基于的汽车传动轴的三维建模及仿真

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基于有限元的汽车传动轴综合优化分析

基于有限元的汽车传动轴综合优化分析【摘要】传动轴作为汽车传动系统的重要零部件，由于自身结构的特点使其振动频率较低、刚度小，万向节附加力矩的存在等，传动轴高速运转时不可避免地存在振动现象。

因此研究传动轴的振动问题对解决整车的平顺性和舒适性有着重要的意义。

以有限元软件ANSYS为基础，进行了传动轴的实体设计。

基于有限元法计算传动轴的固有频率和振型，运用试验模态技术对传动轴进行模态分析，试验结果验证了有限元模型的可靠性。

【关键词】汽车传动轴；模态分析；ANSYS汽车传动轴的主要功能就是把发动机减速器的转动力矩传递到驱动装置，使驱动装置获得发动机传递来的力矩。

因此，传动轴设计中的强度及刚度校核主要表现为传动轴的受扭强度校核和材料刚度校核。

汽车传动轴主要作用是把发动机减速器的运动传递到驱动桥，使驱动桥获得规定的转速和方向，其传递的主要为转矩。

因此，传动轴的强度校核主要为受扭强度校核。

传统的分析方法，一般都是首先通过轴传递的最大转矩，计算出轴的最小直径；然后通过计算作用在轴上的载荷、不同断面上的转矩、轴向力和弯矩，利用解析法或图解法确定轴不同位置的支反力，最后利用传统的计算公式进行强度校核，确定安全系数。

如果安全系数小于许用安全系数，还要进行疲劳强度计算。

此过程计算繁杂，反复性强，而且可靠性差，很可能因为计算误差，造成由于传动轴强度不够而引发的轴裂、轴断事故。

因此，研究一种新的准确、快捷的强度分析方法迫在眉睫。

ANSYS 软件作为一种广泛应用CAE软件，应用有限元法对结构进行静力学、动力学、热力学和电磁学等多种分析。

通过ANSYS软件的应用，可以大大缩短轴类零件的设计周期，从而减少设计成本，并有利于多种型号产品的开发。

1.传动轴的实体模型的建立模型中按不同的截面形状将传动轴分为5段，其中1与5段是传动轴与万向节连接部分节叉的等效简化，4段为薄壁圆管，其它各段都为实心圆轴。

考虑到2段与3段之间原来的花键连接，将右支承设置为水平方向自由移动，而左支承为简支。

基于ANSYS的汽车传动轴有限元分析与优化设计

摘要ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。

传动轴是最常件的零件，该零件结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。

目前很多传动轴都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。

.本设计是基于ANSYS 软件来汽车传动轴行分析。

与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。

设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。

对零件的设计和优化有很大的参考作用。

正是因为上述优点，我在本设计中运用UG 来建立三维模型。

再将此模型导入ANSYS 软件来对其进行分析。

关键词：传动轴，三维建模，ANSYS，动静态分析A b st r ac tANSYS (f i n i t e e l e m e n t) package i s a m u l t i-p ur po s e f i n i t e e l e m e n t method for computer des i gn program that can be used to s o l ve the structure, fluid, e l ec tr i c i ty,e l ec tr o m ag n et i cf i e l ds and co lli s i on problems. So it can be applied to the followingi ndus tr i es: aerospace, au tom o t i v e,bi o m ed i ca l,b r i dge s,c on s tr uc t i on,e l ec tr o ni cs,h ea vy machinery, mi cro-el e ct r o m echa ni ca l systems, sports equipment and so on.Tr an s mi ss i on s h a f t i s the most common a r egu l a r part, the part structure i s s i m p l e, convenient o pera t i on, high pr ec i s i on, low pr i c es, it has been w i d e l y used. At pr ese n t, many have made the appro pr i at e Tr an s mi ss i on s h a f t i mpr o v e m e n t s,it has been gr ea t l y enhanced app li c a bi li ty.The des i gn i s based on ANSYS s o f t ware to Tr an s m i ss i on s ha f t by the line of s p i nd l e. Compared with the tr adi t i on a l c a l cu l at i on,computer-based f i n i t e e l e m e n t an a l y s i s method can be f a s t er and more accurate r es u l t s.Set the correct m o de l,dividing the right grid, and set a reasonable s o l ut i on process, an a ly t i ca l m o de l can ac curat e l y access t h e various parts of the stress and de f o r m at i on r es u l t s. On the part of the des i gn a ndop t i mi za t i on has great r ef ere n c e.It i s because of these advantages, the use of this des i gn in my UG to crea t et h r ee-di m e ns i on a l model Tr a ns m i ss i on s h a f t. Then this model was i n tr o duce d by t h e ANSYS s o f t wa r e to i t s line of a n a ly s i s.Key Words: Tr an smiss i on s h af t，t h r ee-d i me n si on al mo d e li ng，ANSYS，d y n am i c and s t a t i c a n al y s i s目录摘要.............................................................................................................................. - 1 -Abs tr ac t ............................................................................................................................. -2 -目录.............................................................................................................................. - 2 -第1 章绪论..................................................................................................................... - 4 -1.1 选题的目的和意义............................................................................................. - 4 -- 2 -1.2 选题的研究现状及发展趋势.............................................................................. - 4 -1.3 传动轴知识........................................................................................................ - 5 -1.4 传动轴的结构特点............................................................................................. - 5 -1.5 传动轴重要部件................................................................................................. - 6 -1.6 传动轴常用类型................................................................................................ - 7 -第2 章本课题任务和研究方法...................................................................................... - 8 -2.1 课题任务............................................................................................................ - 8 -2.2 分析方法............................................................................................................. - 8 -3.3 本课题的研究方法............................................................................................. - 9 -3.4 有限元方法介绍................................................................................................ - 9 -3.4.1 概述.................................................................................................................. - 9 -3.4.2 基本思想......................................................................................................... - 9 -3.4.3 特点................................................................................................................ -10 -3.5 ANSYS 软件简介............................................................................................. -11 -第4 章确定汽车传动轴研究对象和UG 建模............................................................. -12 -4.1 确定汽车传动轴研究对象概述........................................................................ -12 -4.2 汽车传动轴（变速箱第二轴）的3D 建模设计............................................. -14 -4.2.1 进入UG 的操作界面............................................................................ -14 -第5 章汽车传动轴的有限元分析................................................................................ -21 -5.1 有限元分析的基本步骤............................................................................ -21 -5.2 有限元分析过程与步骤........................................................................... -22 -5.2.1 转换模型格式........................................................................................ -22 -第六章总结和传动轴的优化设计分析........................................................................ -41 -结论................................................................................................................................ -41 -参考文献........................................................................................................................ -42 -致谢.............................................................................................................................. -43 -第1 章绪论1.1 选题的目的和意义随着计算机技术的日益普及和FEA 技术的蓬勃发展，人们已经广泛采用计算机有限元仿真分析来作为传动轴强度校核的方法。

