機(jī)電工程學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)設(shè)計(jì)題目: GD6126 客車(chē)設(shè)計(jì)—傳動(dòng)軸及懸架設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 20xx 年 5 月 30 日1目次1 緒論 .21.1 懸架設(shè)計(jì)概述 .21.2 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)概述 .31.3 設(shè)計(jì)的目的及意義 .32 客車(chē)懸架設(shè)計(jì) .42.1 設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù) .42.2 GD6126 客車(chē)前、后懸架的確定 42.3 懸架主要參數(shù)的確定 .52.4 彈性元件的設(shè)計(jì) .62.5 鋼板彈簧強(qiáng)度的驗(yàn)算 202.6 減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算 213 GD6126 客車(chē)傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) .243.1 設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù) 243.2 傳動(dòng)布置形式的選擇 243.3 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 253.4 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及校核 263.5 軸管的選擇及校核 273.6 花鍵的設(shè)計(jì)及校核 283.7 十字軸萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)及校核 303.8 中間支撐結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 32設(shè) 計(jì) 總 結(jié) 33致 謝 .35參 考 資 料 3621 緒論1.1 懸架設(shè)計(jì)概述懸架系統(tǒng)是汽車(chē)十分重要的組成部分，它的作用是鏈接兩部分車(chē)架與車(chē)橋；減輕路面的坑洼對(duì)車(chē)輛駕駛員的沖擊，從而提高行駛的平順性；保證車(chē)輪在凹凸不平的路面和負(fù)載發(fā)生變化行駛時(shí)有較為理想的行駛性能，保證汽車(chē)操縱的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)在各種路況條件下平穩(wěn)運(yùn)行。汽車(chē)懸架主要由導(dǎo)向裝置、減震器、彈性元件、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器這些構(gòu)成。懸架的設(shè)計(jì)要求有：1）行駛平順性好。2）能衰減振。3）操縱穩(wěn)定。4）汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)，保證車(chē)身的相對(duì)穩(wěn)定。5）隔聲效果好。6）緊湊的結(jié)構(gòu)、小的使用空間。要使設(shè)計(jì)出的汽車(chē)擁有良好的乘坐舒適度，振動(dòng)系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率和懸掛質(zhì)量與彈性元件要在適合的頻帶要求要盡可能地低。應(yīng)該使汽車(chē)前懸架和后懸架的固有頻率設(shè)計(jì)的合理，對(duì)于乘用車(chē)，應(yīng)該讓其后懸架的固有頻率稍微大于前懸架的固有頻率，并且應(yīng)該盡可能避免懸架與車(chē)架之間的相互撞擊。在鋼板彈簧上質(zhì)量變化時(shí)，車(chē)身高度要盡量不變化，所以，比較合適于采取非線性的彈性特性懸架。1.2 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)概述萬(wàn)向傳動(dòng)軸是由萬(wàn)向節(jié)、軸管、伸縮花鍵、中間支撐構(gòu)成。它的作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)符合的條件：1）保證連接在一起的兩根軸的夾角及它們的相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能夠穩(wěn)定可靠地傳遞動(dòng)力。2）確保連接在一起的兩軸要盡可能等速。3依據(jù)萬(wàn)向節(jié)在扭轉(zhuǎn)的方向上有沒(méi)有顯著的彈性，萬(wàn)向節(jié)可以分成剛性萬(wàn)向節(jié)與撓性萬(wàn)向節(jié)兩種。剛性萬(wàn)向節(jié)依靠鉸鏈連接在一起傳遞各種力和力矩，它又包括等速萬(wàn)向節(jié)、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)及不等速萬(wàn)向節(jié)這三種；撓性萬(wàn)向節(jié)是依靠彈性元件來(lái)傳遞動(dòng)力的，擁有良好的緩解沖擊和減少震動(dòng)的作用。1.3 設(shè)計(jì)的目的及意義隨著汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車(chē)的需求也是多種多樣，我們作為汽車(chē)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)人員參與其中，只有通過(guò)精益求精的制造與與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新，才能跟上時(shí)代的步伐，我們的產(chǎn)品才會(huì)得到消費(fèi)者的認(rèn)可與支持。本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸與懸架的設(shè)計(jì)，我們就是本著這一實(shí)質(zhì)性的原則從一而終。