傳動(dòng)軸和萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)2

1、目錄()傳動(dòng)軸與十字軸萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)1.1構(gòu)造方案選擇0312計(jì)算傳動(dòng)軸載荷0313傳動(dòng)軸強(qiáng)度校核0414十字軸萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)041.5傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速校核及平安系數(shù)0616參考文獻(xiàn)08(-)半承載式城市客車總體設(shè)計(jì)2客車主要數(shù)據(jù)082.1尺寸參數(shù)082.2質(zhì)量參數(shù)0923發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)0924底盤(pán)參數(shù)102.5傳動(dòng)系的傳動(dòng)比103動(dòng)力性計(jì)算10.1111111111123.1發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性32車輪滾動(dòng)半徑3.3滾動(dòng)阻力系數(shù)f3.4空氣阻力系數(shù)和空氣阻力3.5機(jī)械效率 3.6計(jì)算動(dòng)力因數(shù)37確定最高車速1538確定最大爬坡度1539確定加速時(shí)間164燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算165制動(dòng)性能計(jì)算175-1最大減速度j

2、max175.2制動(dòng)距離S175.3 ±坡路上的駐坡坡度匚疵1754下坡路上的駐坡坡度i2«_186穩(wěn)定性計(jì)算186.1縱向傾覆坡度1862橫向傾覆坡度19第一局部1 傳動(dòng)軸與十字軸萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)要求1.1構(gòu)造方案選擇十字軸萬(wàn)向節(jié)構(gòu)造簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動(dòng)效率高，生產(chǎn)本錢(qián)低，但 所連接的兩軸夾角不宜太大。當(dāng)夾角増加時(shí)，萬(wàn)向節(jié)中的滾針軸承壽命將下降。普通的十字軸式萬(wàn)向節(jié)主要由主動(dòng)叉，從動(dòng)叉，十字軸，滾針軸承及軸向定 位件和橡膠封件等組成。1.2計(jì)算傳動(dòng)軸載荷由于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)，根據(jù)表牛h位置采用：用于變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比來(lái)確定Tse1=kdTem

3、axkilifr)/ nTss1= G2 m2(prr/ ioimrim根據(jù)富利卡2.0數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Ternax=156Nm驅(qū)動(dòng)橋數(shù)n=1,發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率呼0.85,液力變矩器變矩系數(shù)k=(ko-1) /2+1=1.615,滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷G2=65%ma發(fā)動(dòng)機(jī)最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù)m'2=1.3,輪胎與路面間的附著系數(shù)<P=0.85.車輪滾動(dòng)半徑rr=0.35,主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)比im=1,主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間傳動(dòng)效率w利發(fā)硼n盼滬0.9085=0.765,因?yàn)?.195 mag/Temax>16,fj=0,所以

4、猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)kd=1;主減速比io=4.5Tse1=kdTemaxkiliff|/ n=ri561.615；4.5-r0.85=963>67iN,Tss1= G2 m 2<pr/ ioimr)m=4 yrc=1409.814N /Ti=min Tsei, Tssi = Tsei=963.671N1.3傳動(dòng)軸強(qiáng)度校核按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件P 9550000-tt=T/Wt 弋jW tto.2Dc3(i-(75c)4)式中，it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(dòng)軸的外內(nèi)直徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表仔3得tt

5、為15-25 Mpa9550000x654500tt=527.266 Mpb<tt0.2x603仆(麗)4)故傳動(dòng)軸的強(qiáng)度符合要求1.4十字軸萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 設(shè)作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力為F,那么963.671F= T i/2rcosc(=2x65j5x10.3xcos8o=7428.561 N 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力6v和切應(yīng)力T應(yīng)滿足32chFsCw=n di4-d42 A®】4FT=n(d2i-d22)W式中，取十字軸軸頸直徑di=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,阪為彎曲應(yīng)力的許用直 為250-350Mpa, r 為切

6、應(yīng)力的許用值，為80-120 Mpa32diFs 32x38.2x10-3x7428.561 x14x10'3aw=n di4-d42 =n(38.2x10'3)<(10x10-3)4=19.094 Mpa<ow4F4x742&561T=n(d2i-d22) = n(38.2x10-3)2.(i0xl0'3)2=6.959 Mpa<r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。產(chǎn)272寸缶舟呂W0式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長(zhǎng)度Lb=27mmf4.6F在合力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷Fn二無(wú)-=_f

