傳動軸和萬向節(jié)設(shè)計2分解

1、目錄 （一） 傳動軸與十字軸萬向節(jié)設(shè)計 1.1結(jié)構(gòu)方案選擇 03 1.2計算傳動軸載荷03 1.3傳動軸強(qiáng)度校核04 1.4十字軸萬向節(jié)設(shè)計04 1.5傳動軸轉(zhuǎn)速校核及安全系數(shù)06 1.6參考文獻(xiàn)08 （ 二） 半承載式城市客車總體設(shè)計 2客車主要數(shù)據(jù)08 2.1尺寸參數(shù)08 2.2質(zhì)量參數(shù)09 2.3發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)09 2.4底盤參數(shù)10 2.5傳動系的傳動比10 3動力性計算10 3.1發(fā)動機(jī)使用外特性 11 3.2車輪滾動半徑11 3.3滾動阻力系數(shù)f 11 3.4空氣阻力系數(shù)和空氣阻力 11 3.5機(jī)械效率 11 3.6計算動力因數(shù)12 3.7確定最高車速 15 3.8確定最大爬坡度

2、15 3.9確定加速時間16 4燃油經(jīng)濟(jì)性計算16 5制動性能計算17 5.1最大減速度j max .17 5.2制動距離S .17 5.3上坡路上的駐坡坡度i1max .17 5.4下坡路上的駐坡坡度i 2max .18 6穩(wěn)定性計算18 6.1縱向傾覆坡度18 6.2橫向傾覆坡度19 第一部分 1. 傳動軸與十字軸萬向節(jié)設(shè)計要求 1.1 結(jié)構(gòu)方案選擇 十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)成本低，但 所連接的兩軸夾角不宜太大。當(dāng)夾角增加時，萬向節(jié)中的滾針軸承壽命將下降。 普通的十字軸式萬向節(jié)主要由主動叉， 從動叉，十字軸， 滾針軸承及軸向定 位件和橡膠封件等組成。 1.2

3、 計算傳動軸載荷 由于發(fā)動機(jī)前置后驅(qū)，根據(jù)表 4-1，位置采用：用于變速器與驅(qū)動橋之間 按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動比來確定 Tse1=kdTemaxki lif n /n Tss1= G2 m2 u r ioim n m 根據(jù)富利卡 2.0 數(shù)據(jù)， 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Temax=156Nm 驅(qū)動橋數(shù) n=1， 發(fā)動機(jī)到萬向傳動軸之間的傳動效率 n =0.85， 液力變矩器變矩系數(shù) k=(k 0 -1) /2+1=1.615, 滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷 G2=65%mag=0.65*1970*9.8=12548.9N， 發(fā)動機(jī)最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù) m2=1.3， 輪胎與路面間的附著系數(shù)

4、u =0.85， 車輪滾動半徑 rr=0.35, 主減速器從動齒輪到車輪之間傳動比 im=1, 主減速器主動齒輪到車輪之間傳動效率 n m=n發(fā)動機(jī)n離合器=0.9*0.85=0.765, 因?yàn)?.195 mag/Temax16,fj=0,所以猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù) kd=1，主減速 比 i0=4.5 所以: 1*1561.615*4.5*1*0.85 Tsei=kdTemaxki iif n /n=963.671N 4.5*1*0.765 -T1 =min T se1, Tssi- - T1= Tse1=963.671N 1.3傳動軸強(qiáng)度校核 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件 9550000p T T=T

5、/WT廠；=T T 34 0.2Dc3(1-4) 式中，t t為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取軸的轉(zhuǎn)速 n=4500r/min，軸傳遞的功率P=65kw, Dc=60mm, dc=81mm分別為傳動軸的外內(nèi)直徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計表15-3得t t為 15-25 Mpa 9550000X 65 4500 -t t=52=7.266 Mpa t t 0.2X 603（1-（韻4） 故傳動軸的強(qiáng)度符合要求 14十字軸萬向節(jié)設(shè)計 設(shè)作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力為 F,則 F= T 1/2rcos a = 963.671 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力（7 w和切應(yīng)力t應(yīng)滿足 32d1Fs n ( d14-d42) 7 w t =化

6、2占t (d 1-d 2) 式中，取十字軸軸頸直徑 d1=38.2mm，十字軸油道孔直徑d2=10mm，合力F作用線到軸頸根部的距離s=14mm, (T w為彎曲應(yīng)力的許用值，為250-350Mpa, t 為切應(yīng)力的許用值，為 80-120 Mpa 33 32diFs 32X 38.2X 10- X 7428.561 X 14X 10- (V w- 4 4 -34-3 4 n (di -d 2)n (38.2 X 10 )-(10X 10 ) =19.094 Mpa v w 4F4X 4X 7428.561 n (d21-d22)= n (38.2 X 10-3)2-(10X 10-3) =6

