摩托车最小传动比设计.doc

.摩托车最小传动比的探讨摘要：本文从理论到实例探讨了摩托车最小传动比。1、前言摩托车的动力性和燃油经济性与发动机和整车之间的传动系的参数选择、匹配密切相关。如何获得最佳传动系的匹配，是各个摩托车主机厂家十分关心的课题。目前主机厂家是在市场上采购或自己开发的发动机来进行装配，由于发动机内部的结构的限制，一旦传动比确定，基本无法更改，只有末级传动比可做一定的调整。这样，合理的匹配好末级传动比在主机厂的设计过程中起到了至关重要的作用。2、理论分析1)摩托车行使阻力摩托车在道路上行使将受到各种与行使方向相反的作用力，这些力统称为行使阻力。其中包括来自路面的滚动阻力F和来自空气阻力F,若摩托车在坡道上行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，即坡道阻力F，若加速行驶时还必须克服加速阻力F。因此摩托车总的行驶阻力为：F=F+F+F+F式中：F和F在任何条件下均是存在的。滚动阻力F：是车轮在路面上滚动时所引起的阻力总称。产生的原因是由于轮胎断面产生变形，形成挠曲作用，使轮胎内部摩擦，产生弹性迟滞损失而消耗机械能以及轮胎与路面接触部位不断产生滑移摩擦而形成。空气阻力F：空气阻力分为压力阻力和摩擦阻力两部分。作用在摩托车外形表面法向压力的合力在行使方向反方向上的分离称为压力阻力；由于空气粘性在车表面产生的切向力的合力在行使方向的方向上的分力称为摩擦阻力。坡道阻力F：当摩托车在上坡行使时，坡道角为，摩托车重力沿坡道向下的分力表现为摩托车的坡道阻力，F=mgsin。加速阻力F：摩托车加速行使时，需要克服自身质量加速运动时的惯性力，这就是加速阻力。它包括摩托车平移质量加速行使的惯性力和旋转部件加速旋转的惯性力矩等效作用在摩托车质心上的惯性力。综上所述，当一辆摩托车在平直的公路上做匀速行使时，其只受到滚动阻力和空气阻力。2）功率平衡分析根据以上摩托车行使阻力情况的分析，摩托车要想在道路上行使，需摩托车所输出的动力必须克服上述的行使阻力。则功率平衡理论认为摩托车行使时，发动机传递到驱动后轮的驱动功率与摩托车的行使阻力功率应平衡。图1是摩托车的功率平衡图，曲线1、2、3分别是对应最小传动比为、时的摩托车输出功率曲线，其中，。从图1可以看出当传动比为时，阻力功率曲线与发动机功率曲线2交在最大功率点上，最高车速与最大功率车速相等，而另外的2条功率曲线与阻力曲线交点不在最大功率点上，且交点所对应的车速均小于。当传动比为时，摩托车的后备功率增加，燃油经济性能降低；而曲线3在曲线2的右方，使发动机功率利用率高，可摩托车的后备功率较小。由车速与发动机转速之间的关系式V=0.377 （1）总传动比 为=0.377 (2)发动机对应的转速（单位：r/min）r 驱动轮工作半径（单位：m）车速(单位：km/h)总传动比= (3)一次传动比（发动机曲轴与主轴的传动比）；变速传动比（主轴到副轴的传动比）；二次传动比（发动机副轴上输出链轮到后轮上大链轮的传动比）3)设计目的及设计原则 对摩托车最小传动比的设计目的是使得摩托车的动力性和燃油经济性相互兼顾，并达到最优的效果，既有较好的动力性，又有较好的燃油经济性。通常摩托车最高车速对应的发动机转速与发动机最大功率对应的发动机转速的比值应在0.91.2之间。普通用途的摩托车取值范围一般在1.01.05之间。在进行摩托车设计时，假定=0.377（11.05）R/ (4)式中： 最高车速 km/h最大功率时的转速 r/min R驱动轮工作半径 m最小传动比4、实例分析 现以我公司125-28摩托车为例进行最小传动比的探讨1）125-28市场反馈有如下几个问题：a、在整车最高档位最高车速时，发动机转速在6500r/min左右；b、用户反应动力性不足，加速性能不好。 c、四档最高车速比五档高。 