轻型汽车传动轴毕业设计说明书

车辆与动力工程学院毕业设计说明书1第一章 前 言1770 年法国人尼古拉斯古诺（17251804）将蒸汽机装在板车上，制造出第一辆蒸汽板车，这是世界上第一辆利用机器为动力的车辆。1769 年，瑞士军官普兰捷尔也造出一辆以蒸汽机为动力的额自由行驶的板车，于是有人将普兰捷尔也认定为汽车的始祖之一。1860 年，法国人艾蒂勒努瓦发明了一种内部燃烧的汽油发动机。1885 年德国工程师卡尔奔驰（18441929）在曼海姆制成一部装有0.85 马力汽油机的三轮车。德国另一位工程师戈特利布戴姆勒（18341900）也同时造出了一辆用 1.1 马力汽油机作动力的三轮车。他们俩被公认为以内燃机为动力的现代汽车的发明者，1886 年 1 月 29 日也被公认为汽车的诞生日。汽车从无到有并迅猛发展。从 20 世纪初至 20 世纪 50 年代，汽车产量大幅增加，汽车技术也有很大进步，相继出现了高速汽油机、柴油机；弧齿锥齿轮和准双面锥齿轮传动、带同步器的齿轮变速器；化油器；差速器；摩擦片式离合器；等速万向节；荻第安后桥半独立悬架；液压减振器；艾克曼式转向结构；石棉制动片；充气式橡胶轮胎等。20 世纪 50 年代至 70 年代，汽车的主要技术是高速、方便、舒适。流线型车身、前轮独立悬架、液力自动变速器、动力转向、全轮驱动、低压轮胎、子午线轮胎都相继出现。20 世纪 70 年代至今，汽车技术的主要发展是提高安全性、降低排放污染。由此各种保障安全、减少排放污染的新技术、新车型相继出现，如各种防抱死系统、电子控制喷油、电子点火、三元催化转化系统、电动汽车等。现代汽车技术发展的方向主要表现在以下几个方面：(1) 安全可靠 应用汽车防抱死制动系统(ABS)、汽车驱动防滑系统(ASR)、电控稳定程序(ESP)、电子巡航控制系统(CCS)、安全带、安全气囊(SRS)等。(2) 环境保护 采用电控燃油喷射(EFI)、无分电器点火(DLI)、废气再循环控制系统、燃油蒸发排放控制系统、气门升程与配气相位可变控制系统、断油控制、进气压力波增压及废气涡轮增压控制、共轨电控柴油喷射系统等技术。(3) 节约能源 1) 整车轻量化。美国专家认为今后轻量化的途径主要是将目前占汽车质量车辆与动力工程学院毕业设计说明书270的钢铁材料换成轻的其它材料，特别是塑料和铝。2) 降低轮胎的滚动阻力。采用子午线轮胎、高性能专用轮胎。3) 降低空气阻力。汽车造型更加光顺圆滑。4) 变速器多挡化。5) 代用材料。采用合成燃料、液化石油气、压缩天然气、醇类燃料等代用燃料。(4) 操纵轻便、乘坐舒适 采用自动变速器、电控动力转向、电控悬架、汽车空调、全球卫星定位系统、不停车收费系统、自动避撞系统等技术。这次汽车设计全书共 5 章，主要阐述了 3 吨柴油动力货车中的离合器及操纵机构设计和传动轴设计。各章的主要内容包括：设计应当满足的主要要求、结构方案分析和选择、主要参数的选择、离合器的设计和计算、扭转减震器的设计、离合器的操纵机构和主要结构原件的分析、传动轴的设计与计算和结论。本书在体系和内容方面，主要参考了第四版汽车设计 、第二版汽车构造和离合器设计丛书。结合我国今年来汽车工业得到迅速发展的现实，本书积极引用其介绍的优化设计、可靠性设计等新的设计方法。 由于本人学识有限，书中难免出现错误和疏漏之处，恳请各位老师和同学批评指正。第二章 离合器概述车辆与动力工程学院毕业设计说明书32.1离合器设计要求对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构等四部分，组成如下：1. 主动部分：飞轮、离合器盖、压盘；2. 从动部分：从动盘；3. 压紧机构：压紧弹簧；4. 操纵机构：分离叉、分离轴承、离合器踏板、传动部件。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构，操纵机构是使主、从动部分分离的装置。为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足如下基本要求：1. 在任何行驶条件下,既能可靠地传递发动机的最大转矩,并有适当的转矩储备,又能防止传动系过载.2. 接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。3. 分离要迅速、彻底。4. 从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。5. 应有足够的吸热能力和良好的通分散热效果，以保证工作温度不至于过高，延长其使用寿命。6.应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。7、操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。8、作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。