越野車四驅(qū)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)【6張CAD圖紙+PDF圖】
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汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書題目:四驅(qū)車輛傳動軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)名稱:車輛工程指導(dǎo)教師:郭世永日期:2011.12.7-2011.12.27目錄1.原始數(shù)據(jù) 32.計(jì)算各個軸啟動轉(zhuǎn)矩和附著轉(zhuǎn)矩 33.球籠式萬向節(jié)的設(shè)計(jì)選用 43.1萬向節(jié)概述 4 3.2前輪驅(qū)動萬向節(jié)的設(shè)計(jì)選用 63.3后輪驅(qū)動萬向節(jié)的設(shè)計(jì)選用 83.4四輪驅(qū)動萬向節(jié)的設(shè)計(jì)選用 114.萬向傳動軸的選擇 14 4.1傳動軸管的選擇 144.2伸縮花鍵的選擇 145傳動軸的計(jì)算和強(qiáng)度校核 15 5.1傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速 155.2傳動軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 155.3傳動軸長度選擇 155.4傳動軸內(nèi)外管徑確定 165.5傳動軸扭矩強(qiáng)度校核 166.參考文獻(xiàn) 171.原始數(shù)據(jù): 滿載重量: G=18433N前軸 = 38925N 后軸 =10138N驅(qū)動橋傳動比 =4.11 =4.55滿載質(zhì)心高度 =0.52m靜態(tài)滾動半徑 =0.296m動態(tài)滾動半徑 =0.301m軸距 =2.576m發(fā)動機(jī)最大功率 =70KW/3800rpm發(fā)動機(jī)最大扭矩 =173N.m/2200rpm分動箱速比 =2.522 =1.095 路面附著系數(shù) =0.85 振動系數(shù) =1.2 承載系數(shù) =1.33各檔勻速行駛時,發(fā)動機(jī)輸出扭矩為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的2/3各檔利用率1-5檔分別是1% 、 6% 、 18% 、 30% 、45%基本要求:汽車傳動軸系統(tǒng)至少應(yīng)有100000Km的壽命2計(jì)算各軸的啟動轉(zhuǎn)矩和附著轉(zhuǎn)矩用兩者之間的最小值作為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩選擇萬向節(jié)計(jì)算結(jié)果列入下表1。 啟動轉(zhuǎn)矩和附著轉(zhuǎn)矩的計(jì)算表1起動轉(zhuǎn)矩附著轉(zhuǎn)矩所需萬向節(jié)尺寸啟動耐久1)前輪驅(qū)動 =1536.8Nm(半軸)3073.6 Nm(整軸RF85(外側(cè))VL85(內(nèi)側(cè))RF107VL1072)后輪驅(qū)動 Nm(半軸)=3400 Nm(整軸)傳動軸RF95VL91(外側(cè)和內(nèi)側(cè))VL85RF107VL107VL853)四輪驅(qū)動前軸=1459 Nm(整軸)后軸=1785.2 Nm(整軸)傳動軸RF72(外側(cè))VL85(內(nèi)側(cè))VL91(外側(cè)和內(nèi)側(cè))VL85RF91VL91VL91VL853.球籠式萬向節(jié)的設(shè)計(jì)選用3.1萬向節(jié)概述萬向傳動軸由萬向節(jié)和傳動軸組成,有時還加裝中間支承。它主要用來在工作過程中相 對位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。萬向傳動軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求:1)保證所連接的兩軸相對位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動時,能可靠地傳遞動力。2)保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。3)傳動效率高,使用壽命長,結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,維修容易等。萬向傳動軸在汽車上應(yīng)用比較廣泛。在發(fā)動機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動的汽車上,由于彈性 懸架的變形,變速器或分動器輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸的軸線相對位置經(jīng)常變化,所以普遍采 用十字軸萬向傳動軸。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中,內(nèi)、外半軸之間的夾角隨行駛需要而變,這時多采 用等速萬向傳動軸。當(dāng)后驅(qū)動橋?yàn)楠?dú)立懸架時,也必須采用萬向傳動軸。萬向節(jié)按扭轉(zhuǎn)方向是否有明顯的彈性,可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)是 靠零件的鉸鏈?zhǔn)竭B接傳遞動力的,可分成不等速萬向節(jié)(如十字軸式)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)(如雙 聯(lián)式、凸塊式、三銷軸式等)和等速萬向節(jié)(如球叉式、球籠式等)。撓性萬向節(jié)是靠彈性零 件傳遞動力的,具有緩沖減振作用。伸縮式等速萬向節(jié)DOJ型 俗稱六珠內(nèi)球籠,以等速傳遞動力且能改變工作角度和進(jìn)行伸縮滑動的,同時其工作軌道平行于軸線的萬向節(jié)裝置。與變速器連接在一起,通過鐘形殼和星形輪之間的六個鋼球?qū)⒆兯倨鞯膭恿鬟f于軸,其最大工作角度為20度-30度之間,適用于部分車型。 固定式等速萬向節(jié) BJ型。俗稱外球籠,以等速傳遞動力且能改變工作角度的中心固定式萬向節(jié)裝置。與軸連接在一起,通過星形輪和鐘形殼之間的六個鋼球?qū)恿鬟f于車輪,其最大工作角度為40度-50度之間,適用于所有車型。 