汽車(chē)舒適性與安全性始終是廣大消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)的重要的參考標(biāo)準(zhǔn)，汽車(chē)質(zhì)量的好壞直接決定著著一系列參數(shù)的變化，因此我們需要在高質(zhì)量的汽車(chē)品質(zhì)的基礎(chǔ)之上兼顧舒適性與安全性。這是我們?cè)O(shè)計(jì)的目標(biāo)。2 客車(chē)懸架設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)表 2-1 懸架設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)總質(zhì)量 16000kg 整備質(zhì)量 12000kg前軸負(fù)荷 6000kg 后軸負(fù)荷 10000kg軸 數(shù) 2 輪胎數(shù) 6滿載重心高度 1180mm 軸 距 5800mm總 長(zhǎng) 12000mm 總 寬 2500mm前 輪 距 2099mm 后 輪 距 1824mm后 懸 3330mm 前 懸 2870mm2.2 GD6126 客車(chē)前、后懸架的確定這回要設(shè)計(jì)的 GD6126 客車(chē)使用狀況普通，行駛車(chē)速也不是很高，對(duì)行駛平順性與乘坐舒適性的要求都是較一般，屬于大眾實(shí)用型、經(jīng)濟(jì)型車(chē)型。所以采用非獨(dú)立懸架完全可以滿足使用的要求，并且能大大降低生產(chǎn)的成本。4目前客車(chē)上使用的鋼板彈簧主要有少片變截面彈簧、多片鋼板彈簧、漸變剛度彈簧。少片變截面彈簧,彈簧片的斷面尺寸沿長(zhǎng)度方向厚度不相等,片寬保持不變,質(zhì)量小,片間摩擦小,多用于輕型客車(chē)或城市公交車(chē);多片鋼板彈簧主要用于大型客車(chē)上;漸變剛度彈簧多用于微型客車(chē)上。在本次設(shè)計(jì)中，懸架在滿足汽車(chē)基本性能要求的狀況下采取了物美價(jià)廉更加經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案，這是對(duì)汽車(chē)產(chǎn)量化的生產(chǎn)制造的有力保證，這也會(huì)讓這種汽車(chē)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有優(yōu)勢(shì)地位。質(zhì)量好價(jià)格便宜的汽車(chē)產(chǎn)品對(duì)于普遍的消費(fèi)者擁有極大的吸引力。GD6126 客車(chē)前、后懸架的最適合設(shè)計(jì)方案是：客車(chē)前懸架與后懸架這次設(shè)計(jì)均采用鋼板彈簧非獨(dú)立懸架。2.3 懸架主要參數(shù)的確定2.3.1 懸架的靜撓度 fc汽車(chē)在滿載且靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)懸架上所承受的載荷 Fw 與懸架剛度 c 的比值稱(chēng)為懸架的靜撓度，即：Fc=Fw/c影響客車(chē)行駛平順性的主要指標(biāo)是客車(chē)懸架系統(tǒng)的固有頻率。汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù)大約為 1，所以客車(chē)車(chē)軸上車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在關(guān)聯(lián)?？蛙?chē)的車(chē)身的固有頻率 n,可以用下面的式子來(lái)表示：n= /2 (2-1)mc/?式（2-1 ）中，c 是懸架的剛度（ N/m）,m 是懸架的彈簧上的質(zhì)量（kg）且靜撓度能夠表示成：fc=mg/c (2-2)g：重力加速度（10N/kg）,代入上面的式子得出：n=5/ (2-3)cf分析上面的式子可以得出：懸架的靜撓度直接影響汽車(chē)車(chē)身的振動(dòng)頻率，所以要想確保汽車(chē)行駛的平順性足夠的好，就應(yīng)該合理選擇汽車(chē)懸架的靜撓度。5又因?yàn)椴煌钠?chē)對(duì)平順性的要求不相同，客車(chē)的前懸架要求在1.20～1.50hz, 后懸架要求在 1.30～1.85hz 之間，選取 =1.4hz, =12.2cm 后懸1n1cf架的懸架頻率 Hz, =9.77cm。2n1.6?2cf2.3.2 懸架的動(dòng)撓度 fd懸架的動(dòng)撓度指的是汽車(chē)從滿載靜平衡狀態(tài)開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)所能承受的最大變形狀態(tài)，汽車(chē)的輪子中心相對(duì)于車(chē)架垂直方向上的位置長(zhǎng)度的變化。通?？蛙?chē)的動(dòng)撓度的選擇范圍在 5～8cm。本設(shè)計(jì)選擇：fd1=fd2=8.0cm2.3.3 懸架的彈性特性懸架的彈性特性分成線性彈性特性與非線性彈性特性這兩種。由于客車(chē)在空載和滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化不是很大，因此選用線性懸架。2.4 彈性元件的設(shè)計(jì)2.4.1 鋼板彈簧的布置形式選擇鋼板彈簧布置形式采用對(duì)稱(chēng)縱置式鋼板彈簧。2.4.2 鋼板彈簧重要參數(shù)的確定已知滿載靜止時(shí)負(fù)荷 G1=6000N,G2=10000N?；上虏糠趾芍谿z1=500N，G z2=1000N,由此可計(jì)算出單個(gè)鋼板彈簧的載荷： 1605g1270ZWFN?????2 4憑借上面選擇的參數(shù)得：（1）滿載弧高 ：滿載弧高 fa 指的是在車(chē)軸上面安裝上懸架的鋼板彈簧后，汽車(chē)在滿載狀態(tài)下彈簧主片的兩端之間連線與其上表面的高度之差。通常 fa=10～ 20mm，在這里?。篺a=15mm（2）懸架鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 的確定① 選擇原則：cmfd0.8?6鋼板彈簧長(zhǎng)度是指鋼板彈簧伸直后兩端卷耳中心之間連線的長(zhǎng)度。乘用車(chē)型彈簧長(zhǎng)度 L=(0.40～0.55) 軸距；貨車(chē)前懸架： =(0.26～0.35)軸距，后懸架：1L=(0.35～0.45)軸距。2L② 鋼板彈簧長(zhǎng)度的預(yù)選：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，并參考國(guó)內(nèi)外客車(chē)的一些資料，暫時(shí)選擇鋼板簧主片的長(zhǎng)度是 =1600mm, 1650mm1L2?