JC工程车动力传动系统设计

第 0 页 共 38 页淮阴工学院毕业设计说明书（论文）1 绪论1.1 课题的研究目的与意义近年来，随着世界经济的高速稳定发展，汽车已经成为人们日常生活中不可替代的交通工具。从事民用航空的飞机逐年增多，机场内部的飞机，车辆和人员以惊人的速度增长。机场场面变得越来越复杂，繁忙。机场行李牵引车这时候就派上用场了，它能够快速并有序的将行李货物送至飞机及指定车辆。本课题是对机场行李牵引车动力传动系统的设计，了解传动系部件中的发动机、传动系统、驱动桥、液力变矩器、轮胎的工作原理及基本特性。动力传动系统是汽车的重要组成部分，主要是将发动机发出的动力传递给驱动轮，使得牵引车能在一定车速下牵引足够的货物，进行运输。本文将通过牵引车的基本参数计算传动系部件所需要的参数，选择适合本设计的发动机，离合器，变速器等并进行匹配计算是否满足牵引车的功率和牵引力。1.2 国内外研究现状人类对车辆研究由来已早，可以追溯到四千多面前。那时期的车辆一直以人力和畜力驱动。直到十八世纪的工业革命出现了以动力机械驱动的机动车。1976年法国炮兵工程师尼古拉斯古诺将蒸汽机装在木制三轮车上，制成了最早的机动车，此后人们开始了对汽车的探索和研究。最早的牵引车是由联邦德国生产一款(66)牵引车，这种型号的牵引车是在伊维科麦吉鲁斯越野车辆基础上发展起来的。由此，因牵引车具有广泛的需求量，故得到了迅速的发展。但在中国却没有自主知识产权的牵引车。发动机的发展史就是汽车的发展史。18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，法国的居纽是第一个将蒸汽机装到车子上的人，他在1770年制作了一辆三轮蒸汽机车。1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机。1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机。第一辆汽车的发动机是一辆“三轮奔驰”搭载的卧式单缸二冲程汽油发动机。而第一个将四冲程发动机装上汽车的人是提戴姆勒，他协助奥托研制四冲程发动机，这无疑是发动机发展史上的一大突破。1892年德国工程师狄塞尔(RudolfDiesel)发明了压燃式发动机(即柴油机)，实现了内燃机历史上的第二次重大突破。1971年，第一台热气发动机的公共汽车已开始运行。第 37 页 共 38 页淮阴工学院毕业设计说明书（论文）近年来，因为具有更好的的燃油经济性，和降低了发动机噪音，柴油机的轿车在欧洲迅速发展。而在国内虽然还没有足够先进的技术，但也已近可以研发具有自主产权的发动机了。离合器汽车传动系统中直接与发动机相联系的重要部件，在1889年，戴姆勒的钢轮汽车已使用这种设计原理的基本形式：配备了一个锥形/斜面摩擦离合器。而后，在1920年代，锥盘离合器一直占主流地位，为了解决散热，磨损这些系统性的不足，在1936年，通用汽车的研究实验室里，膜片弹簧离合器诞生了。由于膜片弹簧离合器能够均衡、对称地转动，而不受发动机转速的影响，所以在1960年代获得了巨大的成功。踏板力通过连接杆或轴来传递，所以长时间操纵离合器易产生疲劳。随着1930年代离合器拉线和1950年代液压分离机构的应用，驾驶舒适性得到了很大的提高。变速器从诞生至今几乎与汽车年龄相近。世界上第一台变速器诞生于1889年，由法国标致研制开发，可以通过一个拨杆来改变传动速比，且结构简单仅由齿轮和轴组成。自动变速器比手动变速器晚了19年的时间，第一辆使用自动变速器的汽车是福特T型车，只有两个速比，而正真意义上的自动变速器是1940年由美国通用开发产生，直到1948年，这种液力变矩器与其他部件结合成为液力变矩器而定型成为现在的变速器。目前国内变速器技术基本来自国外，国内变速器的研究设计还在发展阶段。驱动桥在汽车运行工作状态中有着重要地位。目前，在国内的驱动桥发展还是很乐观的，总体上能满足产业的要求。其性能和质量基本上能够满足国产农业机械和工程机械的使用需求，呈现了明显的产业特点：由进口国外产品向国产化发展，由小作坊向正规化产业化发展，由低端产品向高端产品发展，由引进国外技术向自主研发发展。在技术方面，通过不断提高自身铸锻造技术及工艺水平来保证研发产品制造质量；通过利用先进科学的设计辅助手段来达到设计优化的目的；通过不断学习吸收国外先进的技术逐步实现技术与国际接轨的目标，从而提高产品的核心竞争力；通过运用先进的技术及方法来提高产品的性能，满足市场需求，推进机电一体化进程。