7、744 776.622N,當(dāng)滾針和十字軸軸頸外表硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)加5為3000-3200 Mpa-。產(chǎn)272、/扌瘵罟I 11776.622切2 丫【(38.2x10-3)+(3x10-3)1 x27x10'3=0.875 Mpa<oj故十字軸滾針軸承的接觸應(yīng)力校核滿足 萬(wàn)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(wàn)向節(jié)叉承受彎曲和扭荷，其彎曲應(yīng)力6“和扭 應(yīng)力Tb應(yīng)滿足Ow=Fe/W W owTb=Fa/WtWTb式中，取 a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,取 k=0.246,W=bh2

8、/6,Wt=khb2,彎曲應(yīng)力的許用值e為50.80Mpa,扭應(yīng)力的許用值詞為80-160Mpa7428.561x80x10-3Ow=Fe / w=35xW3x(70x10-3)26=20.791 Mpa< aw廠7428.56x40x10-3Tb=Fa/Wt=0.246x70x 10'3x (35x 103)2=14.086 Mpa<rb故萬(wàn)向節(jié)叉承受彎曲和扭荷校核滿足要求 十字軸萬(wàn)向節(jié)的傳動(dòng)效率與兩軸的軸間夾角5十字軸的支承構(gòu)造和材料，加工和裝配精度以及潤(rùn)滑條件等有關(guān)。當(dāng)CXW25。時(shí)，可按下式計(jì)算取*15。2tan15°十99.30%di 2tano(3&a

9、mp;厶何f7=1-0.07話1.5傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速校核及平安系數(shù)1傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速為nk=J.2x108 亞謬&式中，取傳動(dòng)軸的支承長(zhǎng)度Lc=1.5m,dc=70mm, Dc=90mm分別為傳動(dòng)軸軸管的內(nèi)外直徑，nmax=4500 r/mina a/902+702nk=1.2x108x v -|5qq2 =6080.933 r/min在設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸時(shí)，取平安系數(shù)K= nk/nmax=1.2-2.0 K= nk/rimax故符合要求 傳動(dòng)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。16DcTi軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力Tc二口Dc4d<4W Tcl式中tc=300 Mpa16

10、x90x10-3x963.671Tc=3.14x (90x10-3)< (70x 10-3)4=10.618 Mpa<rc軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力校核符合要求 對(duì)于傳動(dòng)軸上的花鍵軸，通常以底徑計(jì)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力Th,許用應(yīng)力一般按平安系數(shù)2-3確定16Ti式中,取花鍵軸的花鍵內(nèi)徑dh=70mm,外徑Dh=80mm,16x963.6715 =3.14x(70x10-3)3曰4.039 Mpa 傳動(dòng)軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力Oy應(yīng)滿足i,，,(Dh+dh)(Dhdh), 一 ,oy=T 1K / 一 2"no W oy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(zhǎng)度Lh=60mm.

11、花鍵齒數(shù)n0=18,當(dāng)花鍵的齒面硬度大于35HRC時(shí)：許用擠壓應(yīng)力內(nèi)=2550 Mpa°產(chǎn) 37.5x5x60x18x109=6.424Mpa <ay傳動(dòng)軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力6滿足要求16參考文獻(xiàn):口王望予汽車設(shè)計(jì).:機(jī)械工業(yè)，2004.82 紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).:高等教育，2006.53 X鴻文.材料力學(xué).：高等教育.2004.14 羊拯民.傳動(dòng)軸和萬(wàn)向節(jié).：人民交通.1986, 10第二局部6X7客車總體設(shè)計(jì)2客車主要數(shù)據(jù)2.1尺寸參數(shù)：見(jiàn)表1.1表6117客車整體尺寸參數(shù)尺寸類型項(xiàng)目參數(shù)值整車外型尺寸總長(zhǎng)Lbmm11500整車外型尺寸總寬Bb mm24600整車外型尺寸總高