基于OptiStruct的某型汽车传动轴模态分析

基于OptiStruct的某型汽车传动轴模态分析尹荣栋;赵振东;陈鸿键;白田伟;臧利国【摘要】针对传动轴受到自身以及其他外部激励会引起振动和异响的问题,对传动轴进行模态分析来获取其固有特性参数.建立了考虑十字轴万向节和中间支撑的某型汽车传动轴三维模型,然后基于HyperMesh建立了传动轴的有限元仿真模型.采用RBE2单元模拟十字轴万向节,用弹簧单元模拟中间支撑,基于OptiStruct对传动轴进行了模态分析.分析结果显示可避免传动轴模态频率与发动机激励频率发生共振,并通过试验模态分析验证了仿真结果的正确性,为传动轴的设计了提供理论依据.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)007【总页数】5页(P6-10)【关键词】汽车;传动轴;有限元;模态分析【作者】尹荣栋;赵振东;陈鸿键;白田伟;臧利国【作者单位】211100 江苏省南京市南京工程学院汽车与轨道交通学院;211100 江苏省南京市南京工程学院汽车与轨道交通学院;211100 江苏省南京市南京东华传动轴有限公司;211100 江苏省南京市南京东华传动轴有限公司;211100 江苏省南京市南京工程学院汽车与轨道交通学院【正文语种】中文【中图分类】U463.216+.20 引言汽车传动轴是用于将发动机通过变速箱输出动力的传递到驱动桥的重要部件。

传动轴在实际工作中如果受到自身或其他外部的激励就会产生振动及噪声，这不仅会影响乘车舒适性，更严重的是会引起传动轴以及与传动轴连接的变速器和驱动桥的破坏，甚至影响安全驾驶[1-2]。

影响传动轴振动的自身因素有很多，比如材料、连接形式、结构尺寸、传动轴当量夹角以及中间支撑刚度等[3-5]。

因此，为了在传动轴的设计开发阶段就能及时发现传动轴设计可能存在的共振问题，对其进行有限元模态分析是十分必要的。

采用有限元方法具有方便更改设计方案、缩短设计周期以及降低生产成本的优点，成为传动系统设计领域的必要的设计方法[6-7]。

15-汽车传动轴高速动态特性的仿真计算与分析

ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｏｆｔｈｅｉｍｂａｌａｎｃｅｍａｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｇｕｌａｒ
ｓｐｅｅｄｓｉｓｒｅｖｅａｌｅｄｂｙｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｎＦＥＡｉｓｔａｋｅｎｔｏｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅ
节滚针轴承油封：１６：滚针轴承；１７：滚针轴承锁片；１８：堵盖
传动轴在高速旋转时，由于离心力作用将产生剧烈振动。因此，当传动轴与万向节装配后，必须满足动平衡要求。图１ｒ１—４中的零件４即为平衡用的平衡
—－目－ｌ目华日；中＝；科＝＿ｊ－技＿口；大ｌ自学｜目项＿自＝士＝＝｜∞学＿位论文
汽车行驶过程中，变速器与驱动桥的相对位置经常变化，为避免运动干涉，传动轴中设有由滑动叉和花键组成的滑动花键连接，以实现传动轴长度的变化。为减少磨损，还装有用以加注滑脂的油嘴、油封、堵盖和防尘套。
图ｌ—ｌ一４解放ＣＡＩＯＢ型汽车主传动轴４：平衡片；１１：万向节滑动叉油封；１３：传动轴轴管：１４：锁片；１５：万向
系割汽车的性能。由于传动系统的动不平衡和路况的不平整，必然导致传动轴的机械振动。当该振动频率与传动轴的固有频率相同或接近时，就会产生共振现象。这将会使传动系统产生损坏，降低汽车运行的安全与寿命。因此，对处于装车状态
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的传动轴进行动力学进行分析研究是很有必要的。｝／
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本文对处于装车状态的传动轴的固有振动特性进行了分析，探讨了各种结构参数对传动轴固有振动特性的影响。然后利用三维建模软件Ｐｒｏ／Ｅ建立了传动轴的三维装配体模型，并将三维模型导入到有限元分析软件Ｃｏｓｍｏｓ中进行有限元计算，验证了理论分析的结果。