1.3 本课题的主要内容 汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系。它应保证汽车具有在各种行驶条件下所必需的牵引力、车速，以及保证牵引力与车速之间协调变化等功能。它包括离合器、变速器、万向节、传动轴、主减速器、差速器和半轴等，发动机发出的动力经过传统系统传给驱动轮，驱动汽车行驶。本课题内容如下：（1）完成JC工程车的动力系统的设计。首先对发动机的型式、主要性能指标做出选择，然后确定发动机的悬置方式与发动机的型号。（2）完成传动系各总成的设计。首先是要进行离合器、变速器及轮胎的选型设计，然后对万向传动轴进行详细的设计，包括结构方案的选择和对万向传动轴的相关计算。再对驱动桥进行选型设计，包括对驱动桥结构方案的分析，对主减速器、差速器和半轴的选择，最后确定驱动桥的参数。（3）对液力传动系统进行动力匹配计算。 （4）对动力传动系的典型零件进行2D、3D建模以及虚拟装配。2 JC工程车动力系统的设计2.1 发动机型式的选择 发动机以内燃机为主，它分为汽油机、柴油机两类。 柴油机具有较好的燃油经济性，成本低，可以设置容积小些的油箱。柴油机压缩高，热效率高，工作可靠，寿命长，排污少，但是加工精度要求较高，结构强度要求较高，尺寸和质量较大，振动与噪声大。主要用于货车、大型客车上。根据发动机气缸排列形式不同，发动机有直列、水平对置和V型三种。直列式排列结构简单、宽度窄、方便布置，适用于6缸以下的发动机。V型发动机优点是曲轴刚度得到提高，高度尺寸小，发动机系列多。其主要缺点是布置在平头车时较为困难，造价高。主要用于中、高级和高级轿车以及重型货车上。 水平对置式发动机的主要优点是平衡好，高度低。水平对置式发动机在少量大客车上得到应用。 根据发动机冷却方式不同，发动机分为水冷与风冷两种。水冷发动机较广泛，其具有冷却均匀可靠、散热良好、噪声小和效率高等优点，其主要缺点是结构复杂；使用与维修不方便；性能受环境温度影响较大，在室外存放时，易冻坏气缸缸体和散热器。 本设计根据牵引车具体工作情况当选用尺寸和质量小的发动机。2.2 主要性能指标的选择要选择发动机的型号，就要先计算发动机的主要性能指标，具体参数见下表。表2.1主要参数技术参数数值单位长宽高298914401460mm整机重量（空载）4070kg额定载质量36000kg额定功率48/2600kw/rpm最大牵引重量54000kg滚动摩擦系数0.02地面附着系数0.85最大爬坡度（空载）45%最高车速31Km/h一档，二档，倒档15，31，15Km/h （1）发动机最大功率和相应转速 根据所设计汽车应达到的最高车速vamax(km/h)，用下列公式估算发动机最大功率： 式（2.1）式中，Pemax是发动机最大功率(kW)；T是传动系效率，对于采用单级主减速器驱动桥的42汽车可取为90；ma是汽车的总质量(kg)，取36000；g是重力加速度(m/s2)，取9.8；fr是滚动阻力系数，对于货车而言一般取0.02；CD是空气阻力系数，货车为0.801.00，这里取0.9。A是汽车正面投影面积14401460，为2.10（m2）；vamax是最高车速(km/h)，这里取31。 将这些数据代入式（2.1）,得:Pemax=68.332 kw 最大功率转速的范围如下：柴油机的最大转速值在18004000rmin之间。乘用车和总质量小些的货车用高速柴油机，取值在32004000rmin之间，总质量比较大的货车的柴油机的最大转速值取得低。这里最大功率下相应转速np为2600rmin （2）发动机最大转矩Temax及相应转速nT用下式计算确定Temax： 式（2.2）式中，Temax 为最大转矩(Nm)；是转矩适应性系数，一般为1.11.3之间，这里取1.1；Pemax是发动机最大功率(kW)，代入 ；np是最大功率转速(rmin)，代入 。将这些数据代入式（2.2）中，得：Temax =276.059 根据要求nP,nT之间有一定的差值，如果很接近会导致直接档的最低稳定车速偏高,因此要求nP/nT在1.42.0之间选取，所以nT为1600。2.3 发动机的悬置发动机悬置元件的设计要满足以下几个条件：刚度较大、具有良好的隔振效果、具有较好的减震降音的能力、满足耐机械疲劳，具有热稳定性、抗腐蚀的能力，同时要求悬置装置工作在低频大振幅工作状态下能提供足够的阻尼特性，而在高频低幅振动的工作状态下提供相对较低的动刚度特性。传统的橡胶悬置一般是由金属板和橡胶组成的。方式结构简单，成本低，但变频性差。液压悬置具有很强的变频特性。轿车上更为广泛应用。