越野车四驱传动系统设计【6张CAD图纸+WORD毕业论文】【车辆专业】
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目录
1.原始数据 3
2.计算各个轴启动转矩和附着转矩 3
3.球笼式万向节的设计选用 4
3.1万向节概述 4
3.2前轮驱动万向节的设计选用 6
3.3后轮驱动万向节的设计选用 8
3.4四轮驱动万向节的设计选用 11
4.万向传动轴的选择 14
4.1传动轴管的选择 14
4.2伸缩花键的选择 14
5．传动轴的计算和强度校核 15
5.1传动轴的临界转速 15
5.2传动轴计算转矩 15
5.3传动轴长度选择 15
5.4传动轴内外管径确定 16
5.5传动轴扭矩强度校核 16
6.参考文献 17
- 内容简介：
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精品资料，值得下载学习！ 汽车设计课程设计说明书 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：郭世永 日期： 2011.12.7-2011.12.27 nts精品资料，值得下载学习！ 目录 1.原始数据 3 2.计算各个轴启动转矩和附着转矩 3 3.球笼式万向节的设计选用 4 3.1万向节概述 4 3.2前轮驱动万向节的设计选用 6 3.3后轮驱动万向节的设计选用 8 3.4四轮驱动万向节的设计选用 11 4.万向传动轴的选择 14 4.1传动轴管的选择 14 4.2伸缩花键的选择 14 5传动轴的计算和强度校核 15 5.1传动轴的临界转速 15 5.2传动轴计算转矩 15 5.3传动轴长度选择 15 5.4传动轴内外管径确定 16 5.5传动轴扭矩强度校核 16 6.参考文献 17 nts精品资料，值得下载学习！ 1.原始数据： 满载重量： G=18433N 前轴 fG= 38925N 后轴 rG=10138N 驱动桥传动比 fi=4.11 ri =4.55 满载质心高度 h =0.52m 静态滚动半径 statR=0.296m 动态滚动半径 dynR=0.301m 轴距 l =2.576m 发动机最大功率 maxeP=70KW/3800rpm 发动机最大扭矩 maxeM=173N.m/2200rpm 分动箱速比 maxvi=2.522 mxvii =1.095 路面附着系数 =0.85 振动系数 sK=1.2 承载系数 tK=1.33 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 100000Km 的寿命 2 计算各轴的启动转矩AM和附着转矩HM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。 nts精品资料，值得下载学习！ 启动转矩和附着转矩的计算 表 1 起动转矩AM附着转矩HM所需万向节尺寸 启动 耐久 1）前轮驱动 = 1 . 2 0 . 5 1 7 3 3 . 6 4 . 1 1AM =1536.8N m（半轴） 3073.6 N m（整轴 0 . 8 5 8 2 9 5 2 . 5 7 61 . 2 0 . 2 9 62 2 . 5 7 6 0 . 5 0 . 8 5 7 7 )1075MVMNm （ 半 轴 ）RF85(外侧 ) VL85（内侧 ） RF107 VL107 2)后轮驱动 =1700AM N m（半轴） =3400 N m（整轴） 传动轴 = 1 7 3 3 . 6 = 6 2 2 . 8 mAMN 0 . 8 5 1 0 1 3 8 2 . 5 7 61 . 2 0 . 2 1 82 2 . 5 7 6 0 . 5 0 . 8 5 )1 8 3 2 . 8HHMNm （ 半 轴 ）1 . 2 1 0 1 3 8 0 . 2 9 6 7 9 14 . 5 5HM N m RF95 VL91 （外侧和内侧） VL85 RF107 VL107 VL85 3）四轮驱动 前轴 4 . 1 1= 0 . 4 7 5 1 7 3 3 . 6 1 . 22= 7 2 9 . 5 m (AMN 半 轴 ）=1459 N m（整轴） 后轴 4 . 5 5= 0 . 5 2 5 1 7 3 3 . 6 1 . 22= 8 9 2 . 6 m (AMN 半 轴 ）=1785.2 N m（整轴） 传动轴 = 0 . 5 2 5 1 7 3 3 . 6 = 3 2 7 mAMN 0 . 8 5 8 2 9 5 2 . 5 7 61 . 2 0 . 2 9 62 2 . 5 7 6 0 . 5 0 . 8 5 7 7 )1075MVMNm （ 半 轴 ）0 . 8 5 1 0 1 3 8 2 . 5 7 61 . 2 0 . 2 1 82 2 . 5 7 6 0 . 5 0 . 8 5 )1 8 3 2 . 8HHMNm （ 半 轴 ）1 . 2 1 0 1 3 8 0 . 2 9 6 7 9 14 . 5 5HM N m RF72（外侧） VL85（内侧） VL91 （外侧和内侧） VL85 RF91 VL91 VL91 VL85 3.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。 nts精品资料，值得下载学习！ 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。 nts精品资料，值得下载学习！ 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 利用式 1 0 0 0 / m i nxnr时， 30 . 