傳動(dòng)軸和萬向節(jié)設(shè)計(jì)2

1、汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書目 錄（一） 傳動(dòng)軸與十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)1.1結(jié)構(gòu)方案選擇031.2計(jì)算傳動(dòng)軸載荷031.3傳動(dòng)軸強(qiáng)度校核041.4十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)041.5傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速校核及安全系數(shù)061.6參考文獻(xiàn)08(二） 半承載式城市客車總體設(shè)計(jì)2客車主要數(shù)據(jù)082.1尺寸參數(shù)082.2質(zhì)量參數(shù)092.3發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)092.4底盤參數(shù)102.5傳動(dòng)系的傳動(dòng)比103動(dòng)力性計(jì)算103.1發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性113.2車輪滾動(dòng)半徑113.3滾動(dòng)阻力系數(shù)f.113.4空氣阻力系數(shù)和空氣阻力.113.5機(jī)械效率.113.6計(jì)算動(dòng)力因數(shù)123.7確定最高車速.153.8確定最大爬坡度153.9確定加速時(shí)間164燃

2、油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算165制動(dòng)性能計(jì)算175.1最大減速度j .175.2制動(dòng)距離S.175.3上坡路上的駐坡坡度i.175.4下坡路上的駐坡坡度i.186穩(wěn)定性計(jì)算186.1縱向傾覆坡度186.2橫向傾覆坡度19第一部分1. 傳動(dòng)軸與十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)要求1.1 結(jié)構(gòu)方案選擇十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動(dòng)效率高，生產(chǎn)成本低，但所連接的兩軸夾角不宜太大。當(dāng)夾角增加時(shí)，萬向節(jié)中的滾針軸承壽命將下降。普通的十字軸式萬向節(jié)主要由主動(dòng)叉，從動(dòng)叉，十字軸，滾針軸承及軸向定位件和橡膠封件等組成。1.2 計(jì)算傳動(dòng)軸載荷由于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)，根據(jù)表4-1，位置采用：用于變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和

3、一檔傳動(dòng)比來確定Tse1=kdTemaxki1if/n Tss1= G2 m2rr/ i0imm 根據(jù)富利卡2.0數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax=156Nm驅(qū)動(dòng)橋數(shù)n=1，發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率=0.85，液力變矩器變矩系數(shù)k=(k0 -1）/2+1=1.615,滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷G2=65%mag=0.65*1970*9.8=12548.9N，發(fā)動(dòng)機(jī)最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù)m2=1.3，輪胎與路面間的附著系數(shù)=0.85，車輪滾動(dòng)半徑rr=0.35,主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)比im=1,主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)效率m=發(fā)動(dòng)機(jī)離合器=0.9*0.85=0.765，

4、因?yàn)?.195 mag/Temax>16,fj=0，所以猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)kd=1，主減速比i0=4.5所以：Tse1=kdTemaxki1if/n=963.671NTss1= G2 m2rr/ i0imm=1409.814NT1=min Tse1, Tss1 T1= Tse1=963.671N1.3 傳動(dòng)軸強(qiáng)度校核按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件T=T/WTT式中，T為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取軸的轉(zhuǎn)速n=4500r/min，軸傳遞的功率P=65kw，Dc=60mm，dc=81mm分別為傳動(dòng)軸的外內(nèi)直徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3得T為15-25 MpaT=7.266 Mpa<T故傳動(dòng)軸的強(qiáng)度符合要求1.

5、4 十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì) 設(shè)作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力為F，則F= T1/2rcos=7428.561N 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力w和切應(yīng)力應(yīng)滿足w=w=式中，取十字軸軸頸直徑d1=38.2mm，十字軸油道孔直徑d2=10mm，合力F作用線到軸頸根部的距離s=14mm，w為彎曲應(yīng)力的許用值，為250-350Mpa，為切應(yīng)力的許用值，為80-120 Mpaw=19.094 Mpa<w= = =6.959 Mpa<故十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力滿足校核條件 十字軸滾針的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足j=272j式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長(zhǎng)度Lb=27mm，在合力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷

