5 基于CATIA的有限元分析

5.1 设计零件模型

应用CATIA软件绘制中间传动轴三维零件图如图5-1所示

图5-1中间传动轴

Figure 5-1 intermediate shaft

5.2 生成静态分析

中间传动轴所选材料为40CrNi，在软件中材料库中选择相应的应用材料并指定材料特性

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表5-1材料特性

Figure 5-1 material characteristics

材料 40CrNi 弹性模量 206Gpa 切变模量 79.4Gpa 泊松比 0.3 密度 7900g/m 2指定单元网格的尺寸为5mm，并指定单元属性，由前文可知在传动轴上的转矩T=1881.5N·m，将此转矩平均分配施加到节叉上。在传动轴末端施加约束后得到受力云图如图5-2所示。

图5-2中间传动轴受力云图 Figure 5-2 stress contours

通过受力云图5-2可知，万向节叉与传动轴设结合处变形最大，此处为容易损坏处设计中应着重分析与强度校核，使之满足使用要求。

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6 技术与经济性分析

本设计的对象是中型货车的万向节与传动轴，由于现今科学的高速发展，带动了汽车行业的崛起，因此，如今汽车行业在技术上发展的比较成熟，本文采用的是较为前沿的设计制造技术。本设计中零部件的结构及尺寸的选择在技术上较为先进，且本设计已尽量选用了制造工艺简单，材料利用率高、废品率低、生产效率高以制造成本低的结构，所选用的零件也是在符合强度要求的前提下，选用标准件[10]。对于零件加工时所选用的材料、热处理等，都既能达到使用条件，又能满足经济性。

设计中了解到制造十字轴常用材料有20GrMnTi、20Gr、20MnVB、12GrNi3A等相应的低碳合金钢，而制造万向节叉一般采用35、40、45中碳钢或中碳合金钢40CrNiMoA，滚针轴承碗材料一般采用GCr15。为了满足经济性，本设计所选零部件制造材料分别为：十字轴的制造材料选用20Gr，滚针轴承选用GCr15[11]，万向节叉采用45号钢，传动轴管选用40CrNi。将所选取的零件制造材料与所有适合材料相比进行比较，材料的成本相对较低，当大批量生产时，考虑到人工、运输费以及各项花销，应用该设计中所选材料可大大减少生产成本，且能达到要求的强度和一定的使用寿命，因此可以说该设计具有较高的经济性。

总体来说，本设计的经济性能够达到节约并满足要求的目的。

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7结论

汽车在行驶过程中，由于发动机的振动与行驶路面不平的冲击等因素引起弹性悬架系统振动，导致变速器的输出轴和驱动桥的输入轴之间的相对位置经常发生变化，所以两根轴间采用万向传动装置来连接[12]。本设计的万向传动装置能将变速器输出的动力有效地传递给驱动桥。文中对十字轴、万向节叉和传动轴等零件进行了理论分析和的强度校核，基于CATIA软件建立了中间传动轴的运动模型，并对其进行了有限元分析最终得到受力云图，结果与计算传动轴扭转强度的结果相吻合。

综上所述，本设计能够满足中型货车万向节与传动轴的设计要求，在两轴间动力很好的传递，并具有较高的经济性和实用性。本设计还有不足之处：由于现有文献不足，限制了对传动轴最优结构的探索，并且设计者的能力有限，使得零件的受力分析和尺寸的确定不能得到最优参数，这些都是下一步研究的方向。

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