传动轴和万向节设计2

1、汽车设计课程设计说明书目 录（一） 传动轴与十字轴万向节设计1.1结构方案选择031.2计算传动轴载荷031.3传动轴强度校核041.4十字轴万向节设计041.5传动轴转速校核及安全系数061.6参考文献08(二） 半承载式城市客车总体设计2客车主要数据082.1尺寸参数082.2质量参数092.3发动机技术参数092.4底盘参数102.5传动系的传动比103动力性计算103.1发动机使用外特性113.2车轮滚动半径113.3滚动阻力系数f.113.4空气阻力系数和空气阻力.113.5机械效率.113.6计算动力因数123.7确定最高车速.153.8确定最大爬坡度153.9确定加速时间164燃

2、油经济性计算165制动性能计算175.1最大减速度j .175.2制动距离S.175.3上坡路上的驻坡坡度i.175.4下坡路上的驻坡坡度i.186稳定性计算186.1纵向倾覆坡度186.2横向倾覆坡度19第一部分1. 传动轴与十字轴万向节设计要求1.1 结构方案选择十字轴万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低，但所连接的两轴夹角不宜太大。当夹角增加时，万向节中的滚针轴承寿命将下降。普通的十字轴式万向节主要由主动叉，从动叉，十字轴，滚针轴承及轴向定位件和橡胶封件等组成。1.2 计算传动轴载荷由于发动机前置后驱，根据表4-1，位置采用：用于变速器与驱动桥之间 按发动机最大转矩和

3、一档传动比来确定Tse1=kdTemaxki1if/n Tss1= G2 m2rr/ i0imm 根据富利卡2.0数据，发动机最大转矩Temax=156Nm驱动桥数n=1，发动机到万向传动轴之间的传动效率=0.85，液力变矩器变矩系数k=(k0 -1）/2+1=1.615,满载状态下一个驱动桥上的静载荷G2=65%mag=0.65*1970*9.8=12548.9N，发动机最大加速度的后轴转移系数m2=1.3，轮胎与路面间的附着系数=0.85，车轮滚动半径rr=0.35,主减速器从动齿轮到车轮之间传动比im=1,主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率m=发动机离合器=0.9*0.85=0.765，

4、因为0.195 mag/Temax>16,fj=0，所以猛接离合器所产生的动载系数kd=1，主减速比i0=4.5所以：Tse1=kdTemaxki1if/n=963.671NTss1= G2 m2rr/ i0imm=1409.814NT1=min Tse1, Tss1 T1= Tse1=963.671N1.3 传动轴强度校核按扭转强度条件T=T/WTT式中，T为扭转切应力，取轴的转速n=4500r/min，轴传递的功率P=65kw，Dc=60mm，dc=81mm分别为传动轴的外内直径，根据机械设计表15-3得T为15-25 MpaT=7.266 Mpa<T故传动轴的强度符合要求1.

5、4 十字轴万向节设计 设作用于十字轴轴颈中点的力为F，则F= T1/2rcos=7428.561N 十字轴轴颈根部的弯曲应力w和切应力应满足w=w=式中，取十字轴轴颈直径d1=38.2mm，十字轴油道孔直径d2=10mm，合力F作用线到轴颈根部的距离s=14mm，w为弯曲应力的许用值，为250-350Mpa，为切应力的许用值，为80-120 Mpaw=19.094 Mpa<w= = =6.959 Mpa<故十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件 十字轴滚针的接触应力应满足j=272j式中，取滚针直径d0=3mm，滚针工作长度Lb=27mm，在合力F作用下一个滚针所受的最大载荷

6、Fn=776.622N,当滚针和十字轴轴颈表面硬度在58HRC 以上时，许用接触应力j为3000-3200 Mpaj=272=272=0.875 Mpa<j故十字轴滚针轴承的接触应力校核满足 万向节叉与十字轴组成连接支承，在力F作用下产生支承反力，在与十字轴轴孔中心线成45°的截面处，万向节叉承受弯曲和扭转载荷，其弯曲应力w和扭应力b应满足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, 弯曲应力的许用值w为50-80Mpa，扭应力的许用值b为80-160 Mpaw=Fe/W= =