6、Fn=776.622N,當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC 以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力j為3000-3200 Mpaj=272=272=0.875 Mpa<j故十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力校核滿足 萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力F作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸軸孔中心線成45°的截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲應(yīng)力w和扭應(yīng)力b應(yīng)滿足w=Fe/Wwb=Fa/Wtb式中，取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,取k=0.246,W=bh2/6, Wt=khb2, 彎曲應(yīng)力的許用值w為50-80Mpa，扭應(yīng)力的許用值b為80-160 Mpaw=Fe/W= =

7、20.791 Mpa< wb=Fa/Wt= =14.086 Mpa<b故萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷校核滿足要求 十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)效率與兩軸的軸間夾角，十字軸的支承結(jié)構(gòu)和材料，加工和裝配精度以及潤(rùn)滑條件等有關(guān)。當(dāng)25°時(shí)，可按下式計(jì)算（取=15°）0=1-f（）=1-0.07（）=99.30%1.5 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速校核及安全系數(shù)傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速為nk=1.2×108式中，取傳動(dòng)軸的支承長(zhǎng)度Lc=1.5m, dc=70mm, Dc=90mm分別為傳動(dòng)軸軸管的內(nèi)外直徑, nmax=4500 r/minnk=1.2×108×=6080.933

8、 r/min在設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸時(shí)，取安全系數(shù)K= nk/nmax=1.2-2.0K= nk/nmax=1.351故符合要求 傳動(dòng)軸軸管斷面尺寸除應(yīng)滿足臨界轉(zhuǎn)速要求以外，還應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力c=c式中c=300 Mpac=10.618 Mpa<c軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力校核符合要求 對(duì)于傳動(dòng)軸上的花鍵軸，通常以底徑計(jì)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力h，許用應(yīng)力一般按安全系數(shù)2-3確定h = 式中,取花鍵軸的花鍵內(nèi)徑dh=70mm，外徑Dh=80mm,h =14.039 Mpa 傳動(dòng)軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力y應(yīng)滿足y=T1K/Lhn0y式中,取花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)K=1.35,花鍵的有效工作長(zhǎng)度Lh=60mm

9、，花鍵齒數(shù)n0=18,當(dāng)花鍵的齒面硬度大于35HRC時(shí)：許用擠壓應(yīng)力y=25-50 Mpay= =6.424Mpa <y傳動(dòng)軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力y滿足要求1.6 參考文獻(xiàn)：1 王望予.汽車設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.82 紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2006.53 劉鴻文.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，2004.14 羊拯民.傳動(dòng)軸和萬向節(jié). 北京：人民交通出版社，1986，10第二部分 6117客車總體設(shè)計(jì)2客車主要數(shù)據(jù)2.1尺寸參數(shù)：見表1.1表1.1 6117客車整體尺寸參數(shù) 尺寸類型 項(xiàng)目 參 數(shù) 值 整車外型尺寸 總長(zhǎng)L（mm） 11500 整車外型尺寸

10、 總寬B（mm） 24600 整車外型尺寸 總高H（mm） 3200 車廂內(nèi)部尺寸 長(zhǎng)L（mm） 10500車廂內(nèi)部尺寸 寬B（mm） 2340車廂內(nèi)部尺寸 高H（mm） 2200 底盤布置尺寸 軸距L（mm） 5700底盤布置尺寸 前后輪距B/B(mm) 2020/1830 通過性參數(shù) 最小離地間隙h(mm） 2402.2質(zhì)量參數(shù)：見表1.2表1.2 6117客車質(zhì)量參數(shù)表類別 項(xiàng)目 參 數(shù) 值 質(zhì)量參數(shù) 整車整備質(zhì)量m(kg) 11000 質(zhì)量參數(shù) 乘員數(shù) 60+1 質(zhì)量參數(shù) 最大總質(zhì)量m(kg) 15000 最大軸載質(zhì)量 前軸G(kg) 5100 最大軸載質(zhì)量 后軸G(kg) 99002