（3）汽車(chē)鋼板彈簧剛度的確定 160540.8/2.ZcGNmf??2197./.Zcf?（4）汽車(chē)鋼板彈簧斷面寬度 b 的確定：關(guān)于鋼板彈簧的剛度，強(qiáng)度的計(jì)算可以在參考截面相等的簡(jiǎn)支梁情況下，加入撓度增大系數(shù) 來(lái)修正。所以可以根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式來(lái)計(jì)算其總慣?性距 。其中對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧0J(2-4) ??EckSLJ48/)(30???式（2-4 ）中：S——U 形螺栓的中心距（mm）k——U 形螺栓夾緊(剛性?shī)A緊，k 取 0.5)；c——鋼板彈簧垂直剛度（ N/mm） ,c= ;cWfF/——為撓度增大系數(shù)。?①撓度增大系數(shù) 的確定：首先要確定和彈簧主片長(zhǎng)度相等的重疊片數(shù) ，然后估算一下總片數(shù) ，1n0n算出 ，得出 =1.5/ ，預(yù)定 的值。01/n?????)5.01(4.???對(duì)于前懸架彈簧：L=1600mmk=0.57S=200mm12n?031?2=1.5/[04(.)].5/[4(0.5)]1.3??????E= 2.2mN把上面的數(shù)據(jù)代入到公式，可得: 34017J??計(jì)算總截面系數(shù) ： 0W???WWkSLF?4/)(??Fw=Fa=27500NL=1600mmk=0.5S=200mm=425 N/mm2??w?把上述數(shù)據(jù)代入到公式，可得：W0=22.8×103 m再計(jì)算前懸架彈簧平均厚度：=12mm??cawpEfkSLJh6)(/220????b=110mm對(duì)于后懸架彈簧L=1650mmk=0.5S=200mmn1=28n0=13132??=1.5/ =1.5/ =1.35???)5.1(04.?2[.4(0.5)]13??E=2.1 N/5m把以上數(shù)據(jù)代入到公式中，可知：J0=468.8×103 4確定前彈簧總截面系數(shù) ：W(2-5)0???WkSLF?4/)(??式（2-5 ）中 為許用彎曲應(yīng)力。 的選擇范圍：前懸架彈簧是?w?w350～450N/ ，后懸架彈簧是 350～550 N/ 。2m2m= =45000NwFL=1650mmk=0.5S=200mm=425 N/??w?2m把上面的數(shù)據(jù)代入到公式中，可得：=54.8×1030W再計(jì)算平均厚度：=14mm??cmwpEfkSLJh6)(/220????得出 之后，然后選定彈簧片寬 b。優(yōu)先選用片寬和片厚的比在 6～10 內(nèi)。phb=110mm②彈簧片厚 h 的確定:本次均采用等厚片設(shè)計(jì)，前、后鋼板彈簧片厚分別取 12mm、14mm。9經(jīng)過(guò)參閱設(shè)計(jì)手冊(cè)可以知道鋼板截面尺寸 b 和 h 均滿足國(guó)家的技術(shù)要求。③鋼板斷截面形狀的確定：本次設(shè)計(jì)的鋼板彈簧采用矩形截面。④ 鋼板彈簧總片數(shù)的選擇：鋼板彈簧片數(shù) n 采用的較少的話便于制造和裝配，也能降低各片之間的干摩擦。但鋼板彈簧片數(shù)減少將會(huì)使鋼板彈簧和等強(qiáng)度梁有較大的差別，材料的使用率也會(huì)變得不好。多片鋼板彈簧的片數(shù)通常在 6～14 范圍內(nèi)。用變截面鋼板彈簧時(shí)，片數(shù)通常選 1～4。根據(jù)客車(chē)的總質(zhì)量并結(jié)合國(guó)內(nèi)外資料初步選取本客車(chē)前懸架彈簧的片數(shù)為10 片，后懸架彈簧的片數(shù)為 13 片。（5）鋼板彈簧每片長(zhǎng)度的選定先每片鋼板彈簧厚度 的立方值 按照一樣的比例尺順著縱坐標(biāo)畫(huà)在圖上，ih3i然后沿著橫坐標(biāo)測(cè)量出主彈簧片長(zhǎng)度的二分之一即 L/2 與 U 型螺栓中心距的一半即 s/2，得出 A,B 這兩點(diǎn)，然后連接 A，B 兩點(diǎn)就會(huì)得到鋼板彈簧展開(kāi)圖。AB 線與各片上邊的交點(diǎn)就是其長(zhǎng)度。假使有和主片長(zhǎng)度一樣的重疊片，就從B 點(diǎn)開(kāi)始到最后一個(gè)重疊彈簧片上側(cè)邊斷點(diǎn)連線，這條線與每個(gè)彈簧片上側(cè)邊的交點(diǎn)就是其長(zhǎng)度。圓整后得到實(shí)際設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。由圖 2-1 確定彈簧各片長(zhǎng)度：圖 2-1 板簧結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)表 2-2 板簧的計(jì)算值與修正值前 懸 架 后 懸 架片 序 號(hào)計(jì) 算 值 修 正 值 計(jì) 算 值 修 正 值1 1600 1600 1650 1650102 1480 1480 1650 16603 1360 1360 1650 16704 1240 1240 1520 15205 1120 1120 1390 13906 1000 1000 1260 12607 880 880 1130 11308 640 640 1000 10009 520 520 870 87010 320 320 740 74011 610 61012 480 48013 350 3502.4.3 鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算上面設(shè)計(jì)的撓度增大系數(shù) ，總慣性矩 等數(shù)據(jù)都不能十分準(zhǔn)確，必須經(jīng)?0J過(guò)剛度驗(yàn)算。剛度驗(yàn)算常用公式為：C= ???????????ni KkYaE113)(/6?其中， ； ；)(11????kkla?iKJY1/??1/kiJ上式中，?是修正系數(shù)，一般選擇 0.90～0.94，E 是彈性模量； 為主,1l?k片和第（k+1）片鋼板彈簧的長(zhǎng)度。計(jì)算公式里鋼板彈簧主片長(zhǎng)度的一半 ，假使用中心螺栓與卷耳中心的長(zhǎng)1l度代進(jìn)去，算出的是鋼板彈簧總成自由剛度 ；假使用有效長(zhǎng)度，即jc代進(jìn)去，算出的剛度值是鋼板彈簧總成的夾緊剛度 。