越野車四驅傳動系統(tǒng)設計

越野車四驅傳動系統(tǒng)設計,越野車,傳動系統(tǒng),設計 汽車設計課程設計說明書 題目：四驅車輛傳動軸系統(tǒng)的設計 專業(yè)名稱：車輛工程 指導教師：郭世永 日期：2011.12.7-2011.12.27 目錄 1.原始數(shù)據(jù) 3 2.計算各個軸啟動轉矩和附著轉矩 3 3.球籠式萬向節(jié)的設計選用 4 3.1萬向節(jié)概述 4 3.2前輪驅動萬向節(jié)的設計選用 6 3.3后輪驅動萬向節(jié)的設計選用 8 3.4四輪驅動萬向節(jié)的設計選用 11 4.萬向傳動軸的選擇 14 4.1傳動軸管的選擇 14 4.2伸縮花鍵的選擇 14 5．傳動軸的計算和強度校核 15 5.1傳動軸的臨界轉速 15 5.2傳動軸計算轉矩 15 5.3傳動軸長度選擇 15 5.4傳動軸內外管徑確定 16 5.5傳動軸扭矩強度校核 16 6.參考文獻 17 1.原始數(shù)據(jù)： 滿載重量： G=18433N 前軸 = 38925N 后軸 =10138N 驅動橋傳動比 =4.11 =4.55 滿載質心高度 =0.52m 靜態(tài)滾動半徑 =0.296m 動態(tài)滾動半徑 =0.301m 軸距 =2.576m 發(fā)動機最大功率 =70KW/3800rpm 發(fā)動機最大扭矩 =173N.m/2200rpm 分動箱速比 =2.522 =1.095 路面附著系數(shù) =0.85 振動系數(shù) =1.2 承載系數(shù) =1.33 各檔勻速行駛時，發(fā)動機輸出扭矩為發(fā)動機最大轉矩的2/3 各檔利用率1-5檔分別是1% 、 6% 、 18% 、 30% 、45% 基本要求：汽車傳動軸系統(tǒng)至少應有100000Km的壽命 2計算各軸的啟動轉矩和附著轉矩 用兩者之間的最小值作為靜態(tài)轉矩選擇萬向節(jié)計算結果列入下表1。 啟動轉矩和附著轉矩的計算 表1 起動轉矩 附著轉矩 所需萬向節(jié)尺寸 啟動 耐久 1）前輪驅動 =1536.8N．m（半軸） 3073.6 N．m（整軸 RF85(外側) VL85（內側） RF107 VL107 2)后輪驅動 N．m（半軸） =3400 N．m（整軸） 傳動軸 RF95 VL91 （外側和內側） VL85 RF107 VL107 VL85 3）四輪驅動 前軸 =1459 N．m（整軸） 后軸 =1785.2 N．m（整軸） 傳動軸 RF72（外側） VL85（內側） VL91 （外側和內側） VL85 RF91 VL91 VL91 VL85 3.球籠式萬向節(jié)的設計選用 3.1萬向節(jié)概述 萬向傳動軸由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還加裝中間支承。它主要用來在工作過程中相 對位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉矩和旋轉運動。 萬向傳動軸設計應滿足如下基本要求： 1)保證所連接的兩軸相對位置在預計范圍內變動時，能可靠地傳遞動力。 2)保證所連接兩軸盡可能等速運轉。由于萬向節(jié)夾角而產生的附加載荷、振動和噪聲應在允許范圍內。 3)傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造方便，維修容易等。 萬向傳動軸在汽車上應用比較廣泛。在發(fā)動機前置后輪或全輪驅動的汽車上，由于彈性 懸架的變形，變速器或分動器輸出軸與驅動橋輸入軸的軸線相對位置經常變化，所以普遍采 用十字軸萬向傳動軸。在轉向驅動橋中，內、外半軸之間的夾角隨行駛需要而變，這時多采 用等速萬向傳動軸。當后驅動橋為獨立懸架時，也必須采用萬向傳動軸。 萬向節(jié)按扭轉方向是否有明顯的彈性，可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)是 靠零件的鉸鏈式連接傳遞動力的，可分成不等速萬向節(jié)(如十字軸式)、準等速萬向節(jié)(如雙 聯(lián)式、凸塊式、三銷軸式等)和等速萬向節(jié)(如球叉式、球籠式等)。撓性萬向節(jié)是靠彈性零 件傳遞動力的，具有緩沖減振作用。 伸縮式等速萬向節(jié)DOJ型 俗稱六珠內球籠，以等速傳遞動力且能改變工作角度和進行伸縮滑動的，同時其工作軌道平行于軸線的萬向節(jié)裝置。與變速器連接在一起，通過鐘形殼和星形輪之間的六個鋼球將變速器的動力傳遞于軸，其最大工作角度為20度----30度之間，適用于部分車型。 固定式等速萬向節(jié) BJ型。 俗稱外球籠，以等速傳遞動力且能改變工作角度的中心固定式萬向節(jié)裝置。 與軸連接在一起，通過星形輪和鐘形殼之間的六個鋼球將動力傳遞于車輪，其最大工作角度為40度---50度之間，適用于所有車型。 