CA6140车床主轴箱传动系统三维建模及优化设计

【9】洪家娣,李明,黄兴元.机械设计指导.江西高校出版社.2010
【10】梁德本,叶玉驹.机械制图手册.机械工业出版社.1997
【11】赵广元.MATLAB与控制系统仿真实践.北京航空航天大学出版社.2009
【12】魏宗平,李天恩,文振辉.基于Matlab 的C7620 车床主传动系统改造的优化设计.煤矿机械.2008
Pro/E软件的特点：
真实性：Pro/E软件作为一种三维设计软件，其三维造型本身可使设计师方便的观察、测量出各零件间的间隙、配合情况、干涉现象（俗称相抗）等数据；Pro/E软件的真实性还表现在其所建模型与设计意图完全一致，所有结构都是用三维模型处理的，不需要在二维图中做任何附加处理，完全的所见即所得。基于特征：Pro/E软件的所有模型结构和装配结构均以特征形式存储，可灵活运用Pro/E软件4R1I（Redefine，Reorder，Reroute，Relation，InsertMode）功能对其进行操作。全相关：Pro/E软件可在零件、部件、二维工程图、加工处理等各个状态下修改零件和装配尺寸，完成结构改进，对于Pro/E软件零件、部件、二维工程图、加工处理等是全相关的。参数化：Pro/E软件的零件、部件、二维工程图、加工处理等各个状态下的所有尺寸均以参数形式保存，可方便修改结构。
此外，我国于2003午4月29日首次发布了GB／T4457.2—2003《技术制图图样画法指引线和基准线的基本规定》及GB/T l9096—2003《技术制图图样画法未定义形状边的术语和画法》两项技术制图国家标准。该两项技术制图标准等同采用相应国际标准，于2003年12月1日正式实施。
GB／T 4458.5—2003《机械制图尺寸公差与配合注法》发布于2003年4月，从2003年12月1日开始实施，实施后代替GB／T 4458.5—1984。

基于MATLAB车辆动力传动系统建模与仿真研究

基于MATLAB车辆动力传动系统建模与仿真研究作者：王铁刘菲菲来源：《科技视界》2013年第34期【摘要】本文在MATLAB/Simulink环境下，建立了车辆动力传动系及其各部件的动力学仿真模型，该系统可以模拟最佳动力性换挡规律下车辆的行驶性能，模拟车辆换挡的动态过程，为换挡规律的开发、换挡动态过程的控制的研究提供了方便。

【关键词】自动变速器；建模；仿真；动力传动系统0 引言由于市场竞争激烈，在对车辆动力传动系统的研究中，各厂商要在短时间内开发出新的产品，就需要通过软件建模仿真这样的有效的途径，既满足用户需求，同时可以给厂家赢得利益。

车辆传动系统的建模仿真对分析整个动力系统及相关子系统的行为非常有利，不仅能进行不同设计方案的比较，还能够更精确的理解各种换挡规律对车辆性能的影响[1]。

1 车辆动力传动系动力学分析动力传动系统以变矩器为界可分为三个部分：发动机与变矩器泵轮固连的部分为前半部分；变矩器涡轮与变速器、传动轴、主减速器、车轮共同组成后半部分；变矩器本身为一部分[2-4]。

1.1 传动系前部分对于由发动机与泵轮组成的前部分有式（1）、（2）的动力学方程，由于泵轮与发动机相连故发动机负载转矩Mi即为泵轮转矩。

Iebn■=Me-Mi（1）Ieb=Ie+Ib（2）式中：ne——发动机转速，r/min；Ieb——发动机和泵轮的转动惯量，kg·m2；Ie——发动机转动惯量； Ib——泵轮转动惯量；Me——发动机转矩，N·m； Mi——发动机负载转矩。

1.2 传动系后部分对于动力传动系后半部分，动力学方程如式（3）-（7），由于涡轮与变速器相连，涡轮的输出转速nT为变速器的输入转速nin，涡轮的输出转矩MT为变速器的输入转矩Min。

车辆的驱动力是由发动机转矩经传动系传至车轮上得到的。

车轮上的驱动力Ft和车速v由式（3）-（4）得到。

车辆动力学方程如式（7），它反应了车辆在行驶过程中所受到的各种阻力，并用来估算车辆的车速和加速度。

商用车驱动轴轻量化仿真分析和优化设计

基于商用车驱动轴轻量化设计，应用Creo有限元分析软件对构件设置边界条件，进行模拟仿真分析。

根据分析结果显示的应力分布，识别改进部位。

针对多项形状尺寸进行参数化设计，通过输出的参数值与应力分布曲线图，选定最佳尺寸参数，制造实样，最后经过台架和道路试验，验证优化方案的合理性与准确性。

1 序言驱动轴是汽车底盘传动系统中的重要零件之一。

在汽车行业，底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系4部分组成，它支承、安装汽车发动机及各部件、总成，形成汽车的整体造型，承受发动机动力，保证正常行驶。

传动系主要是由离合器、变速器、驱动轴和驱动桥等组成。

2 驱动轴结构和原理图1所示为驱动轴，其结构原理源自于万向传动装置，是用于在机构运行过程中，传递相对位置不断改变的两根轴间动力的装置[2]，在工业多领域得到广泛应用。