9、具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。10、结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。2.2 离合器的工作原理 车辆与动力工程学院毕业设计说明书4发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在分离套筒的环槽中的拨叉便推动分离叉克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。2.3 离合器的功用及分类离合器是车辆（汽车）与发动机直接相连的部件。离合器在汽车上大部分时间是处与接合状态，只有需要时才暂时的切断动力传递。所以其功用主要有以下几点： 1在汽车起步时，通过离合器主、从动部分之间的滑磨 、转速的逐渐接近，确保汽车起步平稳。2当变速器换挡时，通过离合器主、从动部分的迅速分离来切断动力的传递，以减轻齿轮齿间的冲击，保证换挡时工作平顺。3当传给离合器的转矩超过其所能传递的最大转矩时，其主、从动部分之间将产生滑磨，防止传动系统过载。现代各类汽车上应用最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目不同、压紧弹簧布置形式不同、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不车辆与动力工程学院毕业设计说明书5同分类如下：1.按从动盘数分类：单片、双片、多片；2.按弹簧布置形式分类：圆周布置、中央布置、斜向布置；3.按弹簧形式分类：圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧、膜片弹簧；4.按作用力方向分类：推式、拉式。2.4离合器的结构方案汽车使用的离合器大部分都是摩擦式离合器，从它的分离受作用力来看可分为拉式和推式两种；按从动盘数可分为单片、双片和多片，按其压紧弹簧布置可分为圆周布置、中央布置和斜置式三种；按其压紧弹簧可分为圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧。一、盘的选择对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底、结合平顺。所以本次设计中选用了单盘摩擦离合器。二、弹簧布置形式的选择周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其结构简单制造容易，因此用较为广泛。压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大转速很高时周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定位面上，造成接触部位严重磨损，甚至出现弹簧断裂的现象。中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。膜片弹簧的结构主要特点是采用一个膜片代替传统的螺旋弹簧和分离杠杆。起结构特点如下：1、膜片弹簧的轴向尺寸较小而径向尺寸很大,这有利于在提高离合器传递转矩能力的情况下离合器的轴向尺寸。2、膜片弹簧的分离指器分离杠杆的作用，故不需专门的分离杠杆，使离合器车辆与动力工程学院毕业设计说明书6结构大大的简化，零件数目少，质量轻。3、由于膜片弹簧轴向尺寸小，所以可以适当增加压盘的厚度，提高热容量；而且还可以在压盘上增设散热筋及在离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件。4、膜片弹簧离合器的主要部件形状简单，可以采用冲压加工，大批量生产时可以降低生产成本。所以在本设计中选用了膜片弹簧离合器。三、离合器按它的结构形式选择根据膜片弹簧分离指在分离时所受的力是推力还是受拉力，可分为推式和拉式弹簧离合器。拉式与推式离合器最明显的特征就是膜片弹簧安装方向相反。拉式膜片弹簧离合器与推式有其明显的优点：1、减少中间支撑，零件数目相对要少。结构简单，紧凑、质量较轻。2、由于取消了中间支撑，减少了摩擦损失，传动效率高，使分离时的踏板力更少，3、拉式膜片弹簧无论在接合还是在分离时，膜片弹簧都与离合器盖接触，不会产生噪声和冲击。4、由于拉式膜片弹簧是以其中部压紧压盘，在压盘大小相同的条件下可使用直径相对较大的膜片弹簧，从而实现在不增加分离时的操纵力的前提下，提高压盘的压紧力和传递转矩的能力；或在传递转矩相同的条件下，减小压盘的尺寸。5、使用寿命相对要长以在本设计中所选择拉式离合器。