樞軸式等速萬向節(jié)（TJ型） 俗稱三腳內球籠，以等速傳遞動力且能改變工作角度和進行伸縮滑動的萬向節(jié)裝置。與變速器連接在一起，通過鐘形殼內的三個帶有滾針的軸承將變速器動力傳遞于軸，其最大的工作角度為20度---30度之間，適用于所有車型。 另還有伸縮式等速萬向節(jié) VL型 3.2前輪驅動萬向節(jié)的設計選用 利用式時， 時，計算前驅動軸萬向節(jié)在各檔位百萬次循環(huán)壽命： Lh1= =11.7h Lh2= =34.3h Lh3= =105.4h Lh4= =222.7h Lh5= =416.8h 式中，Md查下表2，Mx查表1。 前輪驅動時驅動半軸萬向節(jié)壽命參數(shù)計算結果 表2 所用公式 擋位 1 2 3 4 5 1 擋位利用率（%） 1 6 18 30 45 2 14.8 8.74 5.99 4.4 3.41 3 148.6 251.7 367.3 500 645.2 4 16.9 28.6 41.7 56.7 73.2 5 853.5 504 345.4 253.7 196.6 6 時， 11.7 34.3 105.4 222.7 416.8 結合各檔使用的ax,百萬次循環(huán)負荷條件下，該萬向節(jié)的受用壽命滿足下式： = =148.4h 平均行駛速度為 安全行駛里程 由此可見，依據(jù)啟動轉矩選擇的RF85萬向節(jié)還不能滿足行駛里程要大于100000km的耐久性要求，因而，必須選擇另一個大的萬向節(jié)。利用行駛里程與轉矩比值成三次方的關系，計算相同速度和軸間夾角下得萬向節(jié)的耐久性。 RF107萬向節(jié)： 只有RF107萬向，滿足要求的耐久性； VL107萬向節(jié)的，是伸縮式萬向節(jié)，它只能以平均夾角運轉但承受較高。 VL107的耐久性 滿足設計要求 3.3后輪驅動萬向節(jié)的設計選用 后半軸用球籠式萬向節(jié),選用表1中的VL91萬向節(jié) 表3 后輪驅動后半軸萬向節(jié)壽命參數(shù)計算結果 所用公式 擋位 1 2 3 4 5 1 擋位利用率（%） 1 6 18 30 45 2 16.4 9.67 6.63 4.87 3.77 3 134.1 227.5 331.8 451.7 583.6 4 15.2 25.8 37.7 51.3 66.2 5 945.7 557.6 382.3 280.8 217.4 6 時， 26.9 96.4 240.5 508.2 944.6 百萬次壽命循環(huán) 平均行駛速度為 安全行駛里程 顯然，VL91萬向節(jié)的耐久性不夠。選擇大一號的萬向節(jié)計算耐久性 VL107萬向節(jié)： 顯然滿足耐久性要求 傳動軸與后驅動橋的連接，選用球籠式萬向節(jié)。 發(fā)動機轉矩乘以變速器的傳動比就是傳動軸所傳遞的轉矩。此外，它的速度比半軸速度高出4.11倍。根據(jù)起動轉矩選擇VL91萬向節(jié)，查表得： 計算結果如下表4 后輪驅動時傳動軸上萬向節(jié)壽命參數(shù)計算結果 表4 所用公式 擋位 1 2 3 4 5 1 擋位利用率（%） 1 6 18 30 45 2 3.6 2.125 1.458 1.071 0.829 3 611 1035.3 1508.9 2054.2 2653.8 4 69.3 117.5 171.2 233.1 301.1 5 415.2 245.1 168.2 123.5 95.6 6 時， 時 55.5 196.2 416.5 772.5 1289.7 百萬次壽命循環(huán) 平均行駛速度為 安全行駛里程 顯然，滿足耐久性要求。 用于前半軸的球籠式萬向節(jié)，前橋輸入轉矩是前橋驅動的47.5%，計算結果如下表5所示。 3.4四輪驅動時萬向節(jié)的設計選用 前半軸萬向節(jié)壽命參數(shù)計算結果 表5 所用公式 擋位 1 2 3 4 5 1 擋位利用率（%） 1 6 18 30 45 2 14.8 8.74 5.99 4.4 3.41 3 148.6 251.7 367.3 500 645.2 4 16.9 28.6 41.7 56.7 73.2 5 405.4 239.4 164 120.5 93.4 6 時， 109.2 320 983.5 207.8 3889.1 百萬次壽命循環(huán) 平均行駛速度為 安全行駛里程 顯然，RF85萬向節(jié)的耐久性不夠。選擇大一號的萬向節(jié)計算耐久性 RF91萬向節(jié)： 顯然滿足耐久性要求。 