115S传动轴(配466发动机)设计计算报告-20090618

PAGE编号:115S-PD-DP-003传动轴设计计算报告项目名称：115S编制:日期:校对:日期:审核:日期:批准:日期:重庆迪科汽车研究有限公司2009年3月目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、校核目的 1二、概述 1三、校核 11、输入参数 12、等速传动校核 13、传动轴上下跳动的极限位置及工作夹角校核 54、传动轴临界转速校核 75、传动轴强度校核 7四、总结 9五、参考文献 9传动轴设计计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第9页共9页传动轴设计计算报告重庆迪科汽车研究有限公司一、校核目的1、传动轴万向节夹角是否满足等速传动的要求；2、传动轴上下跳动到极限位置时的最大夹角；3、传动轴花键的滑移量，检查传动轴花键是否可能脱开或顶死；4、传动轴稳定性校核；5、传动轴强度校核。二、概述115S传动轴属于十字轴万向节式传动轴，具体结构为后驱、单段式、双十字轴万向节式传动轴。布置设计时需保证传动轴万向节叉在同一平面内，尽量使万向节的夹角，以减少传动的不等速性。——变速箱输出轴和传动轴轴管夹角；——传动轴轴管和主减速器输入轴夹角。三、校核1、输入参数115S传动轴(配466发动机)计算输入参数见表1。名称数值发动机最大转速nemax(r/min)6300发动机最大力矩Temax(N.mm)87000变速器一档速比ig14.425变速器五档速比ig51传动轴长度Lc（mm）680传动轴外径D（mm）51传动轴内径d（mm）47.4满载质量(Kg)1632安全系数K1.2～2.0表1115S传动轴(配466发动机)计算输入参数2、等速传动校核空载和上下极限工况下万向节夹角见表2。万向节夹角α的允许范围见表3。状态空载3.82º1.65º下跳极限8.59º6.41º上跳极限6.09º8.27º表2万向节夹角状态万向节夹角α不大于汽车静止6º行驶中极限夹角15º～20º表3十字轴万向节夹角α的允许范围从表2和表3可知，汽车在空载和上下极限工况下万向节夹角都满足要求。单个十字轴万向节主、从动叉轴转角βa、βb间的关系为：tanβa=tanβb×cosα（1）式中，βa——主动叉轴转角βb——与βa相对应的从动叉轴转角α——主、从动叉夹角公式1又可以写为:βb=arctan(tanβa/cosα)（2）若夹角不变，将公式2两边对时间求导数，整理后得：ωb=ωa[cosα/(1－sin2αcos2βa)]（3）式中，ωa——主动叉轴角速度ωb——从动叉轴角速度整理上式，消去传动轴的角速度得：（4）（5）式中，ω1——变速箱输出轴角速度ω3——主减速器输入轴角速度——变速箱输出轴与传动轴夹角——传动轴与主减速器输入轴夹角——变速箱输出轴输入角度——主减速器输入轴输出角度忽略传动机构各处摩擦产生的影响，根据瞬时功率相等的原理，后桥输入轴上的力矩为：（6）式中，T1——变速箱输出轴力矩T3——主减速器输入轴力矩空载状态下角速度波动曲线（，ω3/ω1）见图1。图1空载状态下角速度波动曲线下跳极限状态下角速度波动曲线（，ω3/ω1）见图2。图2下跳极限状态下角速度波动曲线上跳极限状态下角速度波动曲线（，ω3/ω1）见图3。图3上跳极限状态下角速度波动曲线空载状态下力矩波动曲线（，T3/T1）见图4。图4空载状态下力矩波动曲线下极限状态下力矩波动曲线（，T3/T1）见图5。图5下极限状态下力矩波动曲线上极限状态下力矩波动曲线（，T3/T1）见图6。图6上极限状态下力矩波动曲线经分析，传动轴的力矩和角速度波动范围非常小，小于10%，可视为等速传动。3、传动轴上下跳动的极限位置及工作夹角校核由整车设计状态，得出后悬架的跳动行程，后悬架跳动行程如表4所示。序号车辆状态挠度f（mm）1空载至下跳极限542空载至上跳极限116.5表4后车轮极限跳动状态根据后悬架、后桥和传动轴结构关系分别求出三种状态下传动轴点坐标如表5所示（相对整车坐标系），各具体位置如图7。图7空载时的传动轴位置极限状态XYZ空载时花键理论中心Am1637.622.145.6万向节1中心Bm1710.521.141.7万向节2中心Cm2385.720-39.0下跳极限花键理论中心Am1629.822.146.0万向节1中心Cm1702.721.142.2万向节2中心Cm2368.820-94.4Am移动量δ1-7.8上跳极限花键理论中心Am1641.422.145.4万向节1中心Cm1714.322.141.5万向节2中心Cm2393.32078.1Am移动量δ23.9表5各工况下传动轴坐标值车轮下跳到极限位置时传动轴花键移动量δ1＝-7.8mm<<40（花键长度的L/2），花键向内移动量很小，因此传动轴不会顶死，传动轴在车轮下跳到极限位置时满足使用要求。车轮上跳到极限位置时传动轴花键移动量δ2＝3.9mm<<40（花键长度的L/2），花键向外移动量很小，因此传动轴不会脱落，传动轴在车轮上跳到极限位置时满足使用要求。传动轴花键移动量δ＝δ1+δ2＝11.7mm。4、传动轴临界转速校核传动轴临界速度：（7）其中，D——传动轴外径d——传动轴内径Lc——传动轴长度将表1数据带入公式7可得：nc=18068（r/min）。驱动轴的实际最高转速：ncmax＝=6300（r/min）式中，nemax——发动机的最高转速（r/min）ig5——变速器最高档传动比因此安全系数K=nc/nmax=2.9。《汽车设计》推荐一般汽车K的取值为1.2～2.0。所以传动轴的临界转速满足要求，且余量比较大。5、传动轴强度校核1)传动轴轴管强度校核传动轴轴管扭转应力：（8）其中，Temax——发动机最大扭矩——驱动轴的动载系数——变速箱1档传动比驱动轴的动载系数的确定：(9)式中，ma——整车满载质量0.195×=35.8>16由公式(9)可得：=0。因为性能系数=0的汽车，所以动载系数Kd=1。将表1参数带入公式8可得：=55.6MPa。一般汽车的传动轴轴管许用应力[]=125MPa。可见传动轴轴管强度满足使用要求。2）十字轴万向节强度校核十字轴轴颈所受最大垂向力（10）其中，R——力作用点至十字轴中心距离25.4mmα——万向节主、从动叉轴的夹角空载状态下=3.82°=1.65°Q1=1716.4NQ2=1713.3N十字轴轴颈所受弯曲应力：（11）十字轴轴颈所受剪切应力：（12）其中，S——力作用点至十字轴轴颈根部距离(6.7mm)d1——十字轴轴颈直径(Φ25mm)d2——十字轴轴颈油道孔直径(Φ5.5mm)由公式11、12可得空载状态下前、后十字轴万向节十字轴轴颈所受弯曲应力、剪切应力为：σ1=7.51MPaσ2=7.5MPa1=3.68MPa2=3.67MPa推荐十字轴万向节弯曲许用应力[σ]=250MPa,剪切许用应力[]=80MPa。因此十字轴的强度满足设计要求。四、总结综上校核计算，115S（配