10.5lkS?? zc（1）前懸架彈簧剛度的驗(yàn)證計(jì)算：表 2-3 前懸架 ak+1 的值K 1 2 3 4 5 6 711= (cm)1?ka1??kl0 5.58 16.73 22.3 27.88 33.46 39.03K 8 9 10= (cm)1?k1?kl50.18 55.76 66.92通過(guò)公式 (mm-4)，得：??kiKJY1/Y1=6.3×10-5 Y2=3.15×10-5 Y3=1.575×10-5 Y4=1.26×10-5 Y5=1.05×10-5 Y6=0.9×10-5 Y7=0.63×10-5 Y8=0.573 ×10-5 Y9=0.485 ×10-5把上面的數(shù)據(jù)代入公式，計(jì)算出總成自由剛度 ：1jC=4521N/cm1j把上面的數(shù)據(jù)用到公式有效長(zhǎng)度，即 ，代入到公式得到的鋼ksl5.01'??板彈簧總成的夾緊剛度 1zC=4544N/cm1z與設(shè)計(jì)值 =4508N/cm 相差不大，基本滿足要求。1（2）后懸架彈簧剛度的驗(yàn)證計(jì)算：表 2-4 后懸架 ak+1 的值K 1 2 3 4 5 6 7= (cm)1?ka1??kl0 6.58 12.15 17.53 23.4 28.87 34.33K 8 9 10 11 12 13= (cm)1?k1?kl40.11 45.24 51.22 56.52 62.12 67.63通過(guò)公式 (mm-4)，得：??kiiKJY1''/Y1=7.3×10-5 Y2=4.13×10-5 Y3=3.0×10-5 Y4=1.99×10-5Y5=1.45×10-5 Y6=1.21×10-5 Y7=0.98×10-5 Y10=0.71×10-512Y11=0.62×10-5 Y12=0.57×10-5 Y13=0.51×10-5把上面的數(shù)據(jù)代入到公式，可以算出總成自由剛度 ：2jCCj2=9126N/cm如果采用有效長(zhǎng)度，即 ，通過(guò)公式得到鋼板彈簧總成夾緊剛kSl5.01'??度 Cz2：Cz2=9224N/cm與設(shè)計(jì)值 =9278N/cm 相差不大,基本滿足要求。22.4.4 鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力的選??；cbwaxkxkk??20????1kx前 懸 架 ：參 數(shù) ： b=110mm＝ 11cm,h=12mm=1.2cm1.62（ ）????3221 047.6w? 3所 以 ； 1.62； 3.24； ……； 19.44xxx ?x0w???nkkxnkkxD112????1321312322ww xxxxxx ??????????113ii 333 62.1876.2506. ???－ 1215.94選 取 主 片 ： 100??L2/cmkg末 片 ： n13??Dwwankxnnkk?????101103?????31311228608637???＝ － 11.32??Dwwbnkxxnnkk?????10101??????311311 286286350?????.?c 取 常 數(shù) － 1300則 有 ： 1306.283.12 ?????xkxkxkxkk wcbwa?前 懸 架 每 片 彈 簧 預(yù) 應(yīng) 力 的 計(jì) 算 值 與 修 正 值 ， 請(qǐng) 看 表 2-5。表 2-5 前 懸 彈 簧 預(yù) 緊 力 的 計(jì) 算 值 與 修 正 值序 號(hào) 計(jì) 算 值 修 正 值序號(hào)計(jì) 算 值 修 正 值1 － 1300 － 1300 6 416.5 4152 － 865.4 － 865 7 494.7 4953 —174.4 － 175 8 472.7 4704 82 80 9 372.6 3705 279 280 10 100 100后 懸 架 ：參 數(shù) ： b=110mm＝ 11cm,h=14mm=1.4cm2.71（ ）????32321 0.6w? 3所 以 ； 2.71； 5.42； ……； 32.52xx3x ?1xw???nkkxnkkxD11214????13213123212 wwww xxxxxx ???? ????????131ii 333 71.28676.2506. ???－ 5692.12選 取 主 片 ： 100??l 2/cmkg末 片 ： 130n??Dwwankxnkk?????101?????21313112 8630428686370 w?????＝ － 4.05 ??Dwwbnkxxnnkk?????1010132 ??????1311311 2865043286286350 w?????????4.7?c 取 常 數(shù) － 1300則 有 ： 1304.705.422 ?????xkxkxkxkk wcbaw?后 懸 架 每 片 鋼 板 彈 簧 預(yù) 應(yīng) 力 的 計(jì) 算 值 與 修 正 值 ， 請(qǐng) 看 下 表 2-6。表 2-6 后 懸 彈 簧 預(yù) 緊 力 的 計(jì) 算 值 與 修 正 值序 號(hào) 計(jì) 算 值 修 正 值序號(hào)計(jì) 算 值 修 正 值序號(hào)計(jì) 算 值 修 正 值1 － 1300 － 1300 6 278.0 280 11 369.0 3702 － 865.4 － 865 7 415.2 415 12 208.7 2103 － 490.3 － 490 8 492.9 490 13 100 100154 － 174.7 － 175 9 511.1 5105 81.4 80 10 469.8 4702.4.5 自由狀態(tài)時(shí)鋼板彈簧總成的弧高與曲率半徑的計(jì)算（1）自由狀態(tài)時(shí)鋼板彈簧總成的弧高 0H在自由狀態(tài)時(shí)鋼板彈簧總成的弧高 ，通過(guò)下式可得出：(2-6))(0ffac???式（2-6 ）中， 為靜撓度； 為滿載弧高； 是用 U 型螺栓夾緊鋼板彈簧總cf成后引起的弧高變化， ；S 是 U 型螺栓的中心距；L 是2))(3LfSfca???懸架鋼板彈簧主片的長(zhǎng)度。下面分別計(jì)算在自由狀態(tài)時(shí)前、后懸架鋼板彈簧總成的弧高 ：0H前懸架彈簧：由： =122mm1Cfma5?則 =122+15+24.6=161.6mm)(0ffHacm???后懸架彈簧：=97.7+15+19.7=132.4mm)(0ffHac???