四驱车辆传动轴系统设计.docx

汽车设计课程设计说明书QINGDAO TECHNOLOGICAL UNIVERSITY题目：四驱车辆传动轴系统的设计 专业名称：车辆工程 指导教师:日期：2011・12・7—2011・12・27目录1. 原始数据 32. 计算各个轴启动转矩和附着转矩 33. 球笼式万向节的设计选用 43.1万向节概述 43.2前轮驱动万向节的设计选用 63.3后轮驱动万向节的设计选用 83.4四轮驱动万向节的设计选用 114. 万向传动轴的选择 144.1传动轴管的选择 144.2伸缩花键的选择 145•传动轴的计算和强度校核 155.1传动轴的临界转速 155.2传动轴计算转矩 155.3传动轴长度选择 155.4传动轴内外管径确定 165.5传动轴扭矩强度校核 166.参考文献 171.原始数据：满载重量：G=18433N前轴 G = 38925N 后轴 G =10138Nfr驱动桥传动比ii f =4.11 r =4.55满载质心高度h =0.52m静态滚动半径R =0.296m stat动态滚动半径R =0.301mdyn轴距l =2.576m发动机最大功率P max =70KW/3800rpm emax发动机最大扭矩M =173N.m/2200rpm e max分动箱速比iiv max =2.522 v m i x =1.095路面附着系数=0.85振动系数K =1.2 s承载系数K =1.33 t各档匀速行驶时，发动机输出扭矩为发动机最大转矩的2/3 各档利用率1-5档分别是1% 、 6% 、 18% 、 30% 、45%基本要求：汽车传动轴系统至少应有lOOOOOKm的寿命2计算各轴的启动转矩M和附着转矩MAH用两者之间的最小值作为静态转矩选择万向节计算结果列入下表1。

启动转矩和附着转矩的计算表1起动转矩MA附着转矩MH所需万向节尺寸启动耐久1）前轮驱动r c 0.85x8295<2.576 门RF85（RF10M =1.2x 0.5 x173x 3.6 x 4.11M -1.2x x0.296外侧）Amv 2（2.576-0.5x0.8577）VL85 （内 侧）7=1536.8N. m （半轴）-1075V • m（半轴）VL1073073.6 N. m （整轴2）后轮驱动RF95RF1070.85x101382.576M =1700 N. m （半轴）M -1.2x x0.218VL91VL107A=3400 N. m （整轴） 传动轴hh 2（2.576-0.5x0.85）-1832.N • m（半轴）（外侧 和内侧）1.2 x 10138 …M =173x 3.6=622.8N ・ mAM - x 0.296 - 791N • mH 4.55VL85VL853）四轮驱动 前轴M -1.2x x 0.296mv 2（2.576-0.5x0.8577）RF72 （外4 11M =0.475 x173 x 3.6 x^xl.2A 2-1075N • m（半轴）侧）RF91=729.5 N - m（半轴）VL85 （内VL91= 1459 N. m （整轴） 后轴— _ 0.85x101382.576 _ _. o侧）4 55M -1.2x x 0.218VL91M =0.525 x173 x 3.6 x^xl.2hh 2（2.576-0.5x0.85）VL91A 2=892.6N ・m（半轴）-1832.N • m（半轴）（外侧=1785.2 N. m （整轴） 传动轴- 1.2x10138和内侧）VL85VL85M =0.525 x173 x 3.6=327 N - mM x 0.296 - 791N • mAH 4.553.球笼式万向节的设计选用3.1万向节概述 万向传动轴由万向节和传动轴组成，有时还加装中间支承。

它主要用来在工 作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动万向传动轴设计应满足如下基本要求：1）保证所连接的两轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力2）保证所连接两轴尽可能等速运转由于万向节夹角而产生的附加载荷、振 动和噪声应在允许范围内3）传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等 万向传动轴在汽车上应用比较广泛在发动机前置后轮或全轮驱动的汽车 上，由于弹性 悬架的变形，变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴的轴线相对 位置经常变化，所以普遍采 用十字轴万向传动轴在转向驱动桥中，内、外半 轴之间的夹角随行驶需要而变，这时多采 用等速万向传动轴当后驱动桥为独 立悬架时，也必须采用万向传动轴万向节按扭转方向是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节刚 性万向节是 靠零件的铰链式连接传递动力的，可分成不等速万向节（如十字轴 式）、准等速万向节（如双 联式、凸块式、三销轴式等）和等速万向节（如球叉式、 球笼式等）挠性万向节是靠弹性零 件传递动力的，具有缓冲减振作用伸缩式等速万向节DOJ型俗称六珠内球笼，以等速传递动力且能改变工作角度和进行伸缩滑动的，同 时其工作轨道平行于轴线的万向节装置。