11、.3發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)：見表1.3表1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)類別 參 數(shù) 值發(fā)動(dòng)機(jī)類型 柴油四沖程、直列六缸、水冷、增壓、直噴額定功率P(kw) 175額定功率轉(zhuǎn)速n(rpm) 1950 最大扭矩T(N·m) 890最大扭矩時(shí)轉(zhuǎn)速n(rpm) 1650最大轉(zhuǎn)速(rpm) 2100全負(fù)荷最低燃油消耗量b (g/kw·h) 2152.4底盤參數(shù)：見表1.4表1.4 底盤參數(shù)項(xiàng)目 參 數(shù) 值底盤型號(hào) D117離 合 器 單片、干式、膜片彈簧變 速 箱 機(jī)械式、四個(gè)前進(jìn)檔、一個(gè)倒檔，變速比見1.5懸架系統(tǒng) 非獨(dú)立式，少片變截面鋼板彈簧主減速比 5.091輪 胎 10R2014PR行車制動(dòng)

12、 氣壓雙管路鼓式車輪制動(dòng)器駐車制動(dòng) 手控閥控制后輪彈簧儲(chǔ)能彈力2.5傳動(dòng)系的傳動(dòng)比：見表1.5表1.5 變速器的傳動(dòng)比 檔位 檔i 檔i 檔i 檔i 檔i 倒檔 傳 動(dòng) 比 6.65 3.77 2.66 1.40 1.00 6.653動(dòng)力性計(jì)算3.1發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)廠提供的外特性曲線列成表2.1。表2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性參數(shù)表 項(xiàng)目 參 數(shù) 值 轉(zhuǎn)速Ne(rpm) 600 900 1200 1500 1800 2100 功率Pe(kw) 48.50 75.09 102.21 128.98 154.78 175.21 轉(zhuǎn)矩Ttq(N·m) 771.9 796.8 813.4 8

13、21.17 821.17 796.8 燃油消耗量b(g/kw·h) 224 220 217 215 215 2173.2車輪滾動(dòng)半徑輪胎：10R20-14PR根據(jù)滾動(dòng)半徑公式：r= 式中，F(xiàn)為計(jì)算常數(shù)，子午線胎F=3.05，d為E.T.R.T.O.會(huì)員生產(chǎn)輪胎的自由直徑，d=1055mm。r=mm=512mm=0.512m3.3滾動(dòng)阻力系數(shù)f為計(jì)算方便，近似取f=0.0153.4空氣阻力系數(shù)和空氣阻力客車空氣阻力系數(shù)取值在0.50.8本車的空氣阻力系數(shù)C=0.7迎風(fēng)面積ABH=2.463.2=7.872（m）式中：B為汽車總寬2460mm，H為汽車的總高3200mm。3.5機(jī)械效率=

14、 式中：為變速器傳動(dòng)效率，近似取95% 為主減速器傳動(dòng)效率，取96% 為萬向節(jié)傳動(dòng)效率，兩個(gè)萬向節(jié)為96%=95%96%96%=0.876=87.6%3.6計(jì)算動(dòng)力因數(shù)各檔的動(dòng)力因數(shù)的計(jì)算按下列的公式計(jì)算：Ua = 0.377（km/h） Ft = （N） Fw = （N） D = = 式中：i各檔傳動(dòng)比 G 汽車總重 Ua車速 Ft驅(qū)動(dòng)力 Fw空氣阻力 D 動(dòng)力因數(shù)各檔的動(dòng)力因數(shù)見表2.22.6：表2.2 檔的計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 參 數(shù) 值 Ua(km/h) 3.42 5.13 6.84 8.55 10.26 11.97 Ft(N) 44712 46154 47115 47565 47565 4

15、6154 Fw(N) 3.0 6.9 12.2 19.0 27.4 37.3 D 0.304 0.314 0.320 0.323 0.323 0.314表2.3 檔的計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 參 數(shù) 值Ua(km/h) 6.0 9.1 12.1 15.1 18.1 21.1 Ft(N) 25348 26165 26711 26966 26966 26165 Fw(N) 9.4 21.6 38.1 59.4 85.4 116.0 D 0.172 0.178 0.181 0.183 0.183 0.177表2.4 檔的計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 參 數(shù) 值Ua(km/h) 8.6 12.8 17.1 21.4 25.7

