四驱车辆传动轴系统设计说明

..四驱车辆传动轴系统设计

汽车设计课程设计说明书

题目：四驱车辆传动轴系统的设计

专业名称：车辆工程

指导郭世永

目录

1.原始数据3

2.计算各个轴启动转矩和附着转矩3

3.球笼式万向节的设计选用4

3.1万向节概述4

3.2前轮驱动万向节的设计选用6

3.3后轮驱动万向节的设计选用8

3.4四轮驱动万向节的设计选用11

4.万向传动轴的选择14

4.1传动轴管的选择14

4.2伸缩花键的选择14

5．传动轴的计算和强度校核15

5.1传动轴的临界转速15

5.2传动轴计算转矩15

5.3传动轴长度选择15

5.4传动轴内外管径确定16

5.5传动轴扭矩强度校核16

6.参考文献172

1.原始数据：

满载重量：G=18433N

前轴Gf=38925N后轴Gr=10138N

驱动桥传动比if=4.11ir=4.55

满载质心高度h=0.52m

静态滚动半径Rstat=0.296m

动态滚动半径Rdyn=0.301m

轴距l=2.576m

发动机最大功率Pemax=70KW/3800rpm

发动机最大扭矩Memax=173N.m/2200rpm

分动箱速比ivmax=2.522ivmix=1.095

路面附着系数=0.85

振动系数Ks=1.2

承载系数Kt=1.33

各档匀速行驶时,发动机输出扭矩为发动机最大转矩的2/3各档利用率1-5档分别是1%、6%、18%、30%、45%

基本要求：汽车传动轴系统至少应有100000Km的寿命

2计算各轴的启动转矩M和附着转矩MAH

用两者之间的最小值作为静态转矩选择万向节计算结果列入下表1。

3

启动转矩和附着转矩的计算

3.球笼式万向节的设计选用

3.1万向节概述

万向传动轴由万向节和传动轴组成,有时还加装中间支承。它主要用来在工

作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。

万向传动轴设计应满足如下基本要求：

1>保证所连接的两轴相对位置在预计范围内变动时,能可靠地传递动力。

2>保证所连接两轴尽可能等速运转。由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。

4

3>传动效率高,使用寿命长,结构简单,制造方便,维修容易等。

万向传动轴在汽车上应用比较广泛。在发动机前置后轮或全轮驱动的汽车上,由于弹性悬架的变形,变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴的轴线相对位置经常变化,所以普遍采用十字轴万向传动轴。在转向驱动桥中,内、外半轴之间的夹角随行驶需要而变,这时多采用等速万向传动轴。当后驱动桥为独立悬架时,也必须采用万向传动轴。

万向节按扭转方向是否有明显的弹性,可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式连接传递动力的,可分成不等速万向节<如十字轴式>、准等速万向节<如双联式、凸块式、三销轴式等>和等速万向节<如球叉式、球笼式等>。挠性万向节是靠弹性零件传递动力的,具有缓冲减振作用。

伸缩式等速万向节DOJ型

俗称六珠内球笼,以等速传递动力且能改变工作角度和进行伸缩滑动的,同时其工作轨道平行于轴线的万向节装置。与变速器连接在一起,通过钟形壳和星形轮之间的六个钢球将变速器的动力传递于轴,其最大工作角度为20度----30度之间,适用于部分车型。

固定式等速万向节BJ型。

俗称外球笼,以等速传递动力且能改变工作角度的中心固定式万向节装置。

5

与轴连接在一起,通过星形轮和钟形壳之间的六个钢球将动力传递于车轮,其最大工作角度为40度---50度之间,适用于所有车型。

枢轴式等速万向节〔TJ型

俗称三脚内球笼,以等速传递动力且能改变工作角度和进行伸缩滑动的万向节装置。与变速器连接在一起,通过钟形壳内的三个带有滚针的轴承将变速器动力传递于轴,其最大的工作角度为20度---30度之间,适用于所有车型。另还有伸缩式等速万向节VL型