2) 125-28基础数据项目数据驱动轮轮胎规格90/90-18P发动机最大功率/转速(kw/rpm)7.1/8000发动机最大扭矩/转速(N.m/rpm)9.5/6500初级传动比68/20=3.4一档传动比37/14=2.643二档传动比32/18=1.778三档传动比25/19=1.316四档传动比23/22=1.045五档传动比21/24=0.875末级传动比45/14=3.214末级传动比42/14=3最小总传动比（五档） 3.4*0.875*3=8.925四档总传动比 3.4*1.045*3=10.659车速（km/h）90858075706560504030转速(rpm)7070667062905890550051104710391031502360代入公式(1)式得驱动轮工作半径(m)0.30140.30160.30110.30150.30130.30110.30150.30270.30060.3009计算摩托车驱动轮的工作半径可根据后轮出力的测试数据计算得来也可理论计算，此处采取根据后轮出力数据求得。由于在行使测试中发动机转速及车速读取均为人为读取，数据将有一定的误差，可多计算几个车速时的数据取平均值更为准确。故计算得到125-28驱动轮工作半径R=0.3014 m。将驱动轮工作半径代入（3）式得理论设计最高车速。Vmax=0.377（11.05）R/ km/h=0.377（11.05）80000.3014/8.925 km/h=(101.85106.94)km/h3) 125-28实测试验数据五档最高车速（km/h）85.9四档最高车速(km/h)88起步加速(s)13.8超越加速(s)15爬坡能力()20.2根据以上实测车速为85.9km/h，代入由（1）推出的公式五档 n=6747rpm四档 n=8015.6 rpm4) 从以上数据看，当在四档时，其最高车速的发动机转速点在发动机的最大功率点左右。5)优化计算标准要求最高车速大于90km,则在此假定该车速设计为94km，其中最高车速对应的发动机转速与发动机最大功率点转速比按设计原则选取为11.05。由V=0.377得五档时的最小传动比=9.6710.15=，其中、为发动机内部传动比，其基本无法改变，可调整的只有。则=3.253.41而末级传动比中，发动机上的输出链轮受到发动机曲轴箱结构的限制，其齿数基本无法变化，故调整大链轮的齿数来调整传动比。由= 得 大链轮齿数=小链轮齿数=14（3.253.41）45.547.7取整则得出大链轮可取45、46、47、48齿。由于公司内有45齿大链轮，而46、47、48齿的需开模投入，故在此采用45齿链轮试验。6）优化后的试验数据对比项目原车改1初级传动比68/2068/20五档传动比21/2421/24末级传动比42/1445/14最小传动比8.9259.5625五档最高车速（km）85.9（底盘）95.2（路试）四档最高车速(km)88（底盘）89.3（路试）起步加速(s)13.813.2超越加速(s)1514.4爬坡度()20.224.4经济车速油耗对比车速原车油耗改进后油耗350.921.03401.031.08451.151.17501.291.36551.591.56后轮出力车速（km/h）908580757065605040原车转速（rpm）707066706290589055005110471039103150功率(kw)5.445.355.094.724.343.883.442.472.02改进后转速(rpm)75507140672063105890547050504200功率(kw)5.665.625.525.264.874.403.912.932.16通过优化，该车出现的问题得到了一定的解决，动力性得到了部分提升，爬坡能力也有所提高，四档车速已不高于五档车速。从最终试验数据看，改进后的该车的加速性能任不是很理想，还可选取较大的大链轮齿数，以更多提高其动力性，可适当牺牲其部分燃油经济性（目前其燃油经济性很好）。5、总结1）普通用途摩托车最小传动比设计应遵循功率平衡原则设计，使得其最高车速点发动机转速与发动机最大功率点转速的比值在11.05之间为益。2）考虑末级传动装置的可布置性和制造工艺性。如链轮的布置空间是否受到限制；当链轮齿数发生变化，链轮的包角也会发生变化，为了保证链轮的可靠性，轮距是否需要调整等。3）考虑振动、噪声、排放等性能。传动比发生变化，同样的车速其发动机转