传动轴和万向节设计

汽车设计课程设计说明书-1-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…………………………………………15汽车设计课程设计说明书-2-3.9确定加速时间……………………………………………164燃油经济性计算……………………………………………165制动性能计算………………………………………………175.1最大减速度jmax……………………………………….175.2制动距离S……………………………………………….175.3上坡路上的驻坡坡度imax1……………………………..175.4下坡路上的驻坡坡度imax2……………………………..186稳定性计算…………………………………………………186.1纵向倾覆坡度……………………………………………186.2横向倾覆坡度……………………………………………19汽车设计课程设计说明书-3-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①按发动机最大转矩和一档传动比来确定Tse1=kdTemaxki1ifη/nTss1=G2m’2φrr/i0imηm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η=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m’2=1.3，轮胎与路面间的附着系数φ=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ηm=η发动机η离合器=0.9*0.85=0.765，因为0.195mag/Temax16,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汽车设计课程设计说明书-4-所以：Tse1=kdTemaxki1ifη/n=1*1561.615*4.5*1*0.851=963.671NTss1=G2m’2φrr/i0imηm=12548.9*1.3*0.85*0.354.5*1*0.765=1409.814N∵T1=min{Tse1,Tss1}∴T1=Tse1=963.671N1.3传动轴强度校核按扭转强度条件τT=T/WT≈9550000Pn0.2Dc3(1-(dc/Dc)4)≤[τT]式中，τT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[τT]为15-25Mpa∴τT=9550000×6545000.2×603(1-(5260)4)=7.266Mpa[τT]故传动轴的强度符合要求1.4十字轴万向节设计①设作用于十字轴轴颈中点的力为F，则F=T1/2rcosα=963.6712×65.5×10-3×cos8°=7428.561N②十字轴轴颈根部的弯曲应力σw和切应力τ应满足σw=32d1Fsπ（d14-d42）≤[σw]τ=4Fπ(d21-d22)≤[τ]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作汽车设计课程设计说明书-5-用线到轴颈根部的距离s=14mm，[σw]为弯曲应力的许用值，为250-350Mpa，[τ]为切应力的许用值，为80-120Mpa∴σw=32d1Fsπ（d14-d42）=32×38.2×10-3×7428.561×14×10-3π[(38.2×10-3)4-(10×10-3)4]=19.094Mpa[σw]τ=4Fπ(d21-d22)=4×7428.561π[(38.2×10-3)2-(10×10-3)2=6.959Mpa[τ]故十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件③十字轴滚针的接触应力应满足σj=272（1d1+1d0）FnLb≤[σj]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Fn=4.6FiZ=4.6×7428.5611×44=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[σj]为3000-3200Mpa∴σj=272（1d1+1d0）FnLb=272[1(38.2×10-3)+1(3×10-3)]×776.62227×10-3=0.875Mpa[σj]故十字轴滚针轴承的接触应力校核满足④万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σw和扭应力τb应满足汽车设计课程设计说明书-6-σw=Fe/W≤[σw]τb=Fa/Wt≤[τb]式中，取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,查表4-3，取k=0.246,W=bh2/6,Wt=khb2,弯曲应力的许用值[σw]为50-80Mpa，扭应力的许用值[τb]为80-160Mpa∴σw=Fe/W=7428.561×80×10-335×10-3×(70×10-3)26=20.791Mpa[σw]τb=Fa/Wt=7428.56×40×10-30.246×70×10-3×(35×10-3)2=14.086Mpa[τb]故万向节叉承受弯曲和扭转载荷校核满足要求⑤十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角α，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α≤25°时，可按下式计算（取α=15°）η0=1-f（d1r）2tanαπ=1-0.07（38.265.5）2tan15°π=99.30%1.5传动轴转速校核及安全系数①传动轴的临界转速为nk=1.2×108Dc2+d2cLc2汽车设计课程设计说明书-7-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=4500r/min∴nk=1.2×108×902+70215002=6080.933r/min在设计传动轴时，取安全系数K=nk/nmax=1.2-2.0∴K=nk/nmax=6080.9334500=1.351故符合要求②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τc=16DcT1π（Dc4-dc4）≤[τc]式中[τc]=300Mpa∴τc=16×90×10-3×963.6713.14×[(90×10-3)4-(70×10-3)4]=10.618Mpa[τc]∴轴管的扭转应力校核符合要求③对于传动轴上的花键轴，通常以底径计算其扭转应力τh，许用应力一般按安全系数2-3确定τh=16T1πdh3式中,取花键轴的花键内径dh=70mm，外径Dh=80mm,汽车设计课程设计说明书-8-∴τh=16×963.6713.14×(70×10-3)3=14.039Mpa④传动轴花键的齿侧挤压应力σy应满足σy=T1K’/(Dh+dh)4(Dh-dh)2Lhn0≤[σy]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，花键齿数n0=18,当花键的齿面硬度大于35HRC时：许用挤压应力[σy]=25-50Mpa∴σy=963.671×1.3537.5×5×60×18×10-9=6.424Mpa[σy]∴传动轴花键的齿侧挤压应力σy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，2004.8[2]纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，2006.5[3]刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.1[4]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汽车设计课程设计说明书-9-表1.16117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LB（mm）11500整车外型尺寸总宽BB（mm）24600整车外型尺寸总高HB（mm）3200车厢内部尺寸长L'B（mm）10500车厢内部尺寸宽B'B（mm）2340车厢内部尺寸高H'B（mm）2200底盘布置尺寸轴距L（mm）5700底盘布置尺寸前后轮距B1/B2(mm)2020/1830通过性参数最小离地间隙hmin(mm）2402.2质量参数：见表1.2表1.26117客车质量参数表类别项目参数值质量参数整车整备质量m0(kg)11000质量参数乘员数60+1质量参数最大总质量ma(kg)15000最大轴载质量前轴G1(kg)5100最大轴载质量后轴G2(kg)99002.3发动机技术参数：见表1.3表1.3发动机性能参数汽车设计课程设计说明书-10-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Pe(kw)175额定功率转速ne(rpm)1950最大扭矩Tmax(N·m)890最大扭矩时转速nt(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10R20—14PR行车制动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Ⅰ档i1gⅡ档i2gⅢ档i3gⅣ档i4gⅣ档i5g倒档传动比6.653.772.661.401.006.65汽车设计课程设计说明书-11-3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)6009001200150018002100功率Pe(kw)48.5075.09102.21128.98154.78175.21转矩Ttq(N·m)771.9796.8813.4821.17821