发动机悬置的点应当尽可能的布置在动力总成质心的附近，而支座应当尽可能的布置得宽一些并且布置在排气管的前面。本设计选择更适宜牵引车的传统的橡胶悬置方式。2.4 发动机型号的确定根据已知的和计算出的数据，结合同类型汽车的发动机型号，我们将该车型的发动机型号定为：柴油机CUMMINS B3.3-85 。这款发动机的主要性能参数见表2.2。表2.2：发动机CUMMINS B3.3-85主要性能参数额定转速下的功率（KW/r/min）最大扭矩（N.m/r/min）进气方式排放85/2600292/1600涡轮增压式Tier2 康明斯B系列3.3升小型工程机械柴油机以可靠性高使用成本低著称，适用于各种小型工程机械，性能可靠性价比高，噪音低，更环保，燃油经济性好。3 传动系各总成的设计3.1 离合器的选型设计离合器是汽车传动系统中直接与发动机相联系的部件。主要是切断和实现发动机向动力系统传递动力。离合器的主要作用是保证汽车能平稳起步，变速换挡时减轻变速齿轮的冲击载荷并防止传动系过载。在机械式传动系统中，应用的最为广泛的是摩擦片式离合器。分为有盘式、片式以及锥式。盘式离合器按从动盘的数目又可分为单片离合器、双片离合器和多片离合器三类。设计时，可以根据车型、使用条件和制造条件等选择合理的离合器的结构布置方案。这里我们根据已选定的发动机的基本参数选择所需离合器，综合考虑经济性、适用性后，选择离合器型号为CKF-A30102。这种型号重量少，尺寸也较小，满足所设计的牵引车。图3.1 不同型号离合器的基本参数额定扭矩Nm超越极限转速r/min外形尺寸mm重量kg内环外环d(H7)D(H7)E(H7)FGCBAn-d1bntnCKF-A2090140875600020906678423535256-6.662.81.50CKF-A2595190825600025957082463535256-6.683.31.60CKF-A301023407806000301027587514040306-6.683.31.80CKF-A351104257406000351108296584040306-6.6103.32.10CKF-A4012562572050004012592108684040308-6.6123.32.90CKF-A4513071566550004513094112704040308-9.0143.83.10CKF-A501501120610400050150114132904040308-9.0143.84.70CKF-A551601300600400055160116138864545348-9.0164.35.40CKF-A601751500490320060175135155957060478-11184.48.50CKF-A70190225048032007019014016510070604712-11204.910CKF-A80210300045024008021016018512080704812-11225.4143.2 变速器的选型设计变速器是用来改变发动机传递到驱动轮上的转矩和转速，其目的是使汽车各种不同的工况下行驶时，获得不同的牵引力和速度在最优的工况下行驶。（1）变速器类型的选择本设计对JC工程车机设计，发动机选择前置后驱形式，应采用两个档位中间轴式变速器的形式。 (2)倒档形式选择倒档使用频率不高，为了简化机构，降低成本。本设计采用轴向滑动直齿齿轮换挡的方案。 (3)齿轮型式选择变速器采用的齿轮有直齿圆柱齿轮以及斜齿圆柱齿轮两种，两者相比较，斜齿圆柱齿轮使用寿命长、噪声低，但工艺复杂，有轴向力。倒档利用率不高，本设计采用支持滑动齿轮作为换挡方式。(4)轴的结构分析变速器第一轴后端与常啮合主动齿轮做成一体，第二轴做成阶梯式，有利于齿轮的安装，受力均匀，能够合理利用材料。倒挡齿轮采用联体齿轮，提高寿命。(5) 轴承型式 变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等，多采用滚动轴承。变速器第1轴、第2轴的后部轴承以及中间轴前、后轴承，一般选用中系列球轴承或圆柱滚子轴承。前端采用圆柱滚子轴承承受径向力。高档区域同步器换挡的第2轴齿轮和第2轴的连接，在不影响齿轮结构的情况下，应尽量使用滚针轴承。(6) 换挡机构形式此变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、移动啮合套换挡和同步器换挡三种形式。移动啮合套寿命高，但换挡冲击大，噪声大，而同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声，得到广泛应用。