進(jìn)行靜力學(xué)分析。3.1.1 傳動(dòng)軸的扭矩確定首先要對傳動(dòng)軸的輸入條件進(jìn)行確定。汽車在行駛過程中，因?yàn)槁访嬖驎?huì)使得汽車的前后懸架上下跳動(dòng)，從而使得汽車傳動(dòng)軸的傳動(dòng)角度和長度不斷發(fā)生變化，因此傳動(dòng)軸應(yīng)滿足下列條件：（1） 能有效的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，并且使得傳動(dòng)軸長度變化在可控范圍之內(nèi)。（2） 傳動(dòng)軸夾角變化范圍不能過大，盡量使得傳動(dòng)軸起始位置處在同一水平線上。（3） 兩軸應(yīng)滿足等速傳動(dòng)。（4） 結(jié)構(gòu)簡單便于維修與保養(yǎng)。

圖 3.3 萬向節(jié)聯(lián)軸器爆炸模型圖，2-十字軸套筒，3-滾針，4-油封，5-十字軸，6-萬向節(jié)萬向節(jié)叉頭是十字軸式萬向聯(lián)軸器中的關(guān)鍵部件件進(jìn)行研究。的網(wǎng)格對十字軸零件模型進(jìn)行劃分，使其既滿足求讓計(jì)算結(jié)果收斂。在 ANSYS Workbench 中建立結(jié)的十字軸三維模型導(dǎo)入到 ANSYS Workbench 中，其 四面體主導(dǎo)網(wǎng)格對十字軸模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。十其節(jié)點(diǎn)數(shù)量為 74773 。其網(wǎng)格劃分效果如圖 3.

圖 3.3 萬向節(jié)聯(lián)軸器爆炸模型圖1-擋圈，2-十字軸套筒，3-滾針，4-油封，5-十字軸，6-萬向節(jié)叉頭于十字軸與萬向節(jié)叉頭是十字軸式萬向聯(lián)軸器中的關(guān)鍵部件，本課題著重向節(jié)叉頭零件進(jìn)行研究。擇合適尺寸的網(wǎng)格對十字軸零件模型進(jìn)行劃分，使其既滿足求解精度的要短的時(shí)間內(nèi)讓計(jì)算結(jié)果收斂。在 ANSYS Workbench 中建立結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析orks 建立好的十字軸三維模型導(dǎo)入到 ANSYS Workbench 中，其模型如圖 3中采用 2mm 四面體主導(dǎo)網(wǎng)格對十字軸模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。十字軸有限元量為 48384，其節(jié)點(diǎn)數(shù)量為 74773 。其網(wǎng)格劃分效果如圖 3.4 所示。
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本文編號(hào)：2878416