12、Hb mm3200車廂內(nèi)部尺寸長(zhǎng)(mm)10500車廂內(nèi)部尺寸寬 Bp (mm)2340車廂內(nèi)部尺寸高 mm2200底盤(pán)布置尺寸軸距L (mm)5700底盤(pán)布置尺寸前后輪距B1/B2(mm)2021/1830通過(guò)性參數(shù)最小離地間隙hmin(mm)24022質(zhì)量參數(shù)：見(jiàn)表1.2表126117客車質(zhì)量參數(shù)表類別項(xiàng)目參數(shù)值質(zhì)量參數(shù)整車整備質(zhì)量m0(kg)11000質(zhì)量參數(shù)乘員數(shù)60+1質(zhì)量參數(shù)最大總質(zhì)量mn (kg)15000最大軸載質(zhì)量前軸G,(kg)5100最大軸載質(zhì)量后軸G 2 (kg)99002.3發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)：見(jiàn)表1.3表仁3 務(wù)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)類別參數(shù)值發(fā)動(dòng)機(jī)類型柴油四沖程、直列六缸、水冷

13、、增壓、直噴額定功率PJkw)175額定功率轉(zhuǎn)速九,(中m)1950最大扭矩Tnm(Nm)890最大扭矩時(shí)轉(zhuǎn)速n,(rpm)1650最大轉(zhuǎn)速(中m)2100全負(fù)荷最低燃油消耗量b (g/kw h)2152.4底盤(pán)參數(shù)：見(jiàn)表1.4表14底盤(pán)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)值底盤(pán)型號(hào)D117離合器單片、干式、膜片彈簧變速箱機(jī)械式、四個(gè)前進(jìn)檔、一個(gè)倒檔，變速比見(jiàn)15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10R2014PR行車制動(dòng)氣壓雙管路鼓式車輪制動(dòng)器駐車制動(dòng)手控閥控制后輪彈簧儲(chǔ)能彈力25傳動(dòng)系的傳動(dòng)比：見(jiàn)表1.5表1.5變速器的傳動(dòng)比檔位I檔5II檔ill檔檔iV檔ig5倒檔傳動(dòng)比6.653.77

14、2.661.401.006.653動(dòng)力性計(jì)算3.1發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)廠提供的外特性曲線列成表2.1。表21發(fā)動(dòng)機(jī)外特性參數(shù)表項(xiàng) 目參數(shù)值轉(zhuǎn)速Ne（中m）6009001200150018002100功率Pe(kw)4&5075.09102.21128.98154.78175.21轉(zhuǎn)矩 Ttq(N m)771.9796.8813.4821.17821.17796.8燃油消耗量b（g/kw h）22422021721521521732車輪滾動(dòng)半徑輪胎:10R20-14PR根據(jù)滾動(dòng)半徑公式：r嚴(yán)等（2-1）式中，F(xiàn)為計(jì)算常數(shù)，子午線胎F=3.05,d為會(huì)員生產(chǎn)輪胎的自由直徑，d=105

15、5mmoFd3.05*1055 r =:-2n rnm=512mm=0.512m33滾動(dòng)阻力系數(shù)f為計(jì)算方便，近似取f=0.01534空氣阻力系數(shù)和空氣阻力客車空氣阻力系數(shù)取值在05s0.8本車的空氣阻力系數(shù)Cd=0.7迎風(fēng)面積2）式中：B&為汽車總寬2460mm,為汽車的總高3200mm.3.5機(jī)械效率嚴(yán)變主"傳（2-2）式中：變?yōu)樽兯倨鱾鲃?dòng)效率，近似取95%為主減速器傳動(dòng)效率，取96%傳為萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率，兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)為96% = 變傳=95%x96%x96%=0.876=87.6%3.6計(jì)算動(dòng)力因數(shù)各檔的動(dòng)力因數(shù)的計(jì)算按以下的公式計(jì)算:Ua = 0.377Nerrkm/h（

16、2-3）Ft 二N(2-4)Fw =5 AU：21.15N(2-5)G叫g(shù)(26)式中：J各檔傳動(dòng)比G汽車總重Ua車速Ft驅(qū)動(dòng)力Fw空氣阻力D動(dòng)力因數(shù)各檔的動(dòng)力因數(shù)見(jiàn)表2.2-2.6 :表2.2 I檔的計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目參數(shù)值Ua(km/h)3.425.136.848.5510.2611.97Ft(N)447124615447115475654756546154Fw(N)3.06.912.219.027.437.3D0.3040.3140.320i0.3230.3230.314表2.3II檔的計(jì)算結(jié)果頊目參教值Ua(km/h)6.09.112.115.121.1Ft(N)25348261652671