7、.959 Mpa t 故十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力滿足校核條件 十字軸滾針的接觸應(yīng)力應(yīng)滿足 式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長度Lb=27mm, 4 6F 在合力F作用下一個滾針?biāo)艿淖畲筝d荷卩.=書 =776.622N,當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在 58HRC 以上時，許用接觸應(yīng)力vj為3000-3200 Mpa =0.875 Mpa v j 故十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力校核滿足 萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力F作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸 軸孔中心線成45的截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲應(yīng)力v w和扭應(yīng)力T b應(yīng)滿足 (T w=Fe/W w (T w t b=F

8、a/Wt t b 式中，取a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm取 k=0.246,W=bh2/6, Wt=khb2,彎 曲應(yīng)力的許用值(T w為50-80Mpa，扭應(yīng)力的許用值t b為80-160 Mpa 3 l 7428.561 X 80 X 10 - c w=Fe/W=35x 10-3x (70X 10-3)2 6 =20.791 Mpa c w _7428.56X40X 10-3 T b=Fa/Wt=0.246X 70X 10-3X (35X 10-3)2 =14.086 Mpa t b 故萬向節(jié)叉承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷校核滿足要求 十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角a

9、，十字軸的支承結(jié)構(gòu)和材料， 加工和裝配精度以及潤滑條件等有關(guān)。當(dāng)a 25時，可按下式計算(取a =15) n 0=1-f （% 沁=1-0.07（縈）=99.30% r n65.5 n 1.5傳動軸轉(zhuǎn)速校核及安全系數(shù) 傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速為 nk=1.2X 10 式中，取傳動軸的支承長度Lc=1.5m, dc=70mm, Dc=90mm分別為傳動軸軸管的內(nèi)外直徑，n max=4500 r/min nk=1.2X 108x 905+720 =6080.933 r/min 在設(shè)計傳動軸時，取安全系數(shù) K= nk/nmax=1.2-2.0 K= nn max= 6080.933 , 4500 =1.35

10、1 故符合要求 傳動軸軸管斷面尺寸除應(yīng)滿足臨界轉(zhuǎn)速要求以外，還應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng) 度。 軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力T c=16吧4、 T c n ( De -de ) 式中t e=300 Mpa 16X 90 x 10_3x 963.671 /. t e=-3 4-3 4 3.14X (90 X 10 ) -(70X 10 ) =10.618 MpaT e 軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力校核符合要求 對于傳動軸上的花鍵軸，通常以底徑計算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 T h,許用應(yīng)力一般按安 全系數(shù)2-3確定 16T1 T h =, 3 n dh 式中,取花鍵軸的花鍵內(nèi)徑dh=70mm,外徑Dh=80mm, 16 X 963.671 T

11、h =3.14X (70X 10-3)3=14.039 Mpa 傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力(7 y應(yīng)滿足 (Dh+dh)(Dh-dh) 7 y=TlK/ 42 LhnoW 7 y 式中,取花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù) K =1.35，花鍵的有效工作長度Lh=60mm,花鍵 齒數(shù)n0=18，當(dāng)花鍵的齒面硬度大于35HRC時：許用擠壓應(yīng)力7 y=25-50 Mpa (T y= 963.671 X 1.35 -9 37.5X 5X 60X 18X 10 =6.424Mpa 7 y 傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力 7 y滿足要求 1.6參考文獻(xiàn)： 1 王望予汽車設(shè)計北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8 2 紀(jì)名剛.機(jī)

12、械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2006.5 3 劉鴻文.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，2004.1 4 羊拯民.傳動軸和萬向節(jié).北京：人民交通出版社，1986, 10 第二部分6117客車總體設(shè)計 2客車主要數(shù)據(jù) 2.1尺寸參數(shù)：見表1.1 尺寸類型 表1.1 6117客車整體尺寸參數(shù) 項(xiàng) 目 參數(shù)值 整車外型尺寸 總長LB (mrh 11500 整車外型尺寸 總寬BB ( mm 24600 整車外型尺寸 總高Hb ( mm 3200 車廂內(nèi)部尺寸 1 長 LB ( mm 10500 車廂內(nèi)部尺寸 寬 BB (mrh 2340 車廂內(nèi)部尺寸 1 高 Hb ( mm 2200 底盤布置尺寸 軸