5 7 725339 ()xdhx xxAMLhnM 1 0 0 0 / m i nxnr时，3470756()xdhxxxAMLhnM 计算前驱动轴万向节在各档位百万次循环寿命： Lh1= 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM =11.7h Lh2= 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM =34.3h Lh3= 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM =105.4h Lh4= 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM =222.7h Lh5= 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM =416.8h nts精品资料，值得下载学习！ 式中， Md查下表 2， Mx查表 1。 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 1 2 3 4 5 1 挡位利用率 xa （ %） 1 6 18 30 45 2 0xsi i i14.8 8.74 5.99 4.4 3.41 3 / ( / m i n )x e xn n i r 148.6 251.7 367.3 500 645.2 4 0 . 3 7 7 ( / )x d y n xv R n k m h 16.9 28.6 41.7 56.7 73.2 5 2 ( ) 23 exxMM i N m mm 853.5 504 345.4 253.7 196.6 6 1 0 0 0 / m inxnr 时， 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM 11.7 34.3 105.4 222.7 416.8 结合各档使用的 ax,百万次循环负荷条件下，该万向节的受用寿命满足下式： 1 2 3 4 51 1 2 3 4 5h h h h h ha a a a aL L L L L L 0 . 0 1 0 . 0 6 0 . 1 8 0 . 3 0 . 4 51 1 . 7 3 4 . 3 1 0 5 . 4 2 2 2 . 7 4 1 6 . 8 = 36 .7 3 8 5 1 0 hL=148.4h 平均行驶速度为 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5v m a v a v a v a v a v 0 . 0 1 1 6 . 9 0 . 0 6 2 8 . 6 0 . 1 8 4 1 . 7 0 . 3 5 6 . 7 0 . 4 5 7 3 . 2 60 /km h 安全行驶里程 1 4 8 . 4 6 0 8 9 0 1hmL s L v k m k m 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nts精品资料，值得下载学习！ 转矩比值成三次方的关系，计算相同速度和轴间夹角下得万向节的耐久性。 32211ssMLLM RF107 万向节： 3 322114608 9 0 1 1 0 8 2 9 8 . 5200ssML L k mM 只有 RF107万向 3 2 9 0 , 4 6 0NdM N m M N m ，满足要求的耐久性； VL107 万向节的 3 3 0 0 , 5 2 2NdM N m M N m ，是伸缩式万向节，它只能以平均夹角 4 o 运转但承受dM较高。 VL107的耐久性 320 . 9 2 6 5 2 28 9 0 1 1 9 4 1 5 3 . 40 . 8 6 5 2 0 0sL k m 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 1 2 3 4 5 1 挡位利用率 xa （ %） 1 6 18 30 45 2 0xsi i i16.4 9.67 6.63 4.87 3.77 3 / ( / m i n )x e xn n i r 134.1 227.5 331.8 451.7 583.6 4 0 . 3 7 7 ( / )x d y n xv R n k m h 15.2 25.8 37.7 51.3 66.2 5 2 ( ) 23 exxMM i N m mm 945.7 557.6 382.3 280.8 217.4 6 1 0 0 0 / m inxnr 时， 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM 26.9 96.4 240.5 508.2 944.6 百万次寿命循环 nts精品资料，值得下载学习！ 1 2 3 4 51 1 2 3 4 5h h h h h ha a a a aL L L L L L 0 . 0 1 0 . 0 6 0 . 1 8 0 . 3 0 . 4 52 6 . 9 9 6 . 4 2 0 4 . 5 5 0 8 . 2 9 4 4 . 6 340hLh 平均行驶速度为 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5mv a v a v a v a v a v 0 . 0 1 1 5 . 2 0 . 0 6 2 5 . 8 0 . 1 8 3 7 . 7 0 . 3 5 1 . 3 0 . 4 5 6 6 . 2 5 3 .7 /km h 安全行驶里程 3 4 0 5 3 . 7 1 8 2 5 8hmL s L v k m k m 显然， VL91万向节的耐久性不够。