摘要万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。
课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。
本文主要是对汽车的十字轴式万向传动装置进行设计。
根据车辆使用条件和车辆参数，按照传动系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：十字轴、万向节、传动轴、中间支承的参数确定，并进行了总成设计主要为：十字轴的设计，万向节的设计、传动轴的设计以及中间支承的设计等。
并通过有限元ANSYS软件对设计万向传动装置进行结构分析，根据分析结果对万向传动装置进行改进优化设计并得出合理的设计方案。
在传动轴的设计中采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性，对其结构进行优化设计，可以大大缩短万向传动装置总成开发周期、降低开发费用，提高设计质量，保证其设计的精确性。
关键词：万向传动装置；十字轴；万向节；传动轴；有限元分析；优化设计ABSTRACTUniversal transmission is important in automobile transmission assembly, which directly linked to transmission and drive axle, used to achieve the transfer of the power transmission system. Research object is widely used in rear-wheel drive transmission cross shaft universal, the main parts including drive shafts, universal joints, support devices, the design of these key components for the universal transmission has a great influence on the performance .This article mainly is carries on the design to the automobile cross shaft type rotary transmission device. According to vehicles exploitation conditions and vehicles parameter, according to transmission system design procedure and request, Mainly has carried on following work:Mainly has carried on following work choice correlation design variable mainly is: Cross axle, universal joint, drive shaft, middle supporting parameter determination, and has carried on the unit design mainly is: Cross axle design, universal joint design, drive shaft design as well as middle supporting design and so on. And to designs the rotary transmission device through the finite element ANSYS software to carry on the structure analysis, Carries on the improvement design according to the analysis result to the rotary transmission device to obtain the reasonable design proposal. The propeller shaft of the design used in technical research on these crucial component element of statics. in its structural design and optimize can greatly shorten the automobile universal transmission device always into the development cycle and reduce the development costs and improve the quality of design to ensure the accuracy of its design.Key word:U niversal Transmission Device; Cross Axle; Universal Joint; Drive Shaft; Finite Element Analysis; Optimization Design目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1课题研究的目的意义 (1)1.2课题的国内外研究现状 (1)1.3设计的主要内容与技术路线 (2)第2章万向传动装置结构方案确定 (4)2.1设计已知参数 (4)2.2万向传动的运动和受力分析 (4)2.2.1单十字轴万向节传动 (4)2.2.2双十字轴万向节传动 (6)2.2.3多十字轴万向节传动 (7)2.3结构方案的确定 (7)2.3.1万向节与传动轴的结构型式 (7)2.3.2传动轴管、伸缩花键及中间支承结构方案分析 (8)2.3.3万向节类型分析 (10)2.4本章小结 (14)第3章万向传动装置设计 (15)3.1万向节传动的计算载荷 (15)3.1.1按发动机最大转矩和一档传动比来计算 (15)3.1.2按驱动轮打滑来计算 (15)3.2 万向传动轴的计算载荷 (16)3.2.1初选十字轴万向节尺寸 (16)3.2.2十字轴万向节设计与校核 (18)3.3 滚针轴承设计 (19)3.3.1滚针轴承初选尺寸 (19)3.3.2滚针轴承的接触应力 (19)3.4 万向节叉设计和校核 (20)3.5 传动轴的设计计算 (21)3.5.1传动轴的临界转速 (22)3.5.2传动轴长度和内外径确定 (23)3.5.3传动轴的校核 (23)3.6 花键轴的设计计算 (24)3.6.1花键轴初选尺寸 (24)3.6.2花键轴的校核 (25)3.7 中间支承的结构分析和设计 (25)3.8 本章小结 (28)第4章万向传动装置的有限元静力学分析 (29)4.1 基于Pro/ENGINEER软件的三维建模 (29)4.1.1Pro/ENGINEER软件简介 (29)4.1.2利用Pro/E进行三维建模 (30)4.2基于ANSYS的有限元模型生成 (31)4.2.1ANSYS有限元分析软件的简介 (31)4.2.2 Pro/E与ANSYS接口的创建 (33)4.2.3基于ANSYS的有限元模型生成 (35)4.3万向传动装置静载和约束的施加与结果分析 (36)4.3.1十字轴有限元受力分析 (36)4.3.2万向节有限元受力分析 (39)4.3.3中间传动轴有限元受力分析 (44)4.4本章小结 (47)第5章万向传动装置的有限元优化设计 (48)5.1优化设计概述 (48)5.2基于有限元的十字轴优化设计 (49)5.2.1十字轴数学模型建立 (49)5.2.2十字轴优化结果分析 (50)5.3万向节叉的结构优化 (52)5.3.1万向节叉的数学模型建立 (52)5.3.2万向节叉的优化结果分析 (53)5.4传动轴管的优化 (56)5.4.1传动轴管的数学模型建立 (56)5.4.2传动轴管优化结果分析 (56)5.5万向传动装置优化后尺寸的确定 (58)5.6进行整机装配与校核 (58)5.6.1 Pro/E实体建模后的整体装配图 (58)5.6.2干涉检查 (60)5.7本章小结 (61)结论 (62)参考文献 (63)致谢 (64)附录 (65)附录A 外文文献原文 (65)附录B 外文文献中文翻译 (69)第1章绪论1.1 课题研究的目的意义万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。
课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。
万向节传动应适应所联两轴的夹角及相对位置在一定范围内的不断变化且能可靠而稳定地传递动力，保证所联两轴能等速旋转，且由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动及噪声应在允许范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。
此外，万向节传动还要求传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易。
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。
1.2 课题的国内研究现状万向传动装置最早出现于1352年，在Strasbourg大教堂时钟机构中的万向节传动轴。
1663年Robert Hook万向节诞生，后来被人们叫做虎克万向节，也就是十字轴万向节。
紧接着在1683年研制出的双联式虎克万向节，消除了单个虎克万向节传递的不等速性，并于1901用于汽车转向轮。
在上世纪初，虎克万向节和传动轴，以及后来的等速万向节和传动轴在机械工程和汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。
现在，根据在扭转方向上是否有明显的弹性，万向节可分为刚性万向节和挠性万向节。