3.2前轮驱动万向节的设计选用

利用式nx1000r/min时,Lhx

325339AxMdn<h>x0.577nxMx31000r/min时,

Lhx470756AxMd<h>计算前驱动轴万向节在各档位百万次循环寿命：nxMx

25339AxMd<h>=11.7h0.577nxMx3Lh1=Lhx

Lh2=Lhx25339AxMd<h>=34.3h0.577nxMx3

Lh3=Lhx25339AxMd<h>=105.4h0.577nxMx

25339AxMd<h>=222.7h0.577nxMx

25339AxMd<h>=416.8h0.577nxMx

6333Lh4=LhxLh5=Lhx式中,Md查下表2,Mx查表1。

前轮驱动时驱动半轴万向节寿命参数计算结果

结合各档使用的ax,百万次循环负荷条件下,该万向节的受用寿命满足下式：

1Lh

a1Lh1

a2Lh2

a3Lh3

a4Lh4

0.3

a5Lh5

222.7

=6.738510

3

Lh=148.4h

平均行驶速度为

vma1v1a2v2a3v3a4v4a5v5

0.0116.90.0628.60.1841.70.356.70.4573.260km/h

安全行驶里程

LsLhvm148.460km8901km

由此可见,依据启动转矩选择的RF85万向节还不能满足行驶里程要大于100000km的耐久性要求,因而,必须选择另一个大的万向节。利用行驶里程与7

转矩比值成三次方的关系,计算相同速度和轴间夹角下得万向节的耐久性。

Ls2Ls1

M2M1

3

3

3

RF107万向节：

Ls2Ls1

M2M1

460

8901108298.5km

200

只有RF107万向MN3290Nm,Md460Nm,满足要求的耐久性；VL107万向节的MN3300Nm,Md522Nm,是伸缩式万向节,它只能以平均夹角4运转但承受Md较高。VL107的耐久性

Ls2

0.926522

8901194153.4km

0.865200

3

满足设计要求

3.3后轮驱动万向节的设计选用

后半轴用球笼式万向节,选用表1中的VL91万向节

8

1

Lh

a1Lh1a2Lh2a3Lh3a4Lh4a5Lh50.01.40.18204.50.3

Lh340h

平均行驶速度为

vma1v1a2v2a3v3a4v4a5v5

0.0115.20.0625.80.1837.70.351.30.4566.253.7km/h安全行驶里程

LsLhvm34053.7km18258km

33显然,VL91万向节的耐久性不够。选择大一号的万向节计算耐久性VL107万向节：M2460Ls2Ls18901108298.5km200M1

显然满足耐久性要求

传动轴与后驱动桥的连接,选用球笼式万向节。

发动机转矩乘以变速器的传动比就是传动轴所传递的转矩。此外,它的速度比半轴速度高出4.11倍。根据起动转矩选择VL91万向节,查表得：MN2200Nm,Md267Nm