（2）自由狀態(tài)時(shí)鋼板彈簧總成的曲率半徑的確定：自由狀態(tài)下前懸架彈簧總成的曲率半徑：= =1978mm.0208/HLR?216.?自由狀態(tài)下后懸架彈簧總成的曲率半徑：16= =2570mm020H8LR???/21653.4?（3）自由狀態(tài)下每片鋼板彈簧的曲率半徑的確定矩形截面鋼板彈簧裝配前每個(gè)彈簧片曲率半徑可通過(guò)下面的式子計(jì)算：(2-7)??iii EhRR/)2(1/00???式（2-7 ）中， 是自由狀態(tài)時(shí)第 i 片彈簧的曲率半徑，R 0 為自由狀態(tài)時(shí)彈簧總i成的曲率半徑；σ 0i 是每片鋼板彈簧的預(yù)應(yīng)力； E 是材料的彈性模量值，在這里E 取 N/ ； hi 表示第 i 片彈簧的厚度。在知道 和每片鋼板彈簧的510.2?2m0R預(yù)應(yīng)力 的情況時(shí)，可通過(guò)公式 得出在自由狀態(tài)下i???iii hR/)2(1/00???各片彈簧的曲率半徑 Ri。片厚相同的鋼板彈簧，各片彈簧的預(yù)應(yīng)力不能太大；建議主片在根部的工作時(shí)的應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力的疊加應(yīng)力值應(yīng)該在 300～350N/ 范圍內(nèi)取。1～4 片2m長(zhǎng)彈簧片受到負(fù)的預(yù)應(yīng)力，相反短片受到正的預(yù)應(yīng)力。所以預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)彈簧片片上的負(fù)值逐漸增加到正值。在計(jì)算鋼板彈簧各片的預(yù)應(yīng)力時(shí)，原理上應(yīng)符合各片鋼板彈簧在根部受到的預(yù)應(yīng)力形成的彎矩 的數(shù)值之和為零，即：iM（2-8）01??nii或 10?iniW?下面分別計(jì)算在自由狀態(tài)下前、后懸架每片鋼板副簧曲率半徑。前懸彈簧：表 2-7 前懸架彈簧各片的預(yù)應(yīng)力i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10i0?-13 -8.7 -1.8 -0.8 2.8 4.2 5.0 4.7 3.7 1.0=1978mm E= N/ =12mm0R510.2?2mih17接著用公式計(jì)算彈簧每片在自由狀態(tài)下曲率半徑，結(jié)果見(jiàn)表 2-8：表 2-8 前懸架彈簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑i 1 2 3 4 5 6 7(mm)R1978 1969.4 1958.3 1953.6 1946.8 1940.1 1938.7i 8 9 10(mm) 1934.4 1932.2 1972.9后懸彈簧：表 2-9 后懸彈簧各片的預(yù)應(yīng)力i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13i0?-13 -8.7 -4.9 -1.8 0.8 2.8 4.2 4.9 5.1 4.7 3.7 2.1 3.5= 2570mm E= N/ =14mm0R510.2?2m'ih接著通過(guò)上面的公式求出在自由狀態(tài)下每片彈簧的曲率半徑，計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)下表 2-10：表 2-10 后懸彈簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑i 1 2 3 4 5 6 7(mm)R2570 2563.3 2557.8 2552.8 2547.9 2540.0 2533.5i 8 9 10 11 12 13(mm) 2531 2528.5 2526 2523.5 2521 2518.5（4）前、后懸架彈簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高的計(jì)算：假如第 i 片鋼板彈簧的片長(zhǎng)為 ，則它的弧高 Hi 為：iL（2-9） iiiRH8/2?將每片鋼板彈簧的長(zhǎng)度和曲率半徑代入到上面的公式，得到前懸架彈簧總成在自由狀態(tài)下各片彈簧的弧高 Hi 如表 2-11：表 2-11 前懸彈簧總成在自由狀態(tài)下各片弧高i 1 2 3 4 5 6 718(mm)iH161.8 162.4 118.1 98.1 80.5 63.0 49.9i 8 9 10(mm)i26.4 17.5 6.6在自由狀態(tài)下后懸彈簧總成各片弧高的計(jì)算方法一樣。表 2-12 在自由狀態(tài)下后懸彈簧總成各片弧高i 1 2 3 4 5 6 7(mm)iH132.4 132.7 133.0 113.1 94.7 78.1 64.4i 8 9 10 11 12 13(mm)i49.4 37.4 27.1 18.4 11.4 6.12.4.6 鋼板彈簧總成弧高的核算由最小勢(shì)能原理可知，鋼板彈簧總成的各片勢(shì)能總和最小時(shí)在穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過(guò)這可以算出等厚葉片彈簧的 為 ：0R1/ = (2-10)0???niniiL11/)(式（2-10 ）中， 第 i 片長(zhǎng)度。為 鋼 板 彈 簧iL鋼板彈簧總成的弧高為： H 028/R?上式計(jì)算出的結(jié)果應(yīng)與 得到的結(jié)果相近。假如結(jié)果相差)(0ffac???很大，應(yīng)再次選擇各片彈簧的預(yù)應(yīng)力再行校核。首先對(duì)前懸架彈簧的總成弧高進(jìn)行校對(duì)計(jì)算,把前懸架彈簧各片的曲率半徑和長(zhǎng)度代入到上面的式子里可得：=1959mm0R然后再代入 H = =163.3mm028/L?21695?原設(shè)計(jì)值為 =161.6mm，兩者相差不大，符合設(shè)計(jì)的要求。019接著對(duì)后懸架彈簧總成的弧高進(jìn)行驗(yàn)算矯正,把后懸每片彈簧的長(zhǎng)度和曲率半徑代入公式：1/ = 得：'0R???niniiL1'''1/)(R0=2558mm總成弧高 H = =133.0mm'02'8/L?265?原設(shè)計(jì)值為 =132.4mm，相差不大，符合要求。