用于后半軸的球籠式萬向節(jié)，輸入的轉矩是后橋驅動轉矩的52.5% 計算結果如下表6 四驅時后驅動軸球籠式萬向節(jié)參數(shù)計算結果 表6 所用公式 擋位 1 2 3 4 5 1 擋位利用率（%） 1 6 18 30 45 2 16.4 9.67 6.63 4.87 3.77 3 134.1 227.5 331.8 451.7 583.6 4 15.2 25.8 37.7 51.3 66.2 5 496.5 292.7 200.7 147.4 114.1 6 時， 185.3 666.7 1663.3 3514.1 6535 百萬次壽命循環(huán) 12 ， 平均行駛速度為 安全行駛里程 顯然，VL91萬向節(jié)滿足耐久性要求。 傳動軸上的球籠式萬向節(jié)。對于四輪驅動，與后橋連接的傳動軸只承受發(fā)動機轉矩的52.5%。因此選擇VL85萬向節(jié)，計算結果如下表7 四驅驅動時傳動軸上球籠萬向節(jié)壽命參數(shù)計算結果 表7 所用公式 擋位 1 2 3 4 5 1 擋位利用率（%） 1 6 18 30 45 2 3.6 2.125 1.458 1.071 0.829 3 611 1035.3 1508.9 2054.2 2653.8 4 69.3 117.5 171.2 233.1 301.1 5 218 128.7 88.3 64.8 50.2 6 時， 時 383.5 1355.8 2878.3 5338.5 8912.7 百萬次壽命循環(huán) 平均行駛速度為 安全行駛里程 顯然，VL85萬向節(jié)，滿足耐久性要求。 4 萬向傳動軸的選擇 4.11傳動軸管的選擇 傳動軸的長度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設計決定。設計時應保證在傳動軸長度處在最大值時，花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長度；而在長度處于最小時，兩者不頂死。傳動軸夾角大小會影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動效率和十字軸的不均勻性。變化范圍為3。 傳動軸經常處于高速旋轉狀態(tài)下，所以軸的材料查機械零件手冊選取40CrNi，適用于很重要的軸，具有較高的扭轉強度。 傳動軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁?。?.5～3.0mm）、管徑較大、易質量平衡、扭轉強度高、彎曲剛度高、適用高速旋轉的電焊鋼管制成。 3.2伸縮花鍵的選擇 選擇矩形花鍵，用于補償由于汽車行駛時傳動軸兩端萬向節(jié)之間的長度變化。為減小阻力及磨損，對花鍵齒磷化處理或噴涂尼龍，外層設有防塵罩，間隙小一些，以免引起傳動軸的震動?；ㄦI齒與鍵槽按對應標記裝配，以保持傳動軸 總成的動平衡。動平衡的不平衡度由電焊在軸管外的平衡片補償。裝車時傳動軸的伸縮花鍵一端應靠近變速器，減小其軸向阻力和磨損。其結構圖如下: 圖 5-1 萬向傳動軸—花鍵軸結構簡圖 1-蓋子；2-蓋板；3-蓋墊；4-萬向節(jié)叉；5-加油嘴；6-伸縮套； 7-滑動花鍵槽；8-油封；9-油封蓋；10-傳動軸管 5. 傳動軸的計算與強度校核 5.1傳動軸的臨界轉速 長度一定時，傳動軸斷面尺寸的選擇應保證傳動軸有足夠的強度和足夠高的臨界轉速。所謂臨界轉速，就是當傳動軸的工作轉速接近于其彎曲固有振動頻率時，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動軸折斷時的轉速。傳動軸的臨界轉速（r/min），安全系數(shù)K取1.2，適用于一般精度的伸縮花鍵 則有 （為發(fā)動機轉速） (6.1) 安全系數(shù) = （6.2） = 2640 5.2傳動軸計算轉矩 = 327×4.55×90% = 1339 N （6.3） = 1339 5.3傳動軸長度選 根據(jù)軸距 2576mm,初選傳動軸支承長度為（17903.6）mm，花鍵軸長度應小于支承長度，滿足萬向節(jié)與傳動軸的間隙要求，取花鍵軸長度為（15702.5）mm 5.4 傳動軸管內外徑確定 （6.4） 得 （6.5） 又 1.5 mm 3 mm 根據(jù)電焊鋼管外徑70105mm的標準資料（從冶金部標準YB24263中選?。? 初選 = 95 mm ， （6.6） 其中 為傳動軸長度(mm)，即兩萬向節(jié)中心的距離 和分別為傳動軸軸管的外、內徑(mm) 5.5傳動軸扭矩強度校核 由于傳動軸只承受扭轉應力而不承受彎曲應力，所以只需校核扭轉強度，根據(jù)公式有 MP（6.7） = 300 MP （為許用扭轉切應力） 上式說明設計參數(shù)滿足扭轉強度要求。 6. 參考文獻 [1] 劉惟信.汽車設計.北京：清華大學出版社,2000 [2] 王望予.汽車設計(第三版). 北京：機械工業(yè)出版社,2000 [3] 陳家瑞.汽車構造(下冊). 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