选择大一号的万向节计算耐久性 VL107万向节： 3 322114608 9 0 1 1 0 8 2 9 8 . 5200ssML L k mM 显然满足耐久性要求 传动轴与后驱动桥的连接，选用球笼式万向节。 发动机转矩乘 以变速器的传动比就是传动轴所传递的转矩。此外，它的速度比半轴速度高出 4.11 倍。根据起动转矩选择 VL91 万向节，查表得：2 2 0 0 , 2 6 7NdM N m M N m 计算结果如下表 4 后轮驱动时传动轴上万向节寿命参数计算结果 nts精品资料，值得下载学习！ 表 4 所用公式 挡位 1 2 3 4 5 1 挡位利用率 xa （ %） 1 6 18 30 45 2 xsii3.6 2.125 1.458 1.071 0.829 3 / ( / m i n )x e xn n i r 611 1035.3 1508.9 2054.2 2653.8 4 0 . 3 7 7 ( / )x d y n xv R n k m h 69.3 117.5 171.2 233.1 301.1 5 2 ()3 exxMM i N mm415.2 245.1 168.2 123.5 95.6 6 1 0 0 0 / m inxnr 时， 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM 1 0 0 0 / m inxnr 时 3470756()xdhxxxAMLhnM 55.5 196.2 416.5 772.5 1289.7 百万次寿命循环 1 2 3 4 51 1 2 3 4 5h h h h h ha a a a aL L L L L L 0 . 0 1 0 . 0 6 0 . 1 8 0 . 3 0 . 4 55 5 . 5 1 9 6 . 2 4 1 6 . 5 7 7 2 . 5 1 2 8 9 . 7 604hLh 平均行驶速度为 m 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5v a v a v a v a v a v 0 . 0 1 6 9 . 3 0 . 0 6 1 1 7 . 5 0 . 1 8 1 7 1 . 2 0 . 3 2 3 3 . 1 0 . 4 5 3 0 1 . 1 2 4 4 /km h 安全行驶里程 nts精品资料，值得下载学习！ 6 0 4 2 4 4 1 4 7 3 7 6hmL s L v k m k m 显然，满足耐久性要求。 用于前半轴的球笼式万向节，前桥输入转矩是前桥驱动的 47.5%，计算结果如下表 5所示。 3.4四轮驱动时万向节的设计选用 前半轴万向节寿命参数计算结果 表 5 所用公式 挡位 1 2 3 4 5 1 挡位利用率 xa （ %） 1 6 18 30 45 2 x s Ai i i14.8 8.74 5.99 4.4 3.41 3 / ( / m i n )x e xn n i r 148.6 251.7 367.3 500 645.2 4 0 . 3 7 7 ( / )x d y n xv R n k m h 16.9 28.6 41.7 56.7 73.2 5 20 . 3 6 ( ) 23 exxMM i N m mm 405.4 239.4 164 120.5 93.4 6 1 0 0 0 / m inxnr 时， 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM 109.2 320 983.5 207.8 3889.1 百万次寿命循环 1 2 3 4 51 1 2 3 4 5h h h h h ha a a a aL L L L L L 0 . 0 1 0 . 0 6 0 . 1 8 0 . 3 0 . 4 51 0 9 . 2 3 2 0 9 8 3 . 5 2 0 7 8 3 8 8 9 . 1 1385hLh 平均行驶速度为 m 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5v a v a v a v a v a v nts精品资料，值得下载学习！ 0 . 0 1 1 6 . 9 0 . 0 6 2 8 . 6 0 . 1 8 4 1 . 7 0 . 3 5 6 . 7 0 . 4 5 7 3 . 2 60 /km h 安全行驶里程 1 3 8 5 6 0 8 3 1 0 0hmL s L v k m k m 显然， RF85万向节的耐久性不够。选择大一号的万向节计算耐久性 RF91万向节： 3 322112608 3 1 0 0 1 8 2 5 7 1200ssML L k mM 显然满足耐久性要求。 用于后半轴的球笼式万向节，输入的转矩是后桥驱动转矩的 52.5% 计算结果如下表 6 四驱时后驱动轴球笼式万向节参数计算结果 表 6 所用公式 挡位 1 2 3 4 5 1 挡位利用率 xa （ %） 1 6 18 30 45 2 0xsi i i16.4 9.67 6.63 4.87 3.77 3 / ( / m i n )x e xn n i r 134.1 227.5 331.8 451.7 583.6 4 0 . 3 7 7 ( / )x d y n xv R n k m h 15.2 25.8 37.7 51.3 66.2 5 20 . 6 4 ( ) 23 exxMM i N m mm 496.5 292.7 200.7 147.4 114.1 6 1 0 0 0 / m inxnr 时， 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM 185.3 666.7 1663.3 3514.1 6535 百万次寿命循环 1 2 3 4 51 1 2 3 4 5h h h h h ha a a a aL L L L L L 12 nts精品资料，值得下载学习！ 