02.5 鋼板彈簧強(qiáng)度的驗(yàn)算由下式驗(yàn)算前懸架彈簧強(qiáng)度： ][67 2108.539)61204(16581.085.39822950)'201'max????? ????????MPabhmGWlcGp其中牽引驅(qū)動(dòng)時(shí)，后懸架彈簧載荷 = 9000N2ZG?驗(yàn)算后懸架彈簧強(qiáng)度： ][67 2108.539)61204(16581.085.39822950)'201'max????? ????????MPabhmWlcGp后懸彈簧強(qiáng)度在許用應(yīng)力內(nèi)，符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。前懸架彈簧的極限載荷根據(jù)下面的公式計(jì)算：=max???02112')(/wlclG??＝ =6750]58.84.170[??MPaMPa10][1???后懸彈簧強(qiáng)度也在許用應(yīng)力要求內(nèi)，符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。后懸架彈簧的極限載荷根據(jù)下式計(jì)算：20NfCFdzaaj 28064547632副 ?????? MPaMPaWlaja 10][93)61(1809)(2021 ????前、后懸架彈簧都符合在凹凸不平路面行駛時(shí)的強(qiáng)度要求。2.6 減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算2.6.1 減振器的分類(lèi)減振器是懸架系統(tǒng)里面的組成的部件，它對(duì)汽車(chē)的乘坐舒適性及懸架的使用壽命有著非常大的影響。它按照結(jié)構(gòu)形式的不同可分為搖臂式、筒式這兩類(lèi)；由于筒式減振器工作性能穩(wěn)定燈一系列優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于不同汽車(chē)的懸架系統(tǒng)中。按照工作原理的不同又可分為單向、雙向作用式這兩種類(lèi)型。而筒式減振器又包括雙筒式、單筒式和充氣筒式三種，其中以雙筒式應(yīng)用最多。綜合考慮及參照相同類(lèi)型的客車(chē)設(shè)計(jì)最終決定在本次設(shè)計(jì)中，這次設(shè)計(jì)選用雙向作用筒式減振器。2.6.2 主要性能參數(shù)的選擇（1）相對(duì)阻尼系數(shù)圖 2-2 減振器阻力-速度特性在卸荷閥沒(méi)有打開(kāi)時(shí)，減震器的阻力和其振動(dòng)速度的關(guān)系表達(dá)式是 ,其中， 是阻尼系數(shù)。如圖 2-2 所示，阻力—速度特性曲線的組成元素是類(lèi)似于直線的四個(gè)線段，壓縮行程、伸張行程各有其中的兩個(gè)線段，其中每條線段的斜率的意義表示 ，因此減振器在通常情況下會(huì)有四個(gè) 。21算出汽車(chē)懸架的阻尼之后，就可以明白為什么簧上質(zhì)量的振動(dòng)在實(shí)際工作過(guò)程中是周期性的衰減振動(dòng)了，用 ψ來(lái)表示振動(dòng)速度的大小:(2-16)）（ scm2???其中，c 是垂直剛度， c=450.8N/mm(在此之前應(yīng)計(jì)算出 )； 是簧上質(zhì)量，=5500Kg 。在本次設(shè)計(jì)中，參考相同類(lèi)型的客車(chē)及查閱相關(guān)資料決定ψ=0.25， =0.33， =0.17 S?Y（2） 的設(shè)計(jì)計(jì)算 由式（2-16 ）可得 ，不同的懸架因?qū)驒C(jī)構(gòu)的杠桿的比值不同，scm2???懸架得 應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況和條件利用式（ 2-17）來(lái)具體計(jì)算 ,(2-17)??2sko其中， k 表示杠桿比，k=n/a=1.05；α 表示減振器的安裝角, α= 3o；帶入式（2-17 ）得（3）最大卸荷力 的設(shè)計(jì)計(jì)算減震器在正常工作過(guò)程中，當(dāng)活塞桿的的振動(dòng)速度為某一數(shù)值時(shí)，為了盡量降低地面對(duì)汽車(chē)車(chē)身產(chǎn)生的沖擊，減振器會(huì)立即打開(kāi)卸荷閥，此時(shí)的這個(gè)速度值就叫作卸荷速度，用 表示,一般 的取值為 0.15-0.3m/s，其表達(dá)式為：(2-18)其中，車(chē)身振幅 A= ； ?表示懸架的固有的振動(dòng)頻率。由 ，在知道 以后既可算出 ：2.6.3 筒式減振器主要尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)計(jì)算出的 和對(duì)應(yīng)的[p]可求得筒式減振器工作缸的直徑 D，表達(dá)式是（2-19）其中，[p]表示缸內(nèi)所能容許的最高工作壓力，通常取 3-4 ； ?表示缸筒直徑和連桿直徑之間的比值。帶入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（2-19）得：22圓整后取 D=50 mm，則儲(chǔ)油筒的直徑,壁厚通常都是 2mm。233 GD6126 客車(chē)傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)表 3-1 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)總質(zhì)量 16 噸 整備質(zhì)量 12 噸軸距 5800mm 額定功率轉(zhuǎn)速 3000r/min最高車(chē)速 120km/h 最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 4500r/min傳動(dòng)軸夾角變化范圍 3° 傳動(dòng)軸壁厚 1.5～3mm一檔傳動(dòng)比 12.0 五檔傳動(dòng)比 1.00最大扭矩 410.8N·m 安全系數(shù) 2.0軸長(zhǎng)=1400mm + 1350mm + 1400mm + 1260mm=5410mm3.2 傳動(dòng)布置形式的選擇萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)是傳動(dòng)系統(tǒng)的組成部分。傳動(dòng)軸的選擇方案會(huì)直接影響傳動(dòng)效率的高低。選用傳動(dòng)軸不合適會(huì)直接影響使用的期限。