樞軸式等速萬向節(jié)(TJ型)俗稱三腳內(nèi)球籠,以等速傳遞動力且能改變工作角度和進(jìn)行伸縮滑動的萬向節(jié)裝置。與變速器連接在一起,通過鐘形殼內(nèi)的三個帶有滾針的軸承將變速器動力傳遞于軸,其最大的工作角度為20度-30度之間,適用于所有車型。 另還有伸縮式等速萬向節(jié) VL型3.2前輪驅(qū)動萬向節(jié)的設(shè)計(jì)選用利用式時, 時,計(jì)算前驅(qū)動軸萬向節(jié)在各檔位百萬次循環(huán)壽命:Lh1= =11.7hLh2= =34.3hLh3= =105.4hLh4= =222.7hLh5= =416.8h式中,Md查下表2,Mx查表1。前輪驅(qū)動時驅(qū)動半軸萬向節(jié)壽命參數(shù)計(jì)算結(jié)果表2所用公式擋位123451擋位利用率(%)16183045214.88.745.994.43.413148.6251.7367.3500645.2416.928.641.756.773.25853.5504345.4253.7196.66時,11.734.3105.4222.7416.8結(jié)合各檔使用的ax,百萬次循環(huán)負(fù)荷條件下,該萬向節(jié)的受用壽命滿足下式:=148.4h平均行駛速度為 安全行駛里程 由此可見,依據(jù)啟動轉(zhuǎn)矩選擇的RF85萬向節(jié)還不能滿足行駛里程要大于100000km的耐久性要求,因而,必須選擇另一個大的萬向節(jié)。利用行駛里程與轉(zhuǎn)矩比值成三次方的關(guān)系,計(jì)算相同速度和軸間夾角下得萬向節(jié)的耐久性。RF107萬向節(jié):只有RF107萬向,滿足要求的耐久性;VL107萬向節(jié)的,是伸縮式萬向節(jié),它只能以平均夾角運(yùn)轉(zhuǎn)但承受較高。VL107的耐久性滿足設(shè)計(jì)要求3.3后輪驅(qū)動萬向節(jié)的設(shè)計(jì)選用 后半軸用球籠式萬向節(jié),選用表1中的VL91萬向節(jié)表3 后輪驅(qū)動后半軸萬向節(jié)壽命參數(shù)計(jì)算結(jié)果所用公式擋位123451擋位利用率(%)16183045216.49.676.634.873.773134.1227.5331.8451.7583.6415.225.837.751.366.25945.7557.6382.3280.8217.46時,26.996.4240.5508.2944.6百萬次壽命循環(huán)平均行駛速度為 安全行駛里程顯然,VL91萬向節(jié)的耐久性不夠。選擇大一號的萬向節(jié)計(jì)算耐久性VL107萬向節(jié):顯然滿足耐久性要求傳動軸與后驅(qū)動橋的連接,選用球籠式萬向節(jié)。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩乘以變速器的傳動比就是傳動軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩。此外,它的速度比半軸速度高出4.11倍。根據(jù)起動轉(zhuǎn)矩選擇VL91萬向節(jié),查表得: 計(jì)算結(jié)果如下表4 后輪驅(qū)動時傳動軸上萬向節(jié)壽命參數(shù)計(jì)算結(jié)果 表4所用公式擋位123451擋位利用率(%)1618304523.62.1251.4581.0710.82936111035.31508.92054.22653.8469.3117.5171.2233.1301.15415.2245.1168.2123.595.66時,時55.5196.2416.5772.51289.7百萬次壽命循環(huán)平均行駛速度為 安全行駛里程顯然,滿足耐久性要求。 用于前半軸的球籠式萬向節(jié),前橋輸入轉(zhuǎn)矩是前橋驅(qū)動的47.5%,計(jì)算結(jié)果如下表5所示。3.4四輪驅(qū)動時萬向節(jié)的設(shè)計(jì)選用前半軸萬向節(jié)壽命參數(shù)計(jì)算結(jié)果表5所用公式擋位123451擋位利用率(%)16183045214.88.745.994.43.413148.6251.7367.3500645.2416.928.641.756.773.25405.4239.4164120.593.46時,109.2320983.5207.83889.1百萬次壽命循環(huán)平均行駛速度為 安全行駛里程顯然,RF85萬向節(jié)的耐久性不夠。選擇大一號的萬向節(jié)計(jì)算耐久性RF91萬向節(jié):顯然滿足耐久性要求。用于后半軸的球籠式萬向節(jié),輸入的轉(zhuǎn)矩是后橋驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的52.5%計(jì)算結(jié)果如下表6四驅(qū)時后驅(qū)動軸球籠式萬向節(jié)參數(shù)計(jì)算結(jié)果表6所用公式擋位123451擋位利用率(%)16183045216.49.676.634.873.773134.1227.5331.8451.7583.6415.225.837.751.366.25496.5292.7200.7147.4114.16時,185.3666.71663.33514.16535百萬次壽命循環(huán) 12,平均行駛速度為 安全行駛里程顯然,VL91萬向節(jié)滿足耐久性要求。傳動軸上的球籠式萬向節(jié)。對于四輪驅(qū)動,與后橋連接的傳動軸只承受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的52.5%。因此選擇VL85萬向節(jié),計(jì)算結(jié)果如下表7四驅(qū)驅(qū)動時傳動軸上球籠萬向節(jié)壽命參數(shù)計(jì)算結(jié)果表7所用公式擋位123451擋位利用率(%)1618304523.62.1251.4581.0710.82936111035.31508.92054.22653.8469.3117.5171.2233.1301.15218128.788.364.850.26時,時383.51355.82878.35338.58912.7百萬次壽命循環(huán)平均行駛速度為 安全行駛里程顯然,VL85萬向節(jié),滿足耐久性要求。