在汽车领域，驱动轴的功用是连接分布于非同一轴线上的变速器输出轴和主减速器输入轴，并保证在两轴之间的夹角和距离经常变化的情况下，仍能可靠地传递动力。

它是承受高速传动的零件，主要由凸缘叉、万向节十字轴、焊接叉和滑动花键副组成。

图1 驱动轴焊接叉（见图2）是驱动轴中的一个重要部件，其结构和加工工艺直接影响零件的性能，进而影响整车动力传递的效果。

其构造相对简单，但是加工工艺复杂，在选材中，了解其加工工艺，并在工艺设计中合理安排加工工序，设计合理的工装夹具，对产品的最终质量具有十分重要的意义。

为响应国家节能减排号召，顺应行业零部件轻量化趋势，运用PTC Creo Simulate（以下简称“Creo”）软件对驱动轴进行有限元仿真分析和优化设计，最终设计出一款轻质焊接叉，在减轻焊接叉质量的同时，还能维持并提升部件和总成的原有性能水平，减少原材料的耗用，降低车辆的油、电消耗和碳排放，达到节能环保的效果。

图2 焊接叉有限元分析法是根据变分法原理来求解数学物理问题的一种数值计算方法。

Creo 软件是PTC公司基于Pro/E软件推出的升级版本，是集CAD/CAM/CAE于一体的软件集成包，能够实现复杂曲面建模、机构仿真和有限元分析的无缝集成。

汽车传动轴有限元分析

汽车传动轴有限元分析【摘要】汽车传动轴是汽车重要组成部分之一，在保证传动轴的强度和刚度的同时要尽可能节约材料。

用有限元分析软件ANSYS对汽车传动轴整轴进行了有限元静力分析和模态分析。

ANSYS可以比较完美的分析传动轴的结构和振动模态，根据分析结果可以设计出比较完美的传动轴。

【关键词】传动轴；静力分析；模态分析；ANSYS0.引言在工程领域中应用最广泛的数值模拟方法是有限单元分析法，有限元分析( FEA，Finite Element Analysis)是在力学模型上近似的数值分析方法，它的基本思想可概括为一句话：“先分后合”或“化整为零又积零为整”。

具体地说，就是将连续体或结构划分为许多单元，通过一些节点把有限个单元连成集合体代替原来的连续体或结构，即把连续体转化为离散模型来进行力学分析。

根据分块近似的思想，选择简单的函数近似地表示单元内位移变化规律，利用力学推导建立单元的平衡方程组，再把所有单元的方程组集合成表示整个结构的力学特性的代数方程组，最后引入边界条件求解代数方程组获得数值解。

该软件在机械制造业、航天航空、汽车交通、桥梁等领域的产品设计、科学研究方面得到了广泛应用。

现在国内外用得最广泛的就是运用有限元对汽车传动轴做静力分析和振动模态分析，根据分析结果来确定传动轴的强度和振动是否符合性能要求。

1.整轴设计（1）根据设计的传动轴的尺寸，在ANSYS软件中建立整传动轴的三维实体模型。

（2）定义单元的类型。

传动轴属于三维实体块模型，所有的分析都采用SOLID45号单元(SOUD45号单元不需要定义实常数)。

（3）确定整轴零件材料，一般为45#钢和40Cr。

（4）网格划分生成物理模型。

采用网格划分工具对其进行网格划分。

划分的时候要注意，不同材料的结构划分网格的时候要选择与之对应的单元类型和材料特性。

网格划分完成后要将重合的节点合并为一个节点。

划分网格后的整传动轴的模型，其中总节点个数13290个。

基于CAD的汽车半轴模锻生产线三维数字建模和运动仿真设计

基于CAD的汽车半轴模锻生产线三维数字建模和运动仿真设计基于CAD的汽车半轴模锻生产线三维数字建模和运动仿真1 绪论1．1 选题背景目前汽车半轴模锻生产线存在的问题是：工人劳动强度大；生产过程不连续，生产流程无序；工作环境存在着安全隐患；产量不能稳定；故需要对汽车半轴模锻生产线进行设计和改造。

目前，国内外很多科研单位和企业都已经开始着手从事小型自动生产线的研究，并已经取得了一些研究成果，如物流运输类小型自动生产线、装箱类小型自动生产线等。

但是，这些所谓的小型自动生产线基本上只能完成一个工序的动作，无法完整地实现机械加工过程这样复杂的连续性动作，与工程实训的实际需要有很大的差距[1,2]。

因此，研究并开发出一套针对汽车半轴模锻加工过程、融合各种工种和工序的自动生产线是非常重要的。

1．2 汽车半轴模锻自动生产线技术综述1.2.1 汽车半轴模锻自动化生产技术现状我国对汽车半轴制造的研究开展的较晚，还有许多问题需要探讨。

国内半轴自动制造生产线技术比较落后，生产加工环境恶劣，生产效率比较低，环境污染情况比较严重。

大多数生产厂家还没有实现生产的自动化，如图1.1~1.2所示是某汽车半轴制造工厂车间的实际作业情况，从图中可以看出该厂待加工零件和已加工零件随意摆放，严重影响生产环境和效率，在非自动化的生产车间里，工件的运输完全依靠工人，劳动强度大，生产效率地下。

(a) 零件摆放情况(b) 工人工作环境图1.1 生产车间现状图在汽车半轴生产车间生产环境恶劣，设备破旧，通风系统不完善，工作过程完全出于人工操作，如图1.2所示。

