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车辆传动轴是货车传动系统中的关键零部件，具有传递功率大，所受载荷高等特点，在传动过程中受到较大扭矩，产生较大变形和应力。国内外研究者对传动轴的振动特性，抗冲力能力，热处理等做了相关研究，对传动轴承载能力提出了一些理论依据，总结出相关结论。
但是在使用过程中，存在着轴承因摩擦生热导致十字轴与叉头烧坏失效，零部件在应力集中处断裂等情况。同时传动轴结构笨重，存在轻量化的可能。因此针对大型车辆的传动轴总成强度进行分析计算，提出了具体改进方案。
1、有限元模型
由于两端万向节结构不同，载荷不对称，需要对整个传动轴进行有限元分析。根据实际受载情况和简化分析模型的需要，作如下假设：
（1）简化轴承模型，将滚针与轴承考虑为一个整体，只关心轴承外圈与叉头之间的应力关系。
（2）忽略一些不重要和受力较小的局部区域，如凸缘叉底盘端而齿等。
（3）简化花键部分，将花键轴叉和花键套之间设定为两个曲面的刚性连接，在他们之间建立绑定约束。
根据低速档车速，在凸缘叉的底盘上施加10102 N.m的扭矩，另一个凸缘叉底盘上施加全约束。
采用四面体实体单元对叉头进行有限元网格划分，六面体实体单元对十字轴、轴承、轴管、花键套进行有限元网格划分。将叉头与轴叉、十字轴与轴承接触区域的网格细化，以便更精确的得到他们之间的接触应力。调整网格后共计136265个单元，142817个节点。
2、传动轴有限元分析计算
对上述模型进行有限元分析，得到低速档时的传动轴等效应力和综合位移云图。
由分析结果可知，在低速档时，十字轴、花键轴叉的安全系数较低，分别为1.24和1.37，其它在1.5以上；它们的综合位移也较大。十字轴和花键轴叉最大应力出现在各自的倒圆角处，原因是由于形状突变引起的应力集中；凸缘叉最大应力出现在螺钉连接处，原因也是螺钉连接产生的应力集中。同时凸缘叉和花键轴叉与轴承配合部分最大应力值与万向节叉相同。
3、结构优化及有限元分析
通过上面的分析可知，需要改善轴承受力情况，于是提出以下两种改进方案：a)改变叉头结构，增加其与轴承的接触面而积；b)增加十字轴长度，释放轴承与叉头的应力集中，将应力集中到十字轴上，均衡应力场。
根据这两种改进方案，计算结果可以得出，随着接触面积的增加，叉头和轴承的最大综合应力呈二次关系减小，十字轴最大应力变化不大。而将十字轴加长时，叉头和轴承的应力分别减小20%和15%左右，而十字轴的应力增大20%左右。根据分析可知，增加十字轴长度效果较好，但需要改动所有零部件，会增加成本，而且十字轴安全系数将至非常低，故采用增加接触面积的方案。
4、总结
a)对传动轴总成进行有限元计算，得到各零部件的应力和变形情况。对其万向节系统做了研究，得到了接触面积对轴承影响的规律，得出在不干涉的情况下以接触而积达到80%以上为最合适的结论。b)综合各个因素，对传动轴的各零部件进行了结构改进，减少了原产品的应力集中，同时减少了非应力集中区域的材料，使各零部件结构更加合理。结构改进后传动轴在减轻重量的同时提高了性能，具有重要的参考价值。
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