虽然结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大，但为了降低驾驶员工作强度，降低操作难度，2挡以上都采用同步器换挡。倒档采用轴向滑动直齿齿轮换挡。根据牵引车对牵引力的需求，需选择具有液力变矩器的变速箱。通过调查市场相似类型叉车以及牵引车所选用的变速箱，综合考虑后，初步选各项参数，具体见表3.2。表3.2 变速器技术参数I档传动比3.45II档传动比1.75后退档速比3.45液力变矩器最大变矩比2.7液力变矩器效率1 根据数据选择中南YB65669自动变速箱。3.3 万向传动轴的设计 万向传动装置是连接不在同一直线上的变速器输出轴和主减速器输入轴。用于发动机前置后轴驱动的变速器与驱动桥之间。它主要由万向节、传动轴和中间支承组成。安装时必须使传动轴两端的万向节叉处于同一平面。3.3.1 结构方案选择 十字轴式刚性万向节在汽车传动系中应用最为广泛，主要由主动叉，从动叉，十字轴万向节，滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等组成。结构简单、传动效率高、强度高、生产成本低、使用维护方便，适合牵引车的使用。图3.1十字轴式万向节 本设计的JC工程车选择双十字轴式。即一根传动轴与两个万向节共同构成整个传动轴，如图。 图3.2 双万向节传动布置图3.3.2 万向传动轴的相关计算（1）载荷的计算按发动机最大转矩和一档传动比来确定 式(3.1)按驱动轮打滑来确定 式(3.2)式中，Temax发动机最大转矩；驱动桥数n=1；i1为变速器一档传动比；if分动器传动比，见表3.3，if=1.75， n=1；发动机到万向传动轴之的传动效率=0.89；液力变矩器变矩系数k=(k0 -1）/2+1=1（k0为最大变矩系数）；因为kd猛接离合器所产生的动载系数,液力自动变速器：kd=1；具有手动操作的机械变速器的高性能赛车：kd=3；性能系数fj=0的汽车：kd=1；fj0的汽车：kd=2或有经验选定。性能系数由下式计算： 当时当时故kd取1。G2为满载状态下一个驱动桥上的静载（N），G2=65%mag=229320N；m2是发动机最大加速度的后轴转移系数；乘用车为1.21.4，商用车为1.11.2，m2取1.2。轮胎与路面间的附着系数=0.85；rr车轮滚动半径为0.286m；主减速i0=6.61，im主减速器从动齿轮到车轮之间传动比为1；m主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率1。表3.3 n与if选取表车型高档传动比ifg与抵挡传动比ifd的关系ifn44ifgifd/2ifg1ifgifd/2igd266Ifg/2ifd/3ifg2Ifg/2ifd/3igd3将数据代入式（3.1）、式（3.2），得:Tse1=1483.369Tse2=10596.874 对万向节传动轴进行静强度计算时，计算载荷取和的最小值，即，T1取Tse1，Tse2的最小值，即T1=minTse1，Tse2=1483.369,安全系数一般取2.53.0。当对万向传动轴进行疲劳寿命计算时，计算载荷T1取Tsf1（2） 万向节的设计 设作用于十字轴轴颈中点的力为F，则 式(3.3)式中：r为合力F作用线到十字轴中心之间的距离，为50mm；为主、从动叉轴的最大夹角，是4度。将数据代入式（3.3）,得：F=14869.912十字轴轴颈根部的弯曲应力w和切应力应满足： 式（3.4） 式（3.5）式中：d1取十字轴轴颈直径为38.2mm；d2十字轴油道孔直径10mm；合力F作用线到轴颈根部的距离13.5mm；为弯曲应力的许用值，为250-350；为切应力的许用值，为80-120 。将数据代入式（3.4）、式（3.5），得:w=36.874Mpa w= 13.936Mpa 十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件。十字轴滚针的接触应力应满足 式(3.6)式中：取滚针直径d0=2mm；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=4.6F/iZ其中i为滚针列数，取为1，Z为每列滚针数，取为44,Fn=1554.582，；当滚针和十字轴轴颈表面硬度在58HRC以上时，许用接触应力为3000-3200 Mpa。 将数据代入式（3.6），得：j=0.661MPaj十字轴滚针轴承的接触应力校核满足。