13、距L( mm 5700 底盤布置尺寸 前后輪距B1/B2 (mm) 2020/1830 通過性參數(shù) 最小離地間隙h min (mm 240 2.2質(zhì)量參數(shù)：見表1.2 表1.2 6117 客車質(zhì)量參數(shù)表 項(xiàng) 目 參數(shù)值 質(zhì)量參數(shù) 質(zhì)量參數(shù) 質(zhì)量參數(shù) 整車整備質(zhì)量 g (kg)11000 乘員數(shù)60+1 最大總質(zhì)量叫(kg) 15000 最大軸載質(zhì)量前軸G(kg)5100 最大軸載質(zhì)量 后軸 G2 (kg)9900 2.3發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)：見表1.3 表1.3發(fā)動機(jī)性能參數(shù) 類 別參數(shù)值 發(fā)動機(jī)類型柴油四沖程、直列六缸、水冷、增壓、直噴 額定功率Pe(kw)175 額定功率轉(zhuǎn)速n e (rpm)1

14、950 最大扭矩Tmax(N m)890 最大扭矩時轉(zhuǎn)速n t (rpm)1650 最大轉(zhuǎn)速(rpm)2100 全負(fù)荷最低燃油消耗量b (g/kw h) 215 2.4底盤參數(shù)：見表1.4 表1.4底盤參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù)值 底盤型號 D117 離合器 單片、干式、膜片彈簧 變速箱 機(jī)械式、四個前進(jìn)檔、一個倒檔，變速比見1.5 懸架系統(tǒng) 非獨(dú)立式，少片變截面鋼板彈簧 主減速比 5.091 輪胎 10R20 14PR 行車制動 氣壓雙管路鼓式車輪制動器 駐車制動 手控閥控制后輪彈簧儲能彈力 2.5傳動系的傳動比：見表1.5 表1.5變速器的傳動比 檔 位 I 檔 i g1U 檔 i g2 川檔i g

15、3W檔i g4W檔i g5倒檔 傳 動比 6.65 3.772.66 1.40 1.006.65 3動力性計算 3.1發(fā)動機(jī)使用外特性 根據(jù)發(fā)動機(jī)廠提供的外特性曲線列成表2.1 表2.1 發(fā)動機(jī)外特性參數(shù)表 項(xiàng) 目參數(shù)值 轉(zhuǎn)速 Ne(rpm)600900120015001800 2100 功率 Pe(kw) 48.50 75.09 102.21 128.98 154.78 175.21 轉(zhuǎn)矩 Ttq(N m) 771.9 796.8813.4 821.17 821.17 796.8 燃油消耗量 b(g/kw h) 224 220217215215217 3.2車輪滾動半徑 輪胎：10R20-1

16、4PR 根據(jù)滾動半徑公式：r r =-Fd(2-1) 2兀 式中，F(xiàn)為計算常數(shù)，子午線胎F=3.05 , d為E.T.R.T.O.會員生產(chǎn)輪胎的自由直徑，d=1055mm 3.3滾動阻力系數(shù)f 為計算方便，近似取f=0.015 3.4空氣阻力系數(shù)和空氣阻力 客車空氣阻力系數(shù)取值在0.5 s0.8 本車的空氣阻力系數(shù)Cd =0.7 迎風(fēng)面積 A BB HB=2.46 3.2=7.872 (m2) 式中：Bb為汽車總寬2460mm Hb為汽車的總高3200mm 3.5機(jī)械效率 2-2 式中：變?yōu)樽兯倨鱾鲃有?，近似?95% 主為主減速器傳動效率，取96% 傳為萬向節(jié)傳動效率，兩個萬向節(jié)為 96%

17、 t =變主傳=95% 96% 96%=0.876=87.6% 3.6計算動力因數(shù) 各檔的動力因數(shù)的計算按下列的公式計算: Ne 2-3 Ua = 0.377- (km/h) io ig Ft = Ttq “ ig T ( N) rr Fw = Cd A Ua 21.15 (N) Ft _ Fw =Ft _ Fw Gma g 2一4 2一5 2-6 式中：ig 各檔傳動比 G汽車總重 Ua 車速 Ft驅(qū)動力 Fw 空氣阻力 D動力因數(shù) 各檔的動力因數(shù)見表2.2 2.6 : 表2.2 I檔的計算結(jié)果 項(xiàng) 目 參數(shù)值 Ua(km/h) 3.42 5.136.84 8.5510.2611.97 Ft

18、(N) 44712 46154 47115 47565 4756546154 Fw(N) 3.0 6.912.2 19.027.437.3 D 0.304 0.314 0.320 0.3230.3230.314 表2.3 U檔的計算結(jié)果 項(xiàng) 目 參數(shù)值 Ua(km/h) 6.09.112.115.118.121.1 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川檔的計算結(jié)果 項(xiàng) 目 參數(shù)值 Ua(km