4 萬向傳動軸的選擇 4.11傳動軸管的選擇 傳動軸的長度和夾角及它們的變化范圍,由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時應(yīng)保證在傳動軸長度處在最大值時,花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長度;而在長度處于最小時,兩者不頂死。傳動軸夾角大小會影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動效率和十字軸的不均勻性。變化范圍為3。傳動軸經(jīng)常處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下,所以軸的材料查機(jī)械零件手冊選取40CrNi,適用于很重要的軸,具有較高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。傳動軸管由低碳鋼板制壁厚均勻、壁?。?.53.0mm)、管徑較大、易質(zhì)量平衡、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲剛度高、適用高速旋轉(zhuǎn)的電焊鋼管制成。3.2伸縮花鍵的選擇選擇矩形花鍵,用于補(bǔ)償由于汽車行駛時傳動軸兩端萬向節(jié)之間的長度變化。為減小阻力及磨損,對花鍵齒磷化處理或噴涂尼龍,外層設(shè)有防塵罩,間隙小一些,以免引起傳動軸的震動。花鍵齒與鍵槽按對應(yīng)標(biāo)記裝配,以保持傳動軸總成的動平衡。動平衡的不平衡度由電焊在軸管外的平衡片補(bǔ)償。裝車時傳動軸的伸縮花鍵一端應(yīng)靠近變速器,減小其軸向阻力和磨損。其結(jié)構(gòu)圖如下: 圖 5-1 萬向傳動軸花鍵軸結(jié)構(gòu)簡圖 1-蓋子;2-蓋板;3-蓋墊;4-萬向節(jié)叉;5-加油嘴;6-伸縮套; 7-滑動花鍵槽;8-油封;9-油封蓋;10-傳動軸管5. 傳動軸的計(jì)算與強(qiáng)度校核5.1傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速 長度一定時,傳動軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速,就是當(dāng)傳動軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動頻率時,即出現(xiàn)共振現(xiàn)象,以致振幅急劇增加而引起傳動軸折斷時的轉(zhuǎn)速。傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速(r/min),安全系數(shù)K取1.2,適用于一般精度的伸縮花鍵則有 (為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速) (6.1)安全系數(shù) = (6.2) = 2640 5.2傳動軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 = 3274.5590% = 1339 N (6.3) = 1339 5.3傳動軸長度選根據(jù)軸距 2576mm,初選傳動軸支承長度為(17903.6)mm,花鍵軸長度應(yīng)小于支承長度,滿足萬向節(jié)與傳動軸的間隙要求,取花鍵軸長度為(15702.5)mm5.4 傳動軸管內(nèi)外徑確定 (6.4)得 (6.5) 又 1.5 mm 3 mm根據(jù)電焊鋼管外徑70105mm的標(biāo)準(zhǔn)資料(從冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB24263中選?。?初選 = 95 mm , (6.6)其中 為傳動軸長度(mm),即兩萬向節(jié)中心的距離 和分別為傳動軸軸管的外、內(nèi)徑(mm) 5.5傳動軸扭矩強(qiáng)度校核 由于傳動軸只承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而不承受彎曲應(yīng)力,所以只需校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度,根據(jù)公式有 MP(6.7) = 300 MP (為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力) 上式說明設(shè)計(jì)參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。6. 參考文獻(xiàn)1 劉惟信.汽車設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,20002 王望予.汽車設(shè)計(jì)(第三版). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20003 陳家瑞.汽車構(gòu)造(下冊). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20054 余志生.汽車?yán)碚?第三版) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20005 張洪欣.汽車設(shè)計(jì)(第二版). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19966 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,19997 劉鴻文.材料力學(xué). 北京:高等教育出版社,19918 祖業(yè)發(fā).工程制圖.重慶:重慶大學(xué)出版社,20019 浙江交通學(xué)校.汽車構(gòu)造教學(xué)圖冊.人民交通出版社,198610 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(3、4卷)北京:機(jī)械工業(yè)出版社,199111 張武農(nóng).我國汽車工業(yè)創(chuàng)新的策略研究,2001年,第6期,N0.912 錢振為.汽車工業(yè)研究,2001年,第4期,N0.1713 閻蔭棠.幾何量精度設(shè)計(jì)與檢測.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996 精品資料,值得下載學(xué)習(xí)!
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