万向节叉与十字轴组成连接支承，在力F的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w和扭应力b应满足 式 (3.7) 式 (3.8)式中，取a=40m、e=80mm、b=35mm、h=70mm；查表，取k=0.246, , k是与有关的系数，见表3.2；W=2.8610-5,Wt=2.1110-5弯曲应力的许用值w为50-80Mpa，扭应力的许用值b为80-160Mpa 。将数据代入式（3.7）、式（3.8），得：w =41.594 wb =28.189b万向节叉承受弯曲和扭转载荷校核满足要求。表3.4：系数k的选取h/b1.01.51.752.02.53.04.010k0.2080.2310.2390.2460.2580.2670.2820.312十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角，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25时，可按下式计算（取=15） 式(3.9)式中：0为十字轴万向节传动效率；f为轴颈与万向节叉的摩擦因数，滚动轴承取0.050.10,f取0.08。将这些数据代入式（3.9），得：0=98.95%通常情况下十字轴万向节传动效率约为97%99%（3）传动轴结构分析与设计 1传动轴应保证有足够的扭转强度。轴管的扭转应力: 式(3.12) 式中：式中c=300Mpa。将数据代入式（3.12），得：c=72.253Mpa故轴管的扭转应力校核符合要求。2对于传动轴上的花键轴，通常以底径计算其扭转应力，许用应力一般按安全系数23确定。 式(3.13)式中,取花键轴的花键内径dh=70mm，外径Dh=80mm。将数据代入式（3.13），得:h=22.037Mpa3传动轴花键的齿侧挤压应力y应满足 式(3.14) 式中,取花键转矩分布不均匀系数K=1.31.4,取K=1.35；Lh花键的有效工作长度=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y=25-50Mpa。将数据代入式（3.14），得：y=9.889y故传动轴花键的齿侧挤压应力满足要求。3.4 驱动桥的选型设计 汽车的驱动桥位于传动系的末端，一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成，其基本作用是增矩、降速，使左、右驱动车轮具有差速功能，同时还承受作用于路面和车架或车身之间的力。3.4.1 驱动桥结构方案分析驱动桥按其总体布置分为两大类，断开式和非断开式驱动桥。非断开式结构简单，工艺性好，易维修调整，但通过性不完全且驱动桥壳质量较大。断开式驱动桥主要广泛应用于轿车和越野车。牵引车采用独立悬架，故选用断开式驱动桥。3.4.2 主减速器的分析主减速器性能反映了了汽车的平稳性、噪音、异响等问题。其功用是将传动轴输入的转矩增大并相应降低转速。因此主减速器的设计非常关键，设计时要考虑自身的强度、刚度以及整车的通过性。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。主减速器一般根据所采用的齿轮型式、主动和从动齿轮的装置方法以及减速型式。锥齿轮的特点可承受较大的载荷，工作平稳，噪声震动小，但对啮合精度很敏感，稍不吻合就会使工作条件急剧变坏，并加剧齿轮的磨损和使噪声变大。双曲面齿轮传动的特点是具有更大的传动比；具有较大的直径和较高的强度；有更大的离地间隙；此外还具有更高的运转平稳性；齿面间的接触应力更小；寿命更长。圆柱齿轮传动承载能力高噪声低，广泛应用于发动机横置的前置前驱动的乘用车。速蜗杆-蜗轮传动，具有传动平稳，体积小，噪声低，抗冲击承受能力强，比较常用的。主减速器的减速型式可以分为单级减速、双级减速、双速减速等。由于单级主减速器由于结构简单、质量小、尺寸紧凑及制造成本低廉，广泛应用于主减速比i07.6的各种中、小型汽车上。综合考虑了牵引车的动力要求及经济性的要求后，选择结构单级主减速器，并采用跨置式支承方案。3.4.3 差速器的分析 差速器是用来保证驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度而左右车轮具有差速而不会因为外因导致汽车失衡，满足了汽车行驶运动学要求。汽车上广泛采用的是对称锥齿轮式差速器，这种差速器结构简单、质量小。