7、20.791 Mpa< wb=Fa/Wt= =14.086 Mpa<b故万向节叉承受弯曲和扭转载荷校核满足要求 十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角，十字轴的支承结构和材料，加工和装配精度以及润滑条件等有关。当25°时，可按下式计算（取=15°）0=1-f（）=1-0.07（）=99.30%1.5 传动轴转速校核及安全系数传动轴的临界转速为nk=1.2×108式中，取传动轴的支承长度Lc=1.5m, dc=70mm, Dc=90mm分别为传动轴轴管的内外直径, nmax=4500 r/minnk=1.2×108×=6080.933

8、 r/min在设计传动轴时，取安全系数K= nk/nmax=1.2-2.0K= nk/nmax=1.351故符合要求 传动轴轴管断面尺寸除应满足临界转速要求以外，还应保证有足够的扭转强度。轴管的扭转应力c=c式中c=300 Mpac=10.618 Mpa<c轴管的扭转应力校核符合要求 对于传动轴上的花键轴，通常以底径计算其扭转应力h，许用应力一般按安全系数2-3确定h = 式中,取花键轴的花键内径dh=70mm，外径Dh=80mm,h =14.039 Mpa 传动轴花键的齿侧挤压应力y应满足y=T1K/Lhn0y式中,取花键转矩分布不均匀系数K=1.35,花键的有效工作长度Lh=60mm

9、，花键齿数n0=18,当花键的齿面硬度大于35HRC时：许用挤压应力y=25-50 Mpay= =6.424Mpa <y传动轴花键的齿侧挤压应力y满足要求1.6 参考文献：1 王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，2004.82 纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，2006.53 刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.14 羊拯民.传动轴和万向节. 北京：人民交通出版社，1986，10第二部分 6117客车总体设计2客车主要数据2.1尺寸参数：见表1.1表1.1 6117客车整体尺寸参数 尺寸类型 项目 参 数 值 整车外型尺寸 总长L（mm） 11500 整车外型尺寸

10、 总宽B（mm） 24600 整车外型尺寸 总高H（mm） 3200 车厢内部尺寸 长L（mm） 10500车厢内部尺寸 宽B（mm） 2340车厢内部尺寸 高H（mm） 2200 底盘布置尺寸 轴距L（mm） 5700底盘布置尺寸 前后轮距B/B(mm) 2020/1830 通过性参数 最小离地间隙h(mm） 2402.2质量参数：见表1.2表1.2 6117客车质量参数表类别 项目 参 数 值 质量参数 整车整备质量m(kg) 11000 质量参数 乘员数 60+1 质量参数 最大总质量m(kg) 15000 最大轴载质量 前轴G(kg) 5100 最大轴载质量 后轴G(kg) 99002

11、.3发动机技术参数：见表1.3表1.3 发动机性能参数类别 参 数 值发动机类型 柴油四冲程、直列六缸、水冷、增压、直喷额定功率P(kw) 175额定功率转速n(rpm) 1950 最大扭矩T(N·m) 890最大扭矩时转速n(rpm) 1650最大转速(rpm) 2100全负荷最低燃油消耗量b (g/kw·h) 2152.4底盘参数：见表1.4表1.4 底盘参数项目 参 数 值底盘型号 D117离 合 器 单片、干式、膜片弹簧变 速 箱 机械式、四个前进档、一个倒档，变速比见1.5悬架系统 非独立式，少片变截面钢板弹簧主减速比 5.091轮 胎 10R2014PR行车制动