(a) 摆(b) 压图1.2 半轴加工设备1.2.2 汽车半轴模锻自动化生产技术发展趋势随着工业生产和科学技术的发展变化，自动化生产技术也发生着阶段性变化。

早期的自动化生产是指用输送机和加工设备等机器代替人的体力劳动即机械化。

后来，由于生产的发展，机械设备的增多，人们控制机器设备的任务日益加重[3]。

基于HyperWorks的汽车传动轴模态分析

基于HyperWorks的汽车传动轴模态分析于淙洋北京汽车摘要：本文讨论了在基于HyperWorks的汽车传动系模态分析中，如何进行具有多自由度及运动副的传动轴模态分析。

并根据实际试验结果对模型本身进行优化，在模型计算质量达到要求后对设计进行指导，达到满足传动系振动性能要求并降低成本及加工难度的要求。

关键词：HyperWorks，传动轴，模态分析，尺寸及结构优化1 概述汽车传动轴用于将发动机发出的动力传递至前后桥，并且缓冲从行驶系传来的振动以保证整车动力系统正常运行。

随着近两年汽车行业在中国的快速发展，民众的需求已经不满足于前驱车这种“低端”车型，更多的稍有经济实力的用户已经考虑购买操控性平顺性更好的后驱车甚至是四驱车，因而传动轴这一零件在汽车中的应用也是越来越广泛。

随之而来的也有一些振动及噪声方面急需解决的问题。

在车辆运行时传动轴会进行高速自传，如果其模态频率过低很可能导致其与自转的激振频率相吻合进而产生共振，严重时会引起成员的不适。

因此需要对传动轴的模态做出一定要求，使之避开由于自转而产生的激振频率。

在传统的设计流程中，直到对样车进行测试时才能够知道是否会有共振现象出现，若发现共振也只能采用一些简单的补救措施，有时无法从根本上解决问题，甚至需要对零件进行重新设计，导致了成本和时间的双重浪费。

若在产品量产前就使用HyperWorks软件对其进行模态分析，并且进行优化，使之避开因自转而产生的激振频率，则不但能缩短设计周期，亦能降低开发成本提高产品质量。

因此CAE方法的合理应用在产品的生命周期中具有重要意义。

HyperWorks作为高效的CAE前后处理软件可以十分方便的完成传动轴的建模及后处理工作，因此选用HyperMesh进行建模，HyperView进行后处理，CAE求解器进行中间计算工作。

2 传动轴模态分析2.1传动轴模型的建立某些传动轴在高速行驶时发现会由于自转的激振频率而导致共振，轻者造成成员不适，严重时甚至会影响车辆可靠性耐久性等。

毕业设计(论文)-汽车后桥传动机构三维建模及运动仿真[管理资料]

引言毕业设计是学生完成基础课程，专业课程，进行了生产实习之后进行的一个实践性教学环节,它一方面要求学生通过毕业设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构的基本能力，另外，也为以后工作进行一次综合训练和准备。

其目的:(1)使学生能熟练运用所学的课程的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，以提高理论联系实际的设计与计算能力.(2)使学生有收集、使用、分析和运用资料的能力，以提高独立工作的能力。

(3)提高学生结构设计能力。

(4)使学生学会利用计算机学习绘图软件，以提高现代绘图方法的能力。

并且学会使用分析软件进行分析和后处理。

随着汽车对安全、节能、环保的不断重视，汽车后桥作为整车的一个关键部件，其产品的质量对整车的安全使用及整车性能的影响是非常大的，汽车车桥是汽车的主要部件之一,其质量、性能的好坏直接影响整车的安全性、经济性、舒适性。

虽然我国车桥制造企业众多，但与国外相比差距较大，没有形成自己的核心竞争力,随着国内越来越多拥有自主产权的汽车企业崛起，汽车零部件的设计在国内车企中的应用将越来越显重要。

因而对汽车后桥进行有效的优化设计计算是非常必要的。

本文采用SolidWorks软件对汽车后桥传动机构作了初步设计，包括三维建模和运动仿真。

但由于没有参加过真正的实车研发工作，与实车研发的方法乃至结果有差异，恳请老师、同学给予批评、指正。

第1章绪论SolidWorks简介SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名，从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。

终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将SolidWorks全资并购。

公司原来的风险投资商和股东，以原来一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。

基于有限元的传动轴振动仿真与试验的研究

ＳｈａｔｆＢａｓｅｄｏｎＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆｔｈｅＶｉｂｒａｔｉｏｎ
ＬＩＷｅｎ — Ｊｕｎ
析，同时对齿轮轴进行实验模态分析。将仿真结果与模态试验结果进行对比，验证模型的正确性。关键词：万向节；传动轴；有Ｎ－ＪＬ；仿真
中图分类号：Ｕ４６３．５２１文献标识码：Ａｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２ — ６６７３．２０１３．０４．０４０
了运输生产效率，但由于铲运车行驶的路况比较恶劣，
路面起伏不平，车辆底盘经常会受到巨大的冲击，尤其在工作面设备搬迁时．装载、卸载和调车等工作量大而复杂，铲运车的故障率也大大增加，传动轴出现异响甚至断裂的情况，为了提高车辆行驶的平顺性，减小动载
ｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｖｅｉｆｒｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｍｅｓｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅ１．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｉｖｅｒｓｌａｊｏｉｎｔ；ｄｒｉｖｅｓｈａｆｔ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｔｈｍｉｎｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｏｆｆｏｒｋｌｉｆｔｔｒｕｃｋａｘｌｅａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｐｌｉｎｅｃｏｎｎｅｃｔ — ｅｄｔｏｔｈｅｄｉｒｖｅｓｈａｆｔｕｎｉｖｅｒｓａｌｊｏｉｎｔｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ．ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａｍｏｄｌａａｎｌａｙｓｉｓｏｆｇｅａｒｓｈａｆｔ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔａｎｄｔｈｅｍｏｄｌａｔｅｓｔ