16、 29.9 Ft(N) 17885 18462 18846 19026 19026 18462 Fw(N) 19.3 42.7 76.2 119.3 172.1 232.9 D 0.122 0.125 0.128 0.129 0.128 0.124表2.5 檔的計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 參 數(shù) 值Ua(km/h) 16.2 24.4 32.5 40.6 48.7 56.9 Ft(N) 9413 9717 9919 10014 10014 9717 Fw(N) 68.4 155.1 275.2 429.5 617.9 843.5 D 0.064 0.065 0.067 0.065 0.064 0.060表

17、2.6 檔的計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 參 數(shù) 值Ua(km/h) 22.7 34.1 45.5 56.9 68.2 79.6 Ft(N) 7675 7923 8088 8165 8165 7923 Fw(N) 134.3 303.0 539.4 843.5 1211.8 1650.8 D 0.051 0.052 0.051 0.050 0.047 0.043根據(jù)各檔的計(jì)算結(jié)果，畫出6117客車的動(dòng)力特性圖，如圖2.1所示。 圖2.1 6117客車的動(dòng)力特性圖各檔動(dòng)力因數(shù)D與Ua的關(guān)系式如下：D=-0.00003310535831U4a+0.00103393087701U3a-0.012378746645

18、44U2a+0.06884896286840Ua+0.16987738236907D= -0.00000147000966 U4a+ 0.00007330845017 U3a -0.00140989049261 U2a+ 0.01315178340974 Ua+ 0.12991480323371D= 0.00000004917596 U4a-0.00000556855541 U3a +0.00015589102054U2a-0.00091726403694 Ua+ 0.12161908181954 D= 0.00000000515519U4a -0.00000083866696 U3a + 0

19、.00003836210019U2a -0.00050945190873 Ua+ 0.06532208359304D= -0.00000000119598U4a + 0.00000023847931 U3a -0.00002132626095U2a + 0.00081351640208Ua+ 0.04107841201111 各檔的最大動(dòng)力因數(shù)見表2.7：表2.7 各檔的最大動(dòng)力因數(shù) 檔位 檔 檔 檔 檔 檔 最大動(dòng)力因數(shù)D 0.324 0.183 0.129 0.067 0.0523.7確定最高車速最高車速由下式求得： D = + 式中：旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù) , = f(cos+sin)該車在良

20、好水平路面上達(dá)到最高車速時(shí)， = 0 ， = 0 。 故 D = f最高車速為發(fā)動(dòng)機(jī)給定的最大轉(zhuǎn)速n=2100r/min時(shí)所對(duì)應(yīng)的最高車速，其計(jì)算式為： Ua = 0.377 = 0.377 = 79.6(km/h)3.8確定最大爬坡度 = arcsin = 18.0 i= tan = tan22.6 = 32.5% 同理，可算出各檔的最大爬坡度，見下表2.8：表2.8 各檔最大爬坡度 檔位 檔 檔 檔 檔 檔 最大爬坡度i 32.5% 17.1% 11.5% 5.2% 3.7%3.9確定加速時(shí)間直接檔的加速時(shí)間由下式確定 式中：加速度旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，直接檔為1.06采用直接檔由穩(wěn)定車速30

21、km/h加速到70km/h所需時(shí)間由下式積分得到：t=7030dUa=7030 dUa=24.4S4燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算滾動(dòng)阻力：F = Gf = mgf = 150009.80.015 = 2205 (N)空氣阻力：F = CAU/21.25 = 0.77.87250/21.15 = 651.348 (N)汽車等速行駛消耗的功率為： P = = = 45.3 (kw) 等速百公里油耗為： Q = 式中：b燃油消耗率；由發(fā)動(dòng)機(jī)特性可知b224g/(kw·h)，按b=224算。 柴油比重，去=8.1N/L。 Q = = =24.56 (L/100km)5制動(dòng)性能計(jì)算5.1最大減速度j 緊急制動(dòng)時(shí)，前后輪同時(shí)拖滑，制動(dòng)力為： F = G式中：路面附著系數(shù)，取=0.7 j = F/m = g = 0.79.8 = 6.86 (m/s)5.2制動(dòng)距離S S = U（t+0.5t）/3.6 + = 50(0