19、/h) 8.6 12.817.121.4 25.7 29.9 Ft(N) 17885 1846218846 19026 19026 18462 Fw(N) 19.3 42.7 76.2119.3 172.1 232.9 D 0.122 0.125 0.128 0.129 0.128 0.124 表2.5 W檔的計算結(jié)果 項(xiàng) 目 參數(shù)值 Ua(km/h) 16.224.432.540.6 48.756.9 Ft(N) 9413 9717 9919 1001410014 9717 Fw(N) 68.4 155.1 275.2 429.5 617.9843.5 D 0.064 0.065 0.067

20、 0.065 0.064 0.060 表2.6V檔的計算結(jié)果 項(xiàng) 目 參數(shù)值 Ua(km/h)22.734.145.556.9 68.2 79.6 Ft(N) 7675 7923 80888165 81657923 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 根據(jù)各檔的計算結(jié)果，畫出6117客車的動力特性圖，如圖2.1所示 I檔 【I檔 III檔 【V檔 V檔 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ua (km/h) 圖2.1 6117客車的動力特性圖 各

21、檔動力因數(shù)D與Ua的關(guān)系式如下: Di =-0.000033105358311+0.001033930877011-0.012378746645441+0.06884896 286840Ua+0.16987738236907 Dn =-0.00000147000966 + 0.00007330845017 Ja -0.00140989049261 lK+ 0.01315178340974 U+ 0.12991480323371 Dm =0.00000004917596 Ja-0.00000556855541 Ja +0.00015589102054lK-0.00091726403694 U+

22、0.12161908181954 Dm = 0.00000000515519lfa -0.00000083866696 Ua + 0.00003836210019Ua -0.00050945190873 U+ 0.06532208359304 Dv = -0.00000000119598lUa + 0.00000023847931 U?a -0.00002132626095L?a + 0.00081351640208Q+ 0.04107841201111 各檔的最大動力因數(shù)見表2.7 : 表2.7 各檔的最大動力因數(shù) 檔位 I檔 U檔 川檔W檔 V檔 最大動力因數(shù)Dmax 0.324 0.18

23、30.129 0.0670.052 3.7確定最高車速 最高車速由下式求得： D = - 6 dUa + 2一7 g dt 式中：旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù),=f(cos : +sin ：)2-8 該車在良好水平路面上達(dá)到最高車速時， :-=0 ， dUa = 0。 故 D = f dt 最高車速為發(fā)動機(jī)給定的最大轉(zhuǎn)速 n=2100r/min時所對應(yīng)的最高車速，其計 算式為： Ua = 0.377 rr n =0.377 Ig i0 0.512*2100 5.091*1 =79.6(km/h) 3.8確定最大爬坡度 :1max = arcsin 1 max =18.0 2-9 2-10 i 1max =

24、 tan ： 1max = tan22.6 = 32.5% 同理，可算出各檔的最大爬坡度，見下表2.8 : 表2.8各檔最大爬坡度 檔位 I檔 II檔 川檔 W檔 V檔 最大爬坡度i 1max 32.5%17.1% 11.5% 5.2% 3.7% 3.9確定加速時間 直接檔的加速時間由下式確定 2-11 式中：j加速度 3旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，直接檔為1.06 采用直接檔由穩(wěn)定車速30km/h加速到70km/h所需時間由下式積分得到: +_1 C 70 1.06 r 701 叫占丿 30j dUa=3.6X 9.8 r 30D v-0.018 dUa=24.4S 4燃油經(jīng)濟(jì)性計算 滾動阻力：Ff

25、= Gf =mBgf = 150009.8 0.015 = 2205 (N) 空氣阻力：Fw = C dAU；/21.25 =0.77.872 502/21.15 = 651.348 (N) 汽車等速行駛消耗的功率為: (Ff Fw)Ua 3600 T (2205+651.348)*50 3600*0.876 =45.3 (kw) 3-1 等速百公里油耗為: 3-2 Pb 1.02 Ua 式中：b燃油消耗率；由發(fā)動機(jī)特性可知b乞224g/(kw h)，按b=224 柴油比重，去 =8.1N/L。 Pb = 1.02 Ua 45.3*224 1.02*50*8.1 =24.56 (L/100km) 5制動性能計算 5.1最大減速度j max 緊急制動時，前后輪同時拖滑，制動力為: F = G 式中：:路面附著系數(shù)，取:=0.7 j max = F/m B = g = 0.79.8 = 6.86 (m/s 2) 5.2制動距離S =U0( t 1 +0.5t 2)/3.6 25.92j 4-2 max =50(0.05+0.50.4)/3.6 + 502 25.92 6.86 302 25.92 6.86 4-3 =17.53(m