它又分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强锁止式差速器等。普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳、制造方便，广泛用于各类车辆上，但在泥泞或冰雪路面上打滑时，无法发挥潜在的牵引力。摩擦片式差速器锁紧系数高，结构简单，工作平稳，可明显提高汽车通过性，国外越野车普遍使用。强锁止式差速器的可充分利用原差速器机构，结构简单操作方便。根据JC工程车的工作地点和工作状况，我们选择强锁止式差速器。3.4.4 半轴的分析对于断开式驱动桥和转向驱动桥，驱动车轮的传动装置为万向传动装置；对于非断开式驱动桥，驱动车轮传动装置的主要零件为半轴。半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为半浮式，3/4浮式和全浮式三种形式。半浮式半轴结构简单，所受载荷较大，只用于乘用车和质量较小的商用车。3/4浮式半轴载荷相对有所减轻，一般用在乘用车和总质量较小的商用车。全浮式主要用于质量较大的商用车，根据JC牵引车所牵引的重量我们选择全浮式半轴。3.4.5 驱动桥及参数的确定根据JC工程车的牵引要求，选择一款驱动桥，主减速比为6.61，即可满足牵引需求。所以选择汉德13吨双联驱动桥。表3.5万向节型号型号形式额定载荷/kg制动器尺寸速比13吨双联驱动桥轮边减速13000420*185/410*2204.42/4.8/5.73/6.72/7.49/8.4/9.4916吨双联驱动桥轮边减速16000410*2203.712/3.866/4.266/4.578/4.769/5.262/5.920/6.733/8.880425双联驱动桥轮边减速11500410*2203.083/3.364/3.7/4.111/4.625/5.286/5.571/ 5.857/6.143汉德469双联驱动桥轮边减速13000410*2203.083/3.364/3.7/4.111/4.625/5.286/5.571/ 5.857/6.143485驱动后桥轮边减速13000410*2203.083/3.364/3.7/4.111/4.625/5.2863.5 轮胎的选择轮胎及车轮部件应满足下述基本要求：足够的负荷能力和速度能力，具有较小的滚动阻力和行驶噪声，良好的附着性和质量平衡，耐磨损、耐刺扎、耐老化和良好的气密性，质量小、价格低、拆装方便、互换性好。经过对本车各项参数计算和分析，本行李牵引车的前后轮轮胎选择如下表3.6。表3.6 普通断面斜交轮胎规格SIZEPLYDESIGNPSIMAX MEASMAX LOADSWODDRIVE TIPEROTATION TIREOTHER10MPH15MPH15MPH20MPH5MPH15MPH20MPH30MPH6.50-10105.001157.0023.5042253805321028253210236522002030121257.0023.5045624110346830533469255723782195141457.0023.50497644833783333037842789259423947.00-12125.001257.5726.8859955395455540054555335531152875141457.5726.8865355885497043654970366034003140161507.5726.88663959815052443950563723346031986.50-1685.00907.0029.5049604460378033203780278025802380101507.0029.50525547254008352240112591274025287.00-15125.501258.0030.0068706185522045905220141508.0030.0074956745569550055695161508.0030.00762268665799509658047.50-15126.001158.4531.8276906920584551355845430540003690141258.4531.8280377273614353986148453042103884161458.4531.8288057932669958876705494045924236Psi,是具体单位“1b/in2”即“磅/平方英寸”1bar14.5psi 1psi=6.895kpa=0.00689476Mpa前轮选择：7.00-12-12PR的普通断面斜交轮胎，其中6.50为轮胎名义断面宽度，12为轮辋名义直径，12PR表示12层级。