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汽车等速驱动轴结构强度的有限元分析

作 者: 袁凤阳
导 师: 王登峰
学 校: 吉林大学
专 业: 车辆工程
关键词: 汽车 等速驱动轴 球笼式万向节 三枢轴式万向节 非线性有限元分析 接触应力
分类号: U462
类 型: 硕士论文
年 份: 2004年
下 载: 492次
引 用: 4次
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内容摘要


等速驱动轴汽车动力传动系中的关键部件,其结构强度与工作性能的好坏直接影响到整车的工作可靠性。本文结合课题组承担的“汽车等速驱动轴设计开发”项目,在对通过逆向工程方法获得的等速驱动轴的球笼式等速万向节和三枢轴式等速万向节三维实体模型进行结构简化的基础上,利用Altair/Hypermesh软件对球笼式和三枢轴式等速万向节的各关键零件进行了有限元网格划分。然后导入ANSYS/LS-DYNA进行约束条件和边界条件的处理,材料特性的填加和接触对的定义,从而建立了球笼式和三枢轴式等速万向节的有限元模型,计算了球笼式和三枢轴式等速万向节各接触副接触应力大小及其分布,并通过等速驱动轴的室内台架试验验证了本文中有限元计算结果的有效性。接着,利用经过试验验证了的球笼式和三枢轴式万向节的有限元模型,详细分析讨论了球笼式万向节六个滚道接触和单个滚道接触时,各接触零件的应力大小和分布,以及三枢轴式等速万向节三个接触副和单个接触副工作时,各参与接触零件的接触应力大小和分布。计算结果表明,两万向节的各接触副并非均匀传力。将两万向节在均匀传力时计算出的各个接触副上接触应力最大值与两万向节在不均匀传力时计算出的接触应力最大值进行比较,前者小于后者,说明通过提高球笼式万向节和三枢轴式等速万向节的加工精度和减少热处理过程中的变形使各个滚道均匀传力,可以显著降低各接触副的最大接触应力值,延长万向节的使用寿命。从而为等速万向节的优化设计提供了参考。最后,对有限元分析结果产生误差的诸多因素进行了定性分析和讨论。

全文目录


目 录  3-6
第一章 绪 论  6-14
  1.1 万向节的应用及发展  6-8
    1.1.1 万向节的应用  6
    1.1.2 万向节的发展  6-8
  1.2 万向节的分类与特性比较  8-9
    1.2.1 等速万向节的分类  8-9
    1.2.2 等速万向节的特性比较  9
  1.3 球笼式和三枢轴式万向节的介绍  9-10
  1.4 国内外关于球笼式和三枢轴式万向节接触应力的研究  10-11
  1.5 论文的研究意义和研究内容  11-13
    1.5.1 球笼式和三枢轴式万向节的有限元建模与计算控制  12-13
    1.5.2 球笼式和三枢轴式万向节的接触非线性有限元分析  13
    1.5.3 球笼式和三枢轴式万向节的台架试验  13
  1.6 本章小结  13-14
第二章 等速驱动轴的非线性有限元分析  14-23
  2.1 有限元法基础  14-15
  2.2 非线性问题的分类  15-16
    2.2.1 材料非线性和几何非线性问题  15-16
    2.2.2 接触非线性问题  16
  2.3 接触问题的分类及难点  16-17
    2.3.1 接触问题分类  16-17
    2.3.2 接触问题的难点  17
  2.4 有限元中求解接触问题采用的模型  17-18
  2.5 接触非线性的有限元法  18-21
    2.5.1 定义两弹性体之间的接触状态  18-19
    2.5.2 接触方程的迭代求解过程  19
    2.5.3 接触方程的迭代求解方法  19-21
  2.6 等速驱动轴接触非线性分析的难点与重点  21-22
  2.7 本章小结  22-23
第三章 等速驱动轴有限元建模  23-34
  3.1 等速驱动轴的分解  23
  3.2 球笼式和三枢轴式等速万向节的结构简化  23-24
  3.3 球笼式和三枢轴式万向节有限元模型的建立  24-29
    3.3.1 划分网格的基本原则  24-26
    3.3.2 离散等速驱动轴有限元模型采用的单元  26-27
    3.3.3 定义接触副采用的接触单元  27-29
  3.4 球笼式和三枢轴式万向节的网格划分结果  29-30
  3.5 球笼式和三枢轴式万向节建模时的注意点  30-31
  3.6 等速驱动轴各零件采用的材料模型  31-32
  3.7 沙漏现象  32-33
  3.8 本章小结  33-34
第四章 球笼式和三枢轴式万向节有限元分析参数的确定与运算控制  34-41
  4.1 模型的初始条件和边界条件  34-35
    4.1.1 模型的初始条件  34-35
    4.1.2 模型的边界条件  35
  4.2 确定分析参数  35-37
    4.2.1 各零件材料特性参数  35-36
    4.2.2 各接触对的主要参数(FKN)  36-37
  4.3 运算控制  37-39
    4.3.1 求解器的类型 (EQSLV)  38
    4.3.2 牛顿-拉普森选项(NROPT)  38
    4.3.3 时间步长预测-纠正选项(PRED)  38
    4.3.4 自动时间分步(AUTOTS)  38-39
  4.4 沙漏现象的控制  39-40
  4.5 本章小结  40-41
第五章 球笼式和三枢轴式万向节试验与计算结果的对比分析  41-62
  5.1 解析法计算接触应力  41-42
  5.2 有限元法计算结果有限性的检验方法  42-43
  5.3 等速驱动轴的台架试验  43-46
    5.3.1 试验目的  43
    5.3.2 试验内容和设备  43-44
    5.3.3 试验结果和有限元计算结果的对比分析  44-46
  5.4 球笼式和三枢轴式万向节有限元接触强度分析  46-59
    5.4.1 六个接触副作用时球笼式万向节的接触应力分析  46-49
    5.4.2 只有一个接触副作用时球笼式万向节的接触应力分析  49-53
    5.4.3 三个接触副作用时三枢轴式万向节的接触应力分析  53-55
    5.4.4 只有一个接触副作用时三枢轴式万向节的接触应力分析  55-58
    5.4.5 分析滚针与滚圈上的受力部位  58-59
    5.4.6 轴颈与滚圈内部的接触应力分析  59
  5.5 相对误差分析  59-61
    5.5.1 离散化所带来的误差分析  59-60
    5.5.2 迭代过程中出现的误差分析  60
    5.5.3 模型的简化带来的误差  60-61
  5.6 本章小结  61-62
第六章 全文总结  62-64
参考文献  64-67
致 谢  67-68
摘 要  68-69
ABSTRACT  69-71

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 整车设计与计算
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