与变速器连接在一起，通过钟形壳和星 形轮之间的六个钢球将变速器的动力传递于轴，其最大工作角度为20度 30 度之间，适用于部分车型固定式等速万向节 BJ型俗称外球笼，以等速传递动力且能改变工作角度的中心固定式万向节装置与轴连接在一起，通过星形轮和钟形壳之间的六个钢球将动力传递于车轮其最大工作角度为40度---50度之间，适用于所有车型枢轴式等速万向节(TJ型)俗称三脚内球笼，以等速传递动力且能改变工作角度和进行伸缩滑动的万向节装 置与变速器连接在一起，通过钟形壳内的三个带有滚针的轴承将变速器动力传 递于轴，其最大的工作角度为20度---30度之间，适用于所有车型另还有伸缩式等速万向节VL型3.2前轮驱动万向节的设计选用 式中，Md查下表2, M查表1利用式n < 1000r/min 时，L =25339 (AM )3hx n 0.577(h) n〉1000r / min 时,Lhx470756(AM )3——X dI M丿X(h)计算前驱动轴万向节在各档位百万次循环寿命:Lh1=Lh25339 (AM )3n 0.577x(h) =11.7hL = Lh2 hx n 0.577X25339 ( AM 丫-X dM丿X(h) =34.3hL =Lh3 h25339 ( AM )3n 0.577——X dI M丿X(h) =105.4hL = Lh4 h n 0.577X25339 ( AM )3——X dI M丿X(h) =222.7hL = Lh5 hx n 0.577X25339 ( AM )3——X dI M丿X(h) =416.8hdx前轮驱动时驱动半轴万向节寿命参数计算结果 表2所用公式挡位123451挡位利用率a （%）x161830452♦ ♦ ♦i = i ix s 014.88.745.994.43.413n = n / i (r / min)x e x148.6251.7367.3500645.24v = 0.377 R n (km / h)x dyn x16.928.641.756.773.252 MM = i (N - m)m = 2x 3 m x853.5504345.4253.7196.66n < 1000r / min 时，xT 25339 ( AM )3 门、11.734.3105.4222.7416.8L — x d \h Jhx n 0.577 ( M 丿x x结合各档使用的a ,百万次循环负荷条件下，该万向节的受用寿命满足下式：X1 a1 a 2 a3 a 4 a5= + + + + —L L L L L Lh h1 h 2 h3 h 4 h5=001 + 006 * _0^ + °・3 + 045 =6.7385 x 10-311.7 34.3 105.4 222.7 416.8L =148.4hh平均行驶速度为vm= av + a v + a v + a v + a v1 1 2 2 3 3 4 4 5 5=0.01x16.9+0.06x28.6+0.18x41.7+0.3x56.7+0.45x73.2= 60km/ h 安全行驶里程Ls = L xv = 148.4 x 60km = 8901kmhm由此可见，依据启动转矩选择的 RF85 万向节还不能满足行驶里程要大于 100000km 的耐久性要求，因而，必须选择另一个大的万向节。

利用行驶里程与计算相同速度和轴间夹角下得万向节的耐久性转矩比值成三次方的关系1M )2IM JRF107万向节：1M )31 460 )2二 8901 x1 M丿[200 丿L 二 Ls 2 s 113=108298.5 km只有RF107万向Mn = 3290N •m, Md= 460N -m，满足要求的耐久性;VL107万向节的Mn = 3300N •m, Md= 522N -m，是伸缩式万向节，它只能 以平均夹角© =4运转但承受M d较高VL107的耐久性r cca (0.926 x 522 )3L == 8901 x 二 194153.4 kms2 ( 0.865 x 200 丿满足设计要求3.3 后轮驱动万向节的设计选用后半轴用球笼式万向节,选用表 1 中的 VL91 万向节表 3 后轮驱动后半轴万向节寿命参数计算结果所用公式挡位123451挡位利用率a (%)x161830452♦ ♦ ♦i = i ix s 016.49.676.634.873.773n = n /i (r/min)x ex134.1227.5331.8451.7583.64v = 0.377 R n (km / h)x dyn x15.225.837.751.366.252 MM = i (N • m)m = 2x 3 m x945.7557.6382.3280.8217.46n < 1000r / min 时，x了 25339 1 AM )3/八L = —_d (h)hx n 0.577 ( M 丿x x26.9。