17、1269662696626165Fw(N)9.4:Z1.63&159.485.4116.0D0.1720.1780.1810.1830.1830.177表2.4 III檔的計(jì)算結(jié)果頊目參教值Ua(km/h)8.612.817.121.425.729.9Ft(N)178851846218846190261902618462Fw(N)19.342.776.2119.3172.1232.9D0.1220.1250.1280.1290.1280.124表2.5 IV檔的計(jì)算結(jié)果項(xiàng) 目 參數(shù)值Ua(km/h)16.224.432.540.64&756.9Ft(N)941397179919

18、10014100149717Fw(N)6&4155.1275.2429.5617.9843.5D0.0640.0650.0670.0650.0640.060表2.6 V檔的計(jì)算結(jié)果T帀目參數(shù)值Ua(km/h)22.734.145.556.968.279.6Ft(N)767579238088816581657923Fw(N)134.3303.0539.4843.51211.81650.8D0.0510.0520.0510.0500.0470.043根據(jù)各檔的計(jì)算結(jié)果，畫(huà)岀6117客車的動(dòng)力特性圖，如圖2.1所示。I檔 II檔III檔 IV檔 V檔0 10 20 30 40 50 60 7

19、0 80 90Ua (km/h)圖21 6117客車的動(dòng)力特性圖各檔動(dòng)力因數(shù)D與Ua的關(guān)系式如下:D, =-0.831 U4a+0.701 U3a-0.544U2a+0.840Ua+0.907D,.=-0.966 U4a+ 0.017 U3a -0.261 U2a+ 0.974 Ua+ 0.371Din=0.596 U4a-0.541 U +0.054U2a-0.694 Ua+ 0.954Dr.* =0.519U4a -0.696 U3a + 0.019U2a -0.873 Ua+ 0.304Dv=-0.598U4a + 0.931 U3a -0.095U2a + 0.208Ua+ 0.111

20、各檔的最大動(dòng)力因數(shù)見(jiàn)表2.7：表2.7各檔的最大動(dòng)力因數(shù)檔位丨檔II檔III檔IV檔V檔最大動(dòng)力因數(shù)D喚0.3240.1830.1290.0670.0523.7確定最高車速最高車速由下式求得：D = 0 + -x(2-7) g山式中：j旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù),屮二f(cosa+sina)(2-8)該車在良好水平路面上到達(dá)最高車速時(shí)，最高車速為發(fā)動(dòng)機(jī)給定的最大轉(zhuǎn)速n=2100r/min時(shí)所對(duì)應(yīng)的最高車速，其計(jì) 算式為：n e4 7*71nnUa = 0.377x- = 0.377 = 79.6(km/h)S 538確定最大爬坡度(2-9)(2-10)%” =arcsin 如匚樂(lè)尹HZ =18.0iim

21、ax= ta nSmax = tan22.6 = 32.5%同理，可算出各檔的最大爬坡度，見(jiàn)下表2.8:表28各檔最大爬坡度最大爬坡度i n仆32.5%17.1%11.5%5.2%3.7%39確定加速時(shí)間直接檔的加速時(shí)間由下式確定J = -XJ? (2il)式中：j加速度S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(shí)間由下式積分得到:1 7n 1 1-06 7n 1 t=3?630JdUa=30Dv-0.018 dUa=24,4S4燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算滾動(dòng)阻力：=Gf=mgf = 15000x9.8x0.015 = 2205 (N)空氣阻力：Fm.= C

22、dAU;/21.25=2 /21.15 = 651.348 (N)汽車等速行駛消耗的功率為：p=(耳+耳)4360切(2205+651.348廣 503600*0.876= 45.3 (kw)(31)等速百公里油耗為:Pbl02Sy(3-2)式中：b燃油消耗率；由發(fā)動(dòng)機(jī)特性可知b<224g/(kw h),按b=224算。/柴油比重，去/=8.1N/LOPb145.3*2241.02*50*8.1=24.56(L/100km)5制動(dòng)性能計(jì)算5.1最大減速度j緊急制動(dòng)時(shí)，前后輪同時(shí)拖滑，制動(dòng)力為：(I)F = cpG式中：(p路面附著系數(shù)，取=0.7jmix = F/mg = (pg2)5.2制動(dòng)距離Ss = u0t +0.5t«,) /3.6 +25.92人疵(4一2)50225.92x6.86+ =17.53(m)式中：uo制動(dòng)初速度，U0=50km/h制動(dòng)遲滯時(shí)間，對(duì)