12、 气压双管路鼓式车轮制动器驻车制动 手控阀控制后轮弹簧储能弹力2.5传动系的传动比：见表1.5表1.5 变速器的传动比 档位 档i 档i 档i 档i 档i 倒档 传 动 比 6.65 3.77 2.66 1.40 1.00 6.653动力性计算3.1发动机使用外特性根据发动机厂提供的外特性曲线列成表2.1。表2.1 发动机外特性参数表 项目 参 数 值 转速Ne(rpm) 600 900 1200 1500 1800 2100 功率Pe(kw) 48.50 75.09 102.21 128.98 154.78 175.21 转矩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车轮滚动半径轮胎：10R20-14PR根据滚动半径公式：r= 式中，F为计算常数，子午线胎F=3.05，d为E.T.R.T.O.会员生产轮胎的自由直径，d=1055mm。r=mm=512mm=0.512m3.3滚动阻力系数f为计算方便，近似取f=0.0153.4空气阻力系数和空气阻力客车空气阻力系数取值在0.50.8本车的空气阻力系数C=0.7迎风面积ABH=2.463.2=7.872（m）式中：B为汽车总宽2460mm，H为汽车的总高3200mm。3.5机械效率=

14、 式中：为变速器传动效率，近似取95% 为主减速器传动效率，取96% 为万向节传动效率，两个万向节为96%=95%96%96%=0.876=87.6%3.6计算动力因数各档的动力因数的计算按下列的公式计算：Ua = 0.377（km/h） Ft = （N） Fw = （N） D = = 式中：i各档传动比 G 汽车总重 Ua车速 Ft驱动力 Fw空气阻力 D 动力因数各档的动力因数见表2.22.6：表2.2 档的计算结果 项目 参 数 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 档的计算结果 项目 参 数 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 档的计算结果 项目 参 数 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 档的计算结果 项目 参 数 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 档的计算结果 项目 参 数 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根据各档的计算结果，画出6117客车的动力特性图，如图2.1所示。 图2.1 6117客车的动力特性图各档动力因数D与Ua的关系式如下：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 各档的最大动力因数见表2.7：表2.7 各档的最大动力因数 档位 档 档 档 档 档 最大动力因数D 0.324 0.183 0.129 0.067 0.0523.7确定最高车速最高车速由下式求得： D = + 式中：旋转质量转换系数 , = f(cos+sin)该车在良

20、好水平路面上达到最高车速时， = 0 ， = 0 。 故 D = f最高车速为发动机给定的最大转速n=2100r/min时所对应的最高车速，其计算式为： Ua = 0.377 = 0.377 = 79.6(km/h)3.8确定最大爬坡度 = arcsin = 18.0 i= tan = tan22.6 = 32.5% 同理，可算出各档的最大爬坡度，见下表2.8：表2.8 各档最大爬坡度 档位 档 档 档 档 档 最大爬坡度i 32.5% 17.1% 11.5% 5.2% 3.7%3.9确定加速时间直接档的加速时间由下式确定 式中：加速度旋转质量换算系数，直接档为1.06采用直接档由稳定车速30

21、km/h加速到70km/h所需时间由下式积分得到：t=7030dUa=7030 dUa=24.4S4燃油经济性计算滚动阻力：F = Gf = mgf = 150009.80.015 = 2205 (N)空气阻力：F = CAU/21.25 = 0.77.87250/21.15 = 651.348 (N)汽车等速行驶消耗的功率为： P = = = 45.3 (kw) 等速百公里油耗为： Q = 式中：b燃油消耗率；由发动机特性可知b224g/(kw·h)，按b=224算。 柴油比重，去=8.1N/L。 Q = = =24.56 (L/100km)5制动性能计算5.1最大减速度j 紧急制动时，前后轮同时拖滑，制动力为： F = G式中：路面附着系数，取=0.7 j = F/m = g = 0.79.8 = 6.86 (m/s)5.2制动距离S S = U（t+0.5t）/3.6 + = 50(0