计算结果如下表4

后轮驱动时传动轴上万向节寿命参数计算结果9

百万次寿命循环

1Lh

a1Lh1

a2Lh2

a3Lh3

a4Lh4

a5Lh5

平均行驶速度为

Lh604h

vma1v1a2v2a3v3a4v4a5v5

0.0169.30.06117.50.18171.20.3233.10.45301.1244km/h安全行驶里程

10

LsLhvm604244km147376km

显然,满足耐久性要求。

用于前半轴的球笼式万向节,前桥输入转矩是前桥驱动的47.5%,计算结果如下表5所示。

3.4四轮驱动时万向节的设计选用

前半轴万向节寿命参数计算结果

百万次寿命循环

1Lh

a1Lh1

a2Lh20.06320

a3Lh3

a4Lh4

a5Lh5

0.32078

Lh1385h

平均行驶速度为

vma1v1a2v2a3v3a4v4a5v511

0.0116.90.0628.60.1841.70.356.70.4573.2

60km/h

安全行驶里程

LsLhvm138560km83100km

显然,RF85万向节的耐久性不够。选择大一号的万向节计算耐久性RF91万向节：

Ls2Ls1

M2260

83100182571km

200M1

3

3

显然满足耐久性要求。

用于后半轴的球笼式万向节,输入的转矩是后桥驱动转矩的52.5%计算结果如下表6

四驱时后驱动轴球笼式万向节参数计算结果

百万次寿命循环

1Lh

a1Lh1

a2Lh2

a3Lh3

a4Lh4

a5Lh5

1212

0.456535,

Lh2460.6h

平均行驶速度为

vma1v1a2v2a3v3a4v4a5v5

0.0115.20.0625.80.1837.70.351.30.4566.253.7km/h

安全行驶里程

LsLhvm2460.653.7km132134km

显然,VL91万向节MN2200Nm,Md267Nm满足耐久性要求。

传动轴上的球笼式万向节。对于四轮驱动,与后桥连接的传动轴只承受发动机转矩的52.5%。因此选择VL85万向节,计算结果如下表7

四驱驱动时传动轴上球笼万向节寿命参数计算结果

13

百万次寿命循环

1

Lh

a1Lh1a2Lh2a3Lh3a4Lh4a5Lh50.30.45

8912.70.01383.50.06

1355.80.181663.32878.3

Lh4174.5h

平均行驶速度为

vma1v1a2v2a3v3a4v4a5v5

0.0163.90.06117.50.18171.20.3233.10.45301.6

244km/h

安全行驶里程

LsLhvm4174.5244km1018567km

显然,VL85万向节MN1200Nm,Md200Nm,满足耐久性要求。

4万向传动轴的选择

4.11传动轴管的选择

传动轴的长度和夹角及它们的变化范围,由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时,花键套与花键轴有足够的配合长度；而在长度处于最小时,两者不顶死。传动轴夹角大小会影响万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动效率和十字轴的不均匀性。变化范围为3。

传动轴经常处于高速旋转状态下,所以轴的材料查机械零件手册选取40CrNi,适用于很重要的轴,具有较高的扭转强度。

传动轴管由低碳钢板制壁厚均匀、壁薄〔1.5～3.0mm、管径较大、易质量平衡、扭转强度高、弯曲刚度高、适用高速旋转的电焊钢管制成。

3.2伸缩花键的选择

选择矩形花键,用于补偿由于汽车行驶时传动轴两端万向节之间的长度变化。为减小阻力及磨损,对花键齿磷化处理或喷涂尼龙,外层设有防尘罩,间隙小一些,以免引起传动轴的震动。花键齿与键槽按对应标记装配,以保持传动轴

总成的动平衡。动平衡的不平衡度由电焊在轴管外的平衡片补偿。装车时14

传动轴的伸缩花键一端应靠近变速器,减小其轴向阻力和磨损。其结构图如下:

图5-1万向传动轴—花键轴结构简图

1-盖子；2-盖板；3-盖垫；4-万向节叉；5-加油嘴；6-伸缩套；

7-滑动花键槽；8-油封；9-油封盖；10-传动轴管

5.传动轴的计算与强度校核

5.1传动轴的临界转速

长度一定时,传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。所谓临界转速,就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时,即出现共振现象,以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的临界转速nk〔r/min,安全系数K取1.2,适用于一般精度的伸缩花键

则有nMaxnw2200r/min〔nw为发动机转速<6.1>

安全系数kk=nk/nMax1.2〔6.2nk1.2nMax=2640r/min

5.2传动轴计算转矩

T1Twi1=327×4.55×90%=1339N〔6.3=1339

5.3传动轴长度选

根据轴距2576mm,初选传动轴支承长度LC为〔17903.6mm,花键轴长15

度应小于支承长度,满足万向节与传动轴的间隙要求,取花键轴长度为〔1570

2.5mm

5.4传动轴管内外径确定

nk1.2108Lc2640r/min〔6.4

22得Dcdc16250〔6.5

又1.5mm

Dcdc23mm

根据电焊钢管外径70105mm的标准资料〔从冶金部标准YB24263中选取初选Dc=95mm,

dc85〔6.6其中lc为传动轴长度<mm>,即