后轮（驱动轮）选择：7.00-12-16PR的普通断面斜交轮胎，其中7.00为轮胎名义断面宽度，12为轮辋名义直径，15PR表示15层级。自由直径=轮辋直径+胎高2，所以自由直径d=1225.4+268.8552=600.4mm，因计算常数F=2.99(斜交轮胎F=2.99),故滚动半径=0.286m4 液力传动系统的动力匹配计算 在牵引车辆设计中，液力机械变速器的性能对整车的性能有重要影响，由于液力传动装置的动力特性各有差异，需对动力传动装置进行匹配计算，以使牵引车的动力配置达到最佳性能，对整个传动系统的设计优化具有重要的意义。正确拟和发动机和液力变矩器的特性曲线，是求解发动机和液力变矩器共同工作点的前提。4.1 液力变矩器的工作原理液力变矩器的作用一是传递转速和扭矩、二是使发动机和自动变速箱之间的连接成为非刚性的以方便自动变速箱自动换挡。液力变矩器以液体作为介质，传递和增大来自发动机的扭矩液力变矩器由可转动的泵轮和涡轮，以及固定不动的导轮三元件构成。各件用铝合金精密铸造或用钢板冲压焊接而成。与液力耦合器一样，液力变矩器在正常工作时，能将转矩从泵轮传到涡轮上。但是变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速（反映汽车行驶速度）不同而改变涡轮输出的转矩数值。图4.1 液力变矩器剖视图液力变矩器的特性可用几个外界负荷有关的特性参数或特性曲线来评价。描述液力变矩器的特性参数主要有转数比、泵轮转矩系数、变矩系数、效率和穿透性等。描述液力变矩器的特性曲线主要有外特性曲线、原始特性曲线和输入性曲线等。4.2 液力传动系统的匹配计算为提高动力匹配的准确性, 结合实际的运行条件，将半挂牵引车分为两类：高速运输型：大多时间在高速公路上高速行驶的长途运输牵引车。 低速运输型： 大多时间在恶劣路段低速行驶的半挂牵引车。 本文主要研究的是第二种情况。4.2.1 匹配原则最理想的匹配，是能满足车辆动力性能和经济性能的要求，同时还应考虑到一些特殊的要求，如发热和噪声等。根据整机传动系统各个环节。即：(1)充分发挥柴油机功率：利用变矩器的最高效率工况，传递发动机的额定功率，使整车获得最大的平均速度。(2)发动机运转稳定，油耗低：利用变矩器的最高效率工况，传递油耗最低时的发动机最高效率和扭矩，使整车具有良好的经济性。(3)满足整车工作及速度要求：利用变矩器的最高变矩比工况，传递发动机的最大扭矩，使整车具有较大的牵引力。4.2.2 匹配计算过程（1）发动机的特性发动机的转矩与其速度的变化关系，即为发动机的速度特性。发动机的速度特性是指发动机的功率、转矩、燃油消耗率b以及发动机曲轴转速n之间的函数关系。表4.1：发动机性能原始数据转速（n）1000120014001600180020002200240026002800转矩（N.M）178206210214209201194186178功率（KW）18.625.930.835.939.442.144.746.748.5图4.1 发动机特性曲线图（2）液力变矩器特性原始特性在表示液力变矩器性能中，最常用的就是原始特性。原始特性能够确切的表示一系列不同转速、不同尺寸而几何相似的液力变矩器的基本性能。原始特性是指扭矩系数、变矩比、效率随转速比变化的关系。表4.2：液力变矩器性能原始数据速比00.10.20.3040.50.60.70.80.9扭矩比32.72.32.01.71.51.31.21.01.0转矩比3.43.43.53.63.63.53.33.02.61.633343535353432302515效率026.846.760.469.775.779.580.679.288.5图4.2 液力变矩器原始参数特性曲线图输入(负载)特性输入(负载)特性是指泵轮公称扭矩与转速n之间的关系。由变矩器的原始特性可得出某变矩器泵轮转矩随转速比变化的曲线,该曲线是通过原点的抛物线,，当变化时又可以得到随变化的一簇抛物线。 式（4.1）式中， B是变矩系数，nB2是转速。图4.3 液力变矩器的输入特性曲线（3）发动机与变矩器的匹配发动机与液力变矩器共同工作特性是指发动机与液力变矩器共同工作输入、输出特性的变化规律。它的确定是进行液力传动车辆性能计算的基础，是液力传动车辆动力传动系匹配及其优化设计的前提，确定发动机与液力变矩器共同工作性能是根据发动机的特性和液力变矩器的原始特性，确定共同工作的输入特性、共同工作区域及其输出特性。