四、扭转减振器的选择它能降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率，增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振，控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器的扭振与噪声，缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。故要有扭转减振器。五、压盘驱动形式选择窗孔式、销钉式、键块式它们缺点是在联接件间有间隙，在驱动中将产生冲击噪声，而且零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低离合器传动效率。传动片式此结构中压盘与飞轮对中性好，使用平衡性好，简单可靠，寿命长。车辆与动力工程学院毕业设计说明书7所以选择传动片式。六、操纵机构的选择液压式操纵机构主要由吊挂式离合器踏板、主缸、工作缸、管路系统和回位弹簧等部分组成，具有传递效率高、质量小、布置方便、便于采用吊挂踏板、驾驶室容易密封、发动机的震动和驾驶室或车架变形不会影响其正常工作离合器接合较柔和等优点，故广泛应用于各种形式的汽车中。所以在本次设计种选用了液压式传动操纵机构。第三章 离合器设计计算3.1 离合器参数的选择一、摩擦片外径的确定车辆与动力工程学院毕业设计说明书8摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构和使用寿命，它和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。发动机转矩是重要参数，按发动机最大转矩 来选定 D 时，有下列公式可得：)(maxNTe（ 3-1）maxedTK式 中 ， -直 径 系 数 ， 轿 车 ： =14.5；dK轻 ， 中 型 货 车 ： 单 片 =16.018.5,d双 片 13.515.0；此 次 ， 选 用 =16.0；d由 （ 3-1） 得 ：mD2950.6查摩擦片尺寸的系列化和标准化，选取标准摩擦片外径 D=325mm,内径d=190mm,厚度 h=3.5mm,内外径之比 ，单位面积 .58.0c2546mA验算摩擦片最大圆周速度：（ 3-2）16DnV式中：D-摩擦片外径， mm;n-发动机最大功率时转速，r/min;V-摩 擦 片 最 大 圆 周 速 度 ， m/s; sDn /6503.51063214.06 即满足设计要求。二、离合器后备系数 的确定后备系数 是离合器设计时应到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择 时，应考虑以下几点：1摩擦片在使用中磨损后，离合器还能可靠地传递发动机最大转矩；2要能防止离合器滑磨过大；3要能防止传动系过载。为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大， 不易选取太小，当使用条件恶劣，为提高起步能力，减小离合器滑磨， 应选取大些；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳， 选取值应大些；发动机缸数越多，转矩波动越小， 可选取小些。车辆与动力工程学院毕业设计说明书9考虑以上影响因素和所设计车型为 3 吨货车，采用 4 缸柴油机，一般情况下不拖挂，基本上在公路上行驶，根据 的取值范围 =1.21.75，同时参考其它同类车型选取 1.7。三、单位压力 0P单位压力 对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑 离合器的工作条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸，材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时， 应取小些；0P当 摩 擦 片 外 径 较 大 时 ， 为 降 低 摩 擦 片 外 源 出 的 热 负 荷 ， 应 取 小 些 ；0后 备 系 数 较 大 时 ， 可 适 当 增 大 。0P采用石棉材料时： 。Ma35.10本次设计中选定石棉摩擦材料，则选取 。Pa12.0四、离合器静摩擦力矩的计算摩擦离合器是靠摩擦表面的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为：(3-3)ccfFZRT式中： -为静摩擦力矩，单位 N.m;cTf-摩 擦 面 间 的 静 摩 擦 因 数 ， 取 f=0.25;F-压 盘 施 加 在 摩 擦 面 上 的 工 作 压 力 ， 单 位 ： N;Z摩 擦 面 数 ， 单 片 离 合 器 的 Z=2;摩 擦 片 的 平 均 摩 擦 半 径 ， 单 位 ： mm.cR假 设 摩 擦 片 上 工 作 压 力 均 匀 ， 则 有 ：（ 3-4）4)(20dDPAF式中： -摩擦面单位压力，单位： ；0PaMA-一 个 摩