基于和系统的汽车传动轴三维参数化建模

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图３
２．３定义挠性参数为了能在一个产品中多处或多个产品中使用这同一根传动轴，其关键是将骨架偏移坐标系ＳＥＣＯＮＤ—ＣＯＲＤ的尺寸
图２
参数设置为可修改的挠性参数。设置挠性参数的具体做法如下。２．３．１在“组件装配”界面下，依次单击下拉菜单“编辑” －÷。设置” ＿“挠性”，打开【挠性：准备可变项目】对点
击工具栏中“平面”，建立三个相互垂直平面并重命名为ＲＩＧＨＴ、ＴＯＰ、ＦＲＯＮＴＩ点击工具栏中“坐标系”，建立
万方数据
１８
创建与ＮＥＷ—Ｚ面相垂直的轴并命名为第二法兰轴线。
约束类型“重合”将万向节管叉的轴线与骨架模型中的轴管
兰中心轴并与第二法兰叉座中心面成法向的第二法兰叉座水平面。由此即完成传动轴骨架的构建。如图２所示。
ＴＲＡＮ＆ＳＨＡＦＴｓ１（ｅ１．ｐｒｔ后点击“确定”，在打开的［创
建选项】对话框中选择“空”后点击确定。
准面（如图３中Ｔｏｐ面或腿ｈｔ面，已预设与第一个法兰
叉座端面对齐的面为Ｆｒｏｎｔ面）成法向关系的面并命名为十字轴定位面。用作于装配两个十字轴的定向参照。２．１．９点击工具栏中“轴”，并通过第二个十字轴的中心点
在组件装配界面下在模型树中右击secondcord坐标系在弹出的快捷莱单中选择编辑然后在屏幕区中逐个选中已显示的挠性参数当前值并右击在弹出的快捷菜单中选择属性在随之打开的尺寸属性对话框中选择尺寸文本选项卡如图4修改相应的缺省尺寸名称为水平角俯仰角水平偏移垂直偏移长度等
叼酊；｝譬１易｝ｒ前言、
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２．１．４点击工具栏中“坐标系”后在屏幕中点击坐标系ＣＯ，在弹出的【坐标系】对话框中输入Ｘ＝２０，Ｙ＝１５，Ｚ＝－１０００（Ｘ、Ｙ均可任意赋值，因预设Ｚ轴沿传动轴轴管方向，最好赋一个绝对值较大的负数作为Ｚ值），从坐标系ＣＯ偏移出一个坐标系并命名ＳＥＣＯＮＤ—ＣＯＲＤ。在此，我们约定这两个坐标系原点分别代表两个法兰叉座的端面中

传动系统(驱动系统)的力学建模与仿真SimDriveLine

——传动系统（驱动系统）的力学建模与仿真SimDriveline是Simulink®的扩展，它为传动系统（驱动系统）的力学建模与仿真提供有力的工具。

这些工具包括像齿轮、转动轴和离合器等部件；标准的变速器模板；发动机和轮胎模型。

SimDriveline专门为传动系的力学分析进行了易用性和计算速度方面的优化。

它实现了与MathWorks控制系统设计和代码生成产品的集成，这样不仅可以进行控制器设计，而且还能够把机械系统模型生成实时代码，在实时环境中对控制器进行测试。

SimDriveline可以广泛用于汽车、航空、国防和工业领域。

它尤其适合于汽车和航空传动系统的控制器开发。

特点•在Simulink下对传动系力学进行定义的建模环境•通用的齿轮结构库•动态元件库，包括离合器和转动限位器（Rotational stops）、液力变矩器和扭转的弹簧-减震器•通用的变速器模板•车辆部件的基本模型，包括发动机、纵向车辆动力学和轮胎强大功能传动系统的建模SimDriveline为在Simulink环境中建立传动系模型提供了有效的途径。

