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1、十字轴式刚性万向节的proe 机构分析与运动仿真,华北科技学院 机电工程学院 机械xx班 姓名 学号 指导老师： 2012.11.18,1、十字轴式刚性万向节的工作状况描述,十字轴式刚性万向节因其结构简单，传动可靠，效率高，且允许两传动轴之间有较大的夹角（一般为1525）,故普遍应用于各类汽车的传动系统中。 十字轴式刚性万向节有两个万向节叉，和一个十字轴组成。这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可以绕十字轴中心在任意方向摆动。为减少摩擦损失，提高传动效率，在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有由滚针和套筒组成的滚针轴承。为了润滑轴承，十字轴做成中空的，并有油路通向轴颈。,十字轴式万向节的损坏是以
2、十字轴轴颈和滚针轴承的磨损为标志的，因此润滑与密封直接影响万向节的使用寿命。为提高密封性能近年来在十字轴式万向节中多采用橡胶密封。实践证明，橡胶密封性能远远优越于老式的毛毡或软木垫油封。,2、建模过程,第一步点击拉伸按钮，然后再点击放置按钮，选取草绘面进入草绘界面进行草绘，草绘一直径为80mm的圆然后点击确定，拉伸长度为50mm点击确定。结果如图2-1所示。 第二部点击拉伸按钮，然后再点击放置按钮，选取圆柱表面为草绘面进入草绘界面进行草绘，草绘一直径为60mm的圆然后点击确定，去材料拉伸深度10mm点击确定。重复上面操作在圆柱另一表面抠出一深10mm的圆形凹槽。结果如图2-2所示。,2.1 十
3、字轴的建模,第三步点击拉伸按钮，然后再点击放置按钮，选取right面为草绘面进入草绘界面进行草绘，草绘一直径为40mm的圆然后点击确定，拉伸长度为50mm点击确定。结果如图2-3所示。 第四步点击拉伸按钮，然后点击放置按钮，选取上步拉伸圆柱外表面为草绘面进入草绘界面进行草绘，草绘一直径为30mm的圆然后点击确定，拉伸长度为20mm点击确定。然后重复上面操作生成其余三个轴头，最后将十字轴边缘倒半径1.5mm圆角。结果如图2-4所示。,图2-1,图2-2,图2-3,图2-4,轴承,十字轴,万向节叉,2.4.1 单击“新建文件”按钮，新建名为“shizizhoushiwanxiangjie.asm”
4、的组件文件，并采用mmns_asm_design模板。 2.4.2 单击“将元件添加到组件”按钮，打开装配的第一个元件“zhoucheng”，弹出添加元件操控板，选择“放置”命令。在弹出的对话框里，选择第一个约束类型为“刚性固定”。如图2-1所示。,2.4 十字轴式刚性万向节装配,单击“将元件添加到组件”按钮，打开装配的第二个元件“wanxiangjiecha”，弹出添加元件操控板，选择“放置”命令。在弹出的对话框里，选择第一个约束类型为“圆柱”将轴与轴承连接，如图2-2所示。 单击“将元件添加到组件”按钮，打开装配的第三个元件“shizizhou”，弹出添加元件操控板，选择“放置”命令。在弹
5、出的对话框里，选择第一个约束类型为“圆柱”将十字轴轴头与万向节叉的轴孔连接，如图2-3所示。,单击“将元件添加到组件”按钮，打开装配的第四个元件“wanxiangjiecha”，弹出添加元件操控板，选择“放置”命令。在弹出的对话框里，选择第一个约束类型为“圆柱”将十字轴另两个轴头与万向节叉的轴孔连接，如图2-4所示。并新建约束。选择第二个约束类型为“圆柱”将轴与轴承连接。如图2-5所示。,图2-2,图2-1,图2-3,图2-4,图2-5,组装完成图,3、十字轴式万向节的运动仿真及运动分析,3.1 单击“应用程序”按钮，选择“机构”，对十字轴式万向节进行运动运动仿真，选择伺服电动机，对其进行如下
6、设置，如图3-1所示。 3.2 对机构进行分析，如图3-2所示。视频结果3-3，鼠标点击3-3播放。 3.3 分析输出轴的位置速度加速度随时间变化的关系如图3-4，输出轴速度随时间变化的关系如图3-5，输出轴加速度随时间变化关系如图3-6。,图3-1,图3-2,图3-3,图3-4轴位置随时间变化图,图3-5输出轴速度随时间变化图,图3-6输出轴加速度随时间变化图,十字轴式刚性万向节有两个万向节叉，和一个十字轴组成。当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可以绕十字轴中心在任意方向摆动。因此十字轴是受力最复杂，最容易失效的元件。所以要对其进行静态、灵敏度及优化分析。 4.1 十字轴的静态分析，进入
7、MECHANICA,指定材料性质。选择“钢”（steel），并分配到十字轴上。定义约束与载荷。十字轴连接主动轴的轴头部分受500N的径向力作用，十字轴连接从动轴的轴头部分固定。分析结果如图4-1。,4、螺旋杆的优化设计,图4-1,由分析结果可以看出十字轴所受应力最大的部位在其轴头根部缘部分，所以以后的优化分析以使其所受应力最小为原则。,4.2十字轴的灵敏度分析 （1）局部灵敏度就用来对设计参数进行一种定量分析。它将对模型参数的动态变化过程来进行分析，以研究参数对模型性能的影响。开始定义局部灵敏度分析，局部灵敏度分析结果如图4-2所示。 （2）全局灵敏度分析，使用这种方法可以选择一个或多个在更精
8、确的范围内变化模型参数进行灵敏度分析，并以图形方式显示研究目标随着设计参数的变化的情况。开始进行全局灵敏度分析，分析结果如图4-3所示。,从图4- 2 可以看出轴头直径对max_stress_vm影响最为明显。,图4-2,图4-3,该分析结果表明，轴圈直径在（50,58）与（67,70）范围内，轴圈槽深在（0.1，4）与（17,20）范围内，轴头直径在（20,24）与（37,40）范围内，轴在头长度在（10，17）与（26,30）范围内对零件最大应力影响较大。因此可在上述区间内对零件进行优化。,总结,到现在为止本次十字轴式刚性万向节基于PRO/E结构分析与运动仿真做完了，期间遇到过很多问题，通过和同学的探讨以及老师的指导的到了很好的解决。从中学习到了很多东西，为以后的工作积累了不少宝贵的经验。 通过这次作业练习让我认识到了PRO/E的强大的功能，更坚信了我学习好本课程的信心。,
