搜索
课题名称：传动轴设计与模态分析一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述1.课题来源生产实际2.课题研究的主要内容传动轴是汽车传动系中传递动力的重要部件，它的作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力车轮，使汽车产生驱动力，一般由高抗扭、抗弯的空心碳钢钢管制成。传动轴的工作条件很恶劣，汽车行驶时，由于悬架变位，变速器与驱动桥的相对位置不断变化，使传动轴与变速器间存在相对轴向位移。汽车在起步、加速和制动时，传动轴要承受很大的扭矩。因此，传动轴对整车性能影响极大。传动轴设计的主要内容是选择传动轴长度和断面尺寸。根据传动系统可靠而稳定的传递动力以及经济性等的要求，对传动轴进行结构分析设计，并应用ANSYS软件对传动轴的振动进行模态分析。3.国内外现状综述本课题是对汽车传动轴的设计，它是符合车辆制造技术专业的一个课题。通过对该课题的设计，培养了我们综合运用所学基础理论，基本知识，并且提高了我们对现实问题的分析,解决能力。随着我国汽车业的高速发展，带动我国汽车传动轴需求持续大幅增长。2007年中国汽车传动轴的需求已经突破992万根，产值达到了45亿元。2008年汽车销量达到938万辆，而作为汽车零部件的汽车传动轴需求量也接近1900万套，产值达到54亿元。到了2010年我国汽车传动轴总销售额已达87亿元。2011年我国汽车传动轴产量达到3800万套以上。但同时，本土高技术产品汽车零部件企业面临采购方面的不利境界，难以获得成长机会。外资由于历史上传统的配套关系，在高技术含量及高附加值领域，基本移植国外原有的配套关系。目前，国内传动轴市场被GKNDriveline等大型外资企业所控制。GKNDriveline凭借自身技术优势在中国轿车市场占有50%的汽车传动轴市场份额，2008年在上海投资新工厂，又于09年在中国武汉开设新传动轴工厂，这是GKN继上海、重庆、吉林之后在中国开设的第五家传动轴工厂，全国布局还在继续。而其他企业尤其是内资企业只能在有限的空间里求得生存。另一方面，迫于竞争压力以及产品升级的需1求，崛起的自主品牌也在不断加大在高技术含量产品领域向外资或合资零部件供应商的采购量。对于我国汽车传动轴行业来说，国内非等速传动轴企业技术水平较高，高端产品供给基本能满足国内需求；高端等速汽车传动轴技术水平无法同国外品牌抗衡，企业产能仍将处在较低水平。近年来，传动轴行业上游原材料价格上涨速度较快，下游市场竞争激烈，对传动轴生产企业产生了较大影响。主要的传动轴生产企业一方面通过扩大产能，实现规模化生产，提高原材料的议价能力；另一方面加大技术创新力度，研究轻量化生产技术降低生产成本，实施产品差异化战略，缓解上下游行业带来的压力。目前，我国汽车传动轴的价格基本处于稳定状态。但如果原材料价格上涨幅度超过企业承受能力，汽车传动轴的价格将大幅度上涨。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。万向传动轴的结构与其所连接的万向节的结构相关。常见的传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。传动轴中一般由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。模态分析是一项对描述系统动力学特性所用参数进行研究和评估的技术，对所有线性动力学系统，只要其输入输出可以测量，都可通过模态分析进行研究。利用有限元分析软件ANSYS对传动轴进行模态分析，得到其固有频率及相应的振型，与实验测试结果进行对比分析，研究结果表明：利用ANSYS软件的模态分析求解机器部件的固有频率是一种方便快捷的方法，为进一步分析机器部件及整机的振动特性奠定了基础。特别是在虚拟样机的设计过程中，为分析其他机器部件的振动特性提供一种可行且方便快捷的方法。通过模态分析了解传动轴的动力学特性，进而修改模型，优化设计。二、本课题拟解决的问题1．在进行汽车传动轴设计时，应根据整车设计的要求，综合考虑生产部门的具体情况来制定相应的设计方案。传动轴设计的主要内容是选择传动轴长度和断面尺寸。在选择传动轴长度和断面尺寸时，要着重考虑是传动轴有足够高的临界转速、扭转强度。汽车传动轴设计应满足如下基本要求：（1）当所连接两轴的相对位置在预定的范围内变动时，传动系统要能可靠而稳定地传递2动力。（2）保证所连接的两轴尽可能等速旋转，并确保因万向节夹角存在而引起的振动、噪声及附加载荷在允许范围以内。（3）尽可能提高传动效率，降低能耗。（4）零部件结构简单、制造方便、维修容易，使用寿命长。2.应用Pro-E软件，完成图纸（折合3A0）。3.用ANSYS软件对传动轴的振动做模态分析，并检验合格性，是否满足要求。三、解决方案及预期效果1.解决方案结合国内实际，依据相关技术规范和标准，利用所学知识：（1）传动轴的临界转速分析；（2）传动轴轴管、花键轴及花键的设计计算；（3）传动轴总成设计分析；（4）应用Pro-E软件完成传动轴设计和零件图；（5）应用ANSYS软件对传动轴作模态分析；（6）编制设计说明书。2.预期效果(1)产品动力性能好；(2)产品在使用中的维护成本降低，工作稳定；(3)产品的制造工艺好，制造成本降低；(4)个人在机械设计方面的能力得到了很好的锻炼和提高；(5)达到学校毕业设计要求。3四、课题进度安排2月12日～3月10日．毕业实习阶段。毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。2月26日～3月10日．开题阶段。提出总体设计方案及草图，填写开题报告，前期检查。3月11日～4月30日．设计初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图，中期检查。5月1日～5月17日．设计完善工作阶段。完善设计图纸，编写毕业设计说明书。5月18日～5月19日．毕业设计预答辩。5月20日～5月27日．毕业设计整改。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。5月28日～5月29日．毕业设计材料评阅。5月30日～5月31日．毕业答辩。6月1日～6月7日．材料整理装袋。五、指导教师意见签名年月日六、专业系意见签名年月日4七、学院意见签名年月日