0 . 0 1 0 . 0 6 0 . 1 8 0 . 3 0 . 4 51 8 5 . 3 6 6 6 . 7 1 6 6 3 . 3 3 5 1 4 . 1 6 5 3 5 ， 2 4 6 0 . 6hLh 平均行驶速度为 m 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5v a v a v a v a v a v 0 . 0 1 1 5 . 2 0 . 0 6 2 5 . 8 0 . 1 8 3 7 . 7 0 . 3 5 1 . 3 0 . 4 5 6 6 . 2 5 3 .7 /km h 安全行驶里程 2 4 6 0 . 6 5 3 . 7 1 3 2 1 3 4hmL s L v k m k m 显然， VL91万向节 2 2 0 0 , 2 6 7NdM N m M N m 满足耐久性要求。 传动轴上的球笼式万向节。对于四轮驱动，与后桥连接的传动轴只承受发动机转矩的 52.5%。因此选择 VL85万向节， 计算结果如下表 7 四驱驱动时传动轴上球笼万向节寿命参数计算结果 表 7 所用公式 挡位 1 2 3 4 5 1 挡位利用率 xa （ %） 1 6 18 30 45 2 xsii3.6 2.125 1.458 1.071 0.829 3 / ( / m i n )x e xn n i r 611 1035.3 1508.9 2054.2 2653.8 4 0 . 3 7 7 ( / )x d y n xv R n k m h 69.3 117.5 171.2 233.1 301.1 5 2 ()3 exxMM i N mm218 128.7 88.3 64.8 50.2 6 1 0 0 0 / m inxnr 时， 30 . 5 7 725339 ()xdhxxxAMLhnM 1 0 0 0 / m inxnr 时 3470756()xdhxxxAMLhnM 383.5 1355.8 2878.3 5338.5 8912.7 nts精品资料，值得下载学习！ 百万次寿命循环 1 2 3 4 51 1 2 3 4 5h h h h h ha a a a aL L L L L L 0 . 0 1 0 . 0 6 0 . 1 8 0 . 3 0 . 4 53 8 3 . 5 1 3 5 5 . 8 1 6 6 3 . 3 2 8 7 8 . 3 8 9 1 2 . 7 4 1 7 4 .5hLh 平均行驶速度为 m 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5v a v a v a v a v a v 0 . 0 1 6 3 . 9 0 . 0 6 1 1 7 . 5 0 . 1 8 1 7 1 . 2 0 . 3 2 3 3 . 1 0 . 4 5 3 0 1 . 6 244 /km h 安全行驶里程 4 1 7 4 . 5 2 4 4 1 0 1 8 5 6 7hmL s L v k m k m 显然， VL85万向节 1 2 0 0 , 2 0 0NdM N m M N m ，满足耐久性要求。 4 万向传动轴的选择 4.11 传动轴管的选择 传动轴的长度和夹角及它们的变化范围，由汽车总布置设计决定。设计 时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与花键轴有足够的配合长度；而在长度处于最小时，两者不顶死。传动轴夹角大小会影响万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动效率和十字轴的不均匀性。变化范围为 3。 传动轴经常处于高速旋转状态下，所以轴的材料查机械零件手册选取40CrNi，适用于很重要的轴，具有较高的扭转强度。 传动轴管由低碳钢板制壁厚均匀、壁薄（ 1.5 3.0mm）、管径较大、易质量平衡、扭转强度高、弯曲刚度高、适用高速旋转的电焊钢管制成。 3.2 伸缩花键的选择 选择矩形花键，用于补偿由于汽车行驶时传动轴两端 万向节之间的长度变化。为减小阻力及磨损，对花键齿磷化处理或喷涂尼龙，外层设有防尘罩，间隙小一些，以免引起传动轴的震动。花键齿与键槽按对应标记装配，以保持传动轴 总成的动平衡。动平衡的不平衡度由电焊在轴管外的平衡片补偿。装车时nts精品资料，值得下载学习！ 传动轴的伸缩花键一端应靠近变速器，减小其轴向阻力和磨损。其结构图如下 : 图 5-1 万向传动轴 花键轴结构简图 1-盖子； 2-盖板； 3-盖垫； 4-万向节叉； 5-加油嘴； 6-伸缩套； 7-滑动花键槽； 8-油封； 9-油封盖； 10-传动轴管 5. 传动轴的计算与强度校核 5.1传动轴的临界转速 长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的临界转速kn（ r/min），安全系数 K取 1.2，适用于一般精度的伸缩花键 则有 n 2 2 0 0 / m i nM a x wnr（ 错误 !未找到引用源。 为发动机转速） (6.1) 安全系数 k k = 错误 !未找到引用源。 （ 6.2） 错误 !未找到引用源。 = 2640 r/min 5.2传动轴计算转矩 11wT T i= 327 4.55 90% = 1339 N （ 6.3） = 1339 5.3
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