用户可以使用模块图网络描述来表示一个系统。

不同的模块代表不同的部件，如齿轮、离合器和液力变矩器。

连接不同模块之间的线代表旋转部件，如驱动轴。

在SimDriveline中，用户可以拥有Simulink的所有功能。

使用传感器模块，用户可以测量速度、加速度和转矩，并且把这些测量信号值传给标准的Simulink 模块。

Simulink信号能够通过执行器模块对驱动转矩进行定义，或者预先设定传动轴的动力学参数。

SimDriveline为实现完全的机械系统3-D仿真器提供了另外一条有效的途径，它完全专注于旋转机械的力学仿真。

每一根杆件的运动被限制于绕某个轴的转动，用户可以通过一个简单的惯性质量部件为每根杆件进行质量参数赋值。

只对每根杆件的旋转速度进行记录的结果就是加快仿真执行的速度。

齿轮、离合器和动力学元件建模SimDriveline包括了很多部件的模块库，这些模块定义了连接轴之间的部件的运动和转矩关系。

车联网-基于试验和仿真混合建模的商用车传动轴模态参数识别研究

1/12201912345OC.....hIRRESiunnixeematsspt-reuSuloeaAilrldtrnaEisumctCicaeh仅ooetnnninSodg参供tcnMraheDls会e参os(ims引Md&ca代加euEo言l（sxdRsh表)ai研i2ebolsi0n阅tR究eio1ae(n9r读方s结c(eS中ha案A果，r（EcC国）和h请仿C（E讨汽)真勿试论车模外验)态工模传研程态！究研学）究会）年会暨展览会22的th-24th October, 2019
程学 (加速工况下由商用车传动轴振动引起的噪声问题。)
车工！ The Related Work:（相关研究成果）
国汽外传 Many studies have solved the related problems caused by the vibration of drive 19 中勿 shaft by the modal simulation method. For examples：加 20 读，请（很多研究利用模态仿真解决了由传动轴振动引起的相关问题。比如：）
会的 2019 China-SAE Congress & Exhibition (SAECCE)
Hoisting device
3. Exper（im试e验nt模al态M研o究da）l Research 会暨展览 The connection method of the laboratory test 年 system shows as Fig. 1. 学会试验测试系统连接结构如图1所示。工程 The schematic diagram of the drive shaft installation 车！ in the test is shown in Fig.2，and the arrangement of 汽传 test points and response points built in the test 国外 software is shown in Fig.3. 19 中请勿试验中传动轴的安装示意图如图2所示，测试点和响应 20 ，点的布置如图3所示。

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引言汽车是最普通的代步、运输工具，许多国家均将汽车工业作为其重要的支柱产业。

而其关键部件之一的传动轴更是引起汽车行业的重视。

由于车辆技术的进步和车辆密度的加大，对传动轴的性能要求也越来越高，因此传动轴技术需要得到飞速的发展。

它作为汽车的重要组成部分，其性能的好坏在很大程度上对汽车的燃油经济性、加速时间、动力性及成本等方面造成影响。

此外，在常见的汽车故障中，很多的故障来自于传动轴。

因此，如何研究设计出高性能的传动轴，是我们亟需解决的问题。

而UG 是集CAD/CAM/CAE 功能于一体的软件集成系统，该软件以其卓越的性能而广泛地应用于航空、航天、造船、汽车等需要产品设计开发的领域，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。

其特有的模块功能建模技术更是推动企业竞争力和生产力的提高。

UG 软件在三维实体模型的创造和编辑、曲线与草图绘制、三维模型输出二维工程图和进行部件装配方面有独特的功效，特别适用于复杂的模具设计、自由曲面、高级装配、机构和有限元分析等方面，是目前设计师和艺师最理想、最易集成的工作平台。

1传动轴的三维建模UG 建模技术是一种基于特征和约束的建模技术，具有交互建立和编辑复杂实体模型的能力。

UG 建模充分发挥了传统的实体、表面、线框造型优势，能够很方便地建立二维和三维线框模型及扫描、旋转实体，并可以进布尔操作和参数化编辑。

在ＵＧ中建立的三维模型，可直接被引用到ＵＧ的二维工程图、装配、加工、机构分析和有限元分析中，并保持关联性。

因此，使用UG 对汽车传动轴的各个部件进行建模是很方便快捷的，同时可以很好的了解到传动轴的构造和其各个部件之间的连接关系。

1.1零件的三维建模本文研究的传动轴是由轴管、伸缩套和万向节组成。

而通过UG 建模的零件有万向节叉、十字轴、万向节叉滑动叉等。

各主要零件建模成型图如下所示图1至图4所示。

主要使用了拉伸、旋转、布尔运算、边倒圆、孔、混合扫描等特征。

1.2传动轴的装配零件建模完成后，在UG 系统下打开文件，在菜单栏选项【文件】/【新建】打开对话框，选择新建类型为【模型】，子类型为【装配】进入模型装配环境，在此环境中添加相应约束，主要使用的命令有匹配、对齐等，装配过程不再详述。

其中图5所示为添加相应约束后十字轴和节叉的装配；分别添加轴套，轴叉，万向节等，进行常规约束，得到如下图6所示。

通过各种约束和添加完所有组件后，即可得到装配完整的汽车传动轴如图7所示。

2传动轴的运动仿真在传动轴的设计制造过程中引进仿真技术可以大大缩短传动轴的研发周期、降低机床的研发成本、提高传动轴的可靠性。

2.1仿真目的及其过程基于UG 的汽车传动轴的三维建模及仿真史永芳朱茂华（三峡大学科技学院，宜昌443002）摘要：汽车传动轴是汽车上至关重要的部件，因此研究其三维建模及其仿真是很有必要的。

本文运用UG 建立模型，再进入装配，把传动轴各部分装配起来，再进行运动仿真及分析，使传动轴符合实际运用，提高可靠性，能有效的解决三维模具设计过程中不能动的问题，模拟其动态特性，同时可以直观了解各部件在在运动过程中的位移大小分布和应力大小分布，设计者能及早发现问题并及时修改和优化。

这样既能缩短产品的设计周期，提高产品的可靠性，又能实现产品的优化设计。

关键词：汽车传动轴UG 三维建模运动仿真图1万向节叉图2十字轴图3滑动节叉模型图4滑动节叉模型（2）自动化与控制652014第6期总第223期现代制造技术与装备运动仿真的目的：（1）创建各种运动副、传动机构、施加载荷等；（2）进行机构的干涉分析、距离、角度测量等；（3）追踪部件的运动轨迹；（4）输出部件的速度、加速度，位移和力等图标。