（a）單軸雙萬(wàn)向節(jié)式（b）兩軸三萬(wàn)向節(jié)式 圖 3.2 汽車(chē)的萬(wàn)向傳動(dòng)方案汽車(chē)的動(dòng)力傳輸過(guò)程使用的是萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置，這種萬(wàn)向傳動(dòng)使用與各種角度之間的動(dòng)力傳輸。裝在變速器輸出軸與前后驅(qū)動(dòng)橋之間。這時(shí)通常會(huì)采用一根或多根傳動(dòng)軸、兩個(gè)或多個(gè)十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)布置方式。圖上 3.2 為用于汽車(chē)變速箱與前后驅(qū)動(dòng)橋之間的不同的設(shè)計(jì)萬(wàn)向傳動(dòng)方案。綜合比較結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際，應(yīng)該選用第二種方案。243.3 萬(wàn)向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速每當(dāng)傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度為某一定值時(shí)，其斷面的尺寸都要保證傳動(dòng)軸具有相對(duì)大的強(qiáng)度以及相對(duì)高的臨界轉(zhuǎn)速，在這次設(shè)計(jì)中安全系數(shù) K=2.0，比較符合所有精度要求不太高的伸縮花鍵，則有3.3.2 萬(wàn)向傳動(dòng)的載荷計(jì)算 計(jì)算載荷的有三種方法確定：1）根據(jù)汽車(chē)一擋的傳動(dòng)比和發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來(lái)確定；2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪打滑的方法去確定；3）根據(jù)平常一般使用的轉(zhuǎn)矩去確定。在這一次設(shè)計(jì)中按照汽車(chē)一擋傳動(dòng)比和發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來(lái)計(jì)算。由公式：(3-1)其 中 ， —?jiǎng)?載 系 數(shù) ， 在 此 取 值 為 1；—發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 最 大 轉(zhuǎn) 矩 （ N·m） ；K—液 力 變 矩 器 的 變 矩 系 數(shù) ， 在 此 取 值 是 1；—一 擋 傳 動(dòng) 比 ， ；—分 動(dòng) 器 的 傳 動(dòng) 比 ， ；?—發(fā) 動(dòng) 機(jī) 和 傳 動(dòng) 軸 之 間 的 機(jī) 械 傳 動(dòng) 效 率 ， ％ ；90??n—驅(qū) 動(dòng) 橋 數(shù) ， 在 此 次 設(shè) 計(jì) 中 n=1。把 上 面 的 數(shù) 據(jù) 帶 入 公 式 （ 3-1） 中 得對(duì)萬(wàn)向傳動(dòng)軸的靜強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，計(jì)算載荷 我們應(yīng)取 ，且安全sTse系數(shù)通常選 2.5-3.0 。253.2.3 傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T1=Twi1η=410.8×12.0×103×90%=4428×103N m?3.4 萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及校核由于本次設(shè)計(jì)的客車(chē)軸矩太長(zhǎng)，如果利用一根軸進(jìn)行動(dòng)力傳遞的話，傳動(dòng)軸的直徑的取值勢(shì)必要設(shè)計(jì)的很大，這對(duì)加工制造和裝配都非常不利，以此在設(shè)計(jì)時(shí)采用了多軸傳動(dòng)來(lái)克服這個(gè)弊端。當(dāng)量夾角：（3-2）式中， 分別表示各萬(wàn)向節(jié)的夾角，它們前面的正負(fù)號(hào)的選取與主動(dòng)叉和各軸線所在的平面關(guān)系有關(guān)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了達(dá)到輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)速相等的目的， 必須是零，即 ?？紤]到汽車(chē)空載或滿載時(shí)當(dāng)量夾角 可能會(huì)有一定范圍的變化，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在空載與滿載兩種情況下的應(yīng)保證均不能超過(guò) 3°，故需對(duì) 的值進(jìn)行限制。相對(duì)于轎車(chē)， 要不大于 350rad/ ；而對(duì)于貨車(chē)，要不大于 600 rad/ 。綜合考慮及參考相同類(lèi)型客車(chē)的數(shù)據(jù)，決定本次所設(shè)計(jì)的萬(wàn)向節(jié)的各夾角的取值分別是： ； ； ； 。將上述數(shù)據(jù)帶入至式（3-2）中得傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速： ，則：經(jīng)驗(yàn)證，當(dāng)量夾角和角加速度均滿足設(shè)計(jì)要求。263.5 軸管的選擇及校核假設(shè)傳動(dòng)軸的斷面大小、形狀都完全相同，并且它的兩端都是具有自由支承的彈性梁，根據(jù)之前所學(xué)過(guò)的機(jī)械振動(dòng)的知識(shí)可知，彎曲振動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速可用式（3-3 ）計(jì)算：(3-3)式中： —臨界轉(zhuǎn)速（r/min）L—傳動(dòng)軸長(zhǎng)度（mm）D、d—傳動(dòng)軸軸管的外徑和內(nèi)徑（mm）由式（3-3 ）可知，在相同 D、L 的情況下，實(shí)心軸的臨界轉(zhuǎn)速要比空心軸的低，并且如果選用實(shí)心軸的話會(huì)比較浪費(fèi)材料，制造成本也會(huì)增加，故廣泛采用空心軸。