匹配输入特性由于发动机的输出轴与变矩器的输入轴(泵轮)直接相连，所以发动机与变矩器的共同工作条件是：发动机输出转矩、转速与变矩器泵轮的转矩、转速分别相等，即ne=nb ,T=Mbg,其中，ne为发动机输出转速( r/ min)；nb为变矩器泵轮转速(r/ min)；T 为发动机的输出转矩即净转矩(N. m)；Mbg为泵轮的输入转矩 (N. m)。图4.4 发动机与变矩器匹配特性曲线图匹配输出特性 式（4.2） 式中，Mt 为发动机转矩(N. m)，Me为涡轮输出转矩(N.m)。 式（4.3） 式中，P为发动机净功率(kW)，P t为涡轮输出功率(kW)。 式（4.4） 式中，ne为发动机转速( r/ min)，nt为涡轮输出转速( r/ min)。 式（4.5） 式中，Ge为每小时油耗量(kg/h)，be为油耗率。（4）各档牵引特性计算表4.2：变速器性能原始参数档位一档二档变速器速比3.451.75理想车速为：(km/h) 式（4.6）实际车速为：(km/h) 式（4.7）发动机驱动力为：(KN) 式（4.8）牵引车的滚动阻力为：(KN) 式（4.9）牵引力为： (KN) 式（4.10）牵引功率为：(KW) 式（4.11）牵引效率为： 式（4.12）式中，n为发动机转速；r为车轮最小转弯半径为0.35；ig为差速器传动比；i0为变速器传动比为6.61；为行驶阻力系数普通路面为0.0494；T是传动系机械传动效率；m0整车总质量；f是滚动阻力系数取0.02；F为牵引力；为理想牵引功率。（5）整车性能分析在最大牵引总质量 36t的状况时（汽车以一档速度行驶），需要的牵引力为：=0.03360009.8=10.587KN根据上述公式,一档时的车速为15（km/h），牵引功率为39.63kw，牵引效率为75.7%，满足最大牵引车速的要求。二档时汽车的最高车速为31(km/h)，满足最大速度要求。最大牵引力为F=29.4kN，满足最大牵引力的要求。5 JC工程车动力传动系典型零部件的2D、3D建模与虚拟装配5.1 Pro/E软件简介Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件，以参数化著称，是参数化技术的最早应用者。在目前的三维软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现如今主流的机械CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/Engineer的功能包括实体与曲面的设计、零件组装、二维绘图制作、管路设计、文件格式处理、动态机构仿真、有限元分析、钣金设计、模具设计、电路设计、NC机械加工制造和刀具路径仿真、逆向工程、同步工程等，涵盖了产品从概念设计、工业制造设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出到生产加工成成品的全过程，是目前工业界拥有用户最多、应用最广的三维软件。该软件广泛应用于航空航天、汽车、机械、家电、通讯等行业，已成为广大工程技术人员的有力工具。5.2 万象传动轴的三维建模三维建模主要完成以下几个建模：1. 传动杆2. 滑动叉3. 十字轴与万向节叉4. 花键防尘塞5. 轴承盖，螺钉，套筒，注油嘴，溢流阀，油封，滚针轴承。6. 装配具体步骤如下：（a）新建零件图文件。单击“新建”按钮，新建零件图，在弹出的对话框中“零件”单击按钮，在“名称”文本框中输入文件名称。设置公制单位。取消选中的“缺省模板”复选框，单击“确定”按钮，进入零件绘制环境。（b）在菜单栏中的“插入”中选择“拉伸”按钮，也可以在旁边的工具栏中直接选择“拉伸”按钮，出现“拉伸”操控板。 (c)单击“草绘”按钮后，界面就进入草绘平面，出现“草绘”对话框，选择基准面FRONT为草绘平面，基准面RIGHT为参照面，方向为右，单击“草绘”按钮进入草绘模式。绘制所需截面，单击按钮后系统推出草绘模式。单击拉伸操控板的按钮，系统重新进入拉伸特征操作模式。在操控板中进行设置，拉伸深度为70，然后单击按钮，完成拉伸操作。 图5.1拉伸（d）在工具栏中选择“孔”特征，进入孔特征的操控板，单击操控板里的设置按钮，选择曲面F6。设置直径为46.2，圆心到RIGHT面的距离为23.1，到FRONT面的距离为35。设置完以后，单击按钮，完成孔的特征操作,如图。图5.2 孔（e）在旁边的工具栏中选择倒圆角的特征按钮，出现倒圆角特征操控板，将半径设置为5，选中需要倒角的边即可，然后单击按钮，完成倒圆角，,如图5.3。图5.3 倒角（f