打开上面的装配文件，点击【开始】选择命令进入运动仿真模块。

在此环境中通过设置仿真环境，为机构指定连杆，并为主要连杆设置驱动，添加运动副，添加运算器之后，开始仿真。

最后获取运动分析结果。

其中利用UG/Modeling 的功能建立了一个三维实体模型后，并不能直接将各个部件按一定的连接关系连接起来，必须给各个部件赋予一定的运动学特性，即让其成为一个可以与别的有着相同的特性的部件之间相连接的连杆构件（Link ）。

为了组成一个能运动的机构，必须把两个相邻构件（包括机架、原动件、从动件）以一定方式联接起来，这种联接必须是可动连接，而不能是无相对运动的固接（如焊接或铆接），凡是使两个构件接触而又保持某些相对运动的可动连接即称为运动副。

在UG/Motion 中两个部件被赋予了连杆特性后，就可以用运动副（Joint ）相联接，组成运动机构。

连杆就是最基本的运动单元，做运动仿真的时候，必须先指定连杆，然后由连杆之间的关系，可以组成各种运动副。

由此，仿真环境设置好后，首先要做的就是定义连杆了。

点击【连杆】命令，如图8。

依次创建连杆，选择各个部件，自动生成名称L001、L002等。

本文需要用到最常用的旋转副和万向节运动。

依次选择连杆，选择点和方向，然后点击【驾驶员】选项，可以给运动副设置驱动类型，此处选择恒定驱动，给出速度既可给整个系统赋予动力。

如图9,图10所示。

当连杆和运动副都设置完成了后，选择【解算方案】开始解算，如果运动副设置完好的话再运动导航器就会生成Solution 的文件。

2.2仿真效果及其动画上面都设置好了后点击【求解】，【动画】图标会被点亮，点击即可进入动画对话框，如下图11所示。

点击播放按钮可以是模型按照上面设置的的运动副和驱动进行运动仿真。

运动状态如下图12，图13所示，基本得到了汽车传动轴的实际运动状态。

图5十字轴和节叉的装配图6装配图7装配总图8连杆设置对话框图9万向节图10转动副图11动画播放界面图12传动轴转动位置1图13传动轴转动位置266形成，编程阶段的误差是不可避免的。

因此,在应用数控机床进行机械零件加工时,要充分地考虑工艺问题、编程方法对零件加工精度的影响，这对提高数控机床的加工精度具有重要意义。

参考文献[1]杜家熙李颖主编.数控机床编程与结构.中国国际商务出版社，2003（7）.[2]张超英主编.数控车床.北京.化学工业出版社，2004（2）.[3]唐正清.试析数控编程及应注意的几个问题.北京.北京工业职业技术学院，2005（1）.[4]杨有亮.刀具几何参数对编制数控车床加工程序的影响.汽车技术，1995（1）.[5]房长隆.数控加工中编程误差的分析.黑龙江纺织，2004（9）.[6]吴晓苏林天极.数控加工程序编制时指令的程序结构优化.机械制造，2005（1）.Study on Part Processing Error Caused by NC Pro-grammingZHANG Yongbin（Zhengzhou Railway Technician Institute,Zhengzhou 450041）Abstract:This paper discusses how different programming meth-ods in the process of nc machining of parts influence processing preci-sion and the reasons of processing errors,and puts forward some mea-sures to reduce errors.Key words:NC machining,programming error,the machining ac-curacy2.3位移图表的输出上述运动仿真完成以后，点击【生成图表】命令，再点击部件，即可生成位移时间图表，如图14所示。

此处选择的是位移-时间图，相应的还可以根据需要选择速度，加速度，力等的图表。

通过此表可判断相应的运动学特性以做参考。

3结束语利用UG 软件建立汽车传动轴的参数化模型，然后进行装配、仿真和运动学分析，从而清晰地了解其运动过程中主要构件的力学特性，仿真得到的数据表明本文能比较真实反映传动轴的工作状态，说明所建立的模型基本正确，同时进行动力学仿真及分析能即使反映出设计中的不合理因素，减少设计费用和周期，仿真结果将为今后进一步完善产品设计提供理论依据。

参考文献[1]濮良贵.机械设计(第八版)[M].高等教育出版社，2006,08.[2]罗春阳.UG NX 4.0基础培训标准教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010,06.[3]卫兵工作室.UG NX4中文版数控编程入门视频教程[M].北京：清华大学出版，2007,10.[4]王隆太等.机械CAD/CAM 技术[M].北京：机械工业出版社，2010,02.[5]陈家瑞.汽车构造（下）（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2009,06.Of Automobile Drive Shaft Based on UG Three-di-mensional Modeling and SimulationSHI Yongfang,ZHU Maohua（Institute of Science and Technology,Three Gorges University,Yichang 443002）Abstract:Automobile transmission shaft is a vital part of car,so it is important to study three dimensional modeling and simulation.In this paper,UG is used to establish model,then all parts of the trans-mission shaft are assembled,and motion simulation and analysis of the transmission shaft are conducted in line with the actual application,which improved reliability,effectively solved problems that the 3d mould design can't solve,and at the same time,in the process of sim-ulating the dynamic features,displacement size distribution and stress size distribution can be intuitively understood.In this way,designers can find problems as early as possible and timely modify and optimize,which will shorten the design period of products,improve the reliabilityof the product,and realize the optimization design of the product.Key words:automobile transmission shaft,UG,3d modeling,motionsimulation图14运动位移图表（上接第34页）自动化与控制67。