根據(jù)汽車(chē)的總體布置及設(shè)計(jì)，傳動(dòng)軸，共分四段由式（3-3 ）可知傳動(dòng)軸長(zhǎng)的內(nèi)外徑受其自身長(zhǎng)度的影響，本次設(shè)計(jì)時(shí)考慮到總體設(shè)計(jì)的總體布局以及傳動(dòng)軸中間支撐的位置，選擇將最長(zhǎng)的那根軸安裝在最后面。已經(jīng)知道 ，把它帶入公式（3-3）得：根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)及參照多種同類(lèi)型客車(chē)的設(shè)計(jì)結(jié)果得知傳動(dòng)軸的壁厚取值范圍一般在 1.5～3mm 之間，由此可得 1.5mm若初選：D=99mm 則 d=安全系數(shù) K= ，在這里 K 取 2.027因?yàn)閭鲃?dòng)軸在其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承受扭轉(zhuǎn)卻沒(méi)有承受彎曲應(yīng)力，因此只用驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度即可，根據(jù)公式 得：經(jīng)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的參數(shù)符合扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。同理再依次計(jì)算求得第一、二、三段軸的內(nèi)外徑及強(qiáng)度校核，經(jīng)驗(yàn)證，均滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。3.6 花鍵的設(shè)計(jì)及校核3.6.1 花鍵連接的概述內(nèi)花鍵和外花鍵相結(jié)合組成了常見(jiàn)的花鍵連接，它既能夠用到靜連接也能夠用到動(dòng)連接。按照不同的齒形，花鍵能夠分成矩形花鍵、漸開(kāi)線花鍵兩種。在本次設(shè)計(jì)中，參照多種同類(lèi)型客車(chē)的設(shè)計(jì)結(jié)果決定采用矩形花鍵連接，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖像圖 3-1 所示。對(duì)花鍵齒進(jìn)行磷化處理或噴涂尼龍可以有效降低傳動(dòng)軸的磨損和失效，另外花鍵的外層裝有防塵罩，花鍵和防塵罩之間的間隙應(yīng)適當(dāng)小一些，這樣可以有效防止它和傳動(dòng)軸發(fā)生共振圖 3-1 花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-蓋子；2-蓋板； 3-蓋墊；4-萬(wàn)向節(jié)叉；5-加油嘴；6- 伸縮套；7-滑動(dòng)花鍵槽； 8-油封；9-油封蓋；10-傳動(dòng)軸管3.6.2 花鍵內(nèi)外徑的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核選取安全系數(shù)為 1.8，由 得由 得28花鍵擠壓強(qiáng)度校核，花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力 用下面式子計(jì)算：(3-4）其中， —花鍵的轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，在此取 1.3—花鍵外徑—花鍵內(nèi)徑—有效工作長(zhǎng)度—齒數(shù)查閱 GB/T1104-2001 取 ， , , ,把上面的數(shù)據(jù)帶入式（3-4）中得根據(jù)之前學(xué)的機(jī)械工程材料知識(shí)得知，當(dāng)花鍵齒的齒面的硬度大于 35HRC以后, [ ]=25-50 ，經(jīng)校核， ,符合設(shè)計(jì)要求。3.7 十字軸萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)及校核3.7.1 十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)因?yàn)閯傂允州S式萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定性很好，傳動(dòng)的效率又比較高，因此在各類(lèi)汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)中都得到了廣泛得應(yīng)用。十字軸失效的形式是其軸頸以及滾針軸承的磨損標(biāo)志這兩部分的破壞標(biāo)志著十字軸的失效，實(shí)踐證明，橡膠油封的使用能夠大大的延長(zhǎng)其使用時(shí)間。3.7.2 十字軸萬(wàn)向節(jié)的校核在傳動(dòng)裝置中十字軸軸萬(wàn)向節(jié)的失效形式大部分是頸根部的斷裂，正因?yàn)檫@種原因所以在設(shè)計(jì)十字軸時(shí)應(yīng)盡可能的保證其具有足夠的抗彎強(qiáng)度。假設(shè)作用在十字軸軸頸正中間的力是 F，那么由 得：29軸頸根部的彎曲應(yīng)力 、切應(yīng)力 要分別符合（3-5）（3-6）其中，軸頸直徑 d1=40mm，油道孔直徑 d2=12mm，力的作用線和根部之間的距離 s=16mm， =250~350MPa， =80~120MPa將上述數(shù)據(jù)分別帶入式（3-5）、（3-6）得： MPa＜ ，MPa＜經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，十字軸軸頸根部的切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力都符合校核的要求十字軸滾針的接觸應(yīng)力計(jì)算：(3-7)其中，工作長(zhǎng)度 Lb=27mm，滾針直徑 d0=3mm在力 F 的作用下滾針?biāo)艿淖畲筝d荷由 計(jì)算得把上面的數(shù)據(jù)帶入式（3-7）中得經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力符合校核要求。萬(wàn)向節(jié)在力 F 的作用下萬(wàn)向節(jié)叉既承受著玩去負(fù)荷又承載著扭轉(zhuǎn)負(